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[Risolto] Esercizio di matematica e fisica

  

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In medicina nucleare viene utilizzato un elemento radioattivo, il tecnezio, ottenuto dal decadimento del molibdeno. In un campione contenente molibdeno, il numero di atomi di molibdeno radioattivo varia nel tempo secondo la legge:
$$
N_1(t)=N_0 e^{-\lambda_1 t}, \quad \operatorname{con} t>0 .
$$
a. Ricava dal grafico il numero iniziale $N_0$ di atomi di molibdeno e la costante di decadimento $\lambda_1$.
b. Il tecnezio ottenuto decade a sua volta, per cui il numero di atomi di tecnezio utilizzabili segue l'andamento nel tempo:
$$
N_2(t)=N_0 \frac{\lambda_1}{\lambda_2-\lambda_1}\left(e^{-\lambda_1 t}-e^{-\lambda_2 t}\right), \quad \text { con } t>0 .
$$

Sapendo che $\lambda_2=0,1 h^{-1}$, studia l'andamento di questa funzione e trova dopo quanto tempo si ha il massimo numero di atomi di tecnezio utilizzabili.
[a) $N_0=1000, \lambda_1=1,0 \cdot 10^{-2} \mathrm{~h}^{-1}$; b) $26 \mathrm{~h}$ ]

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Avrei bisogno di qualcuno che mi aiutasse in questo esercizio 

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2

Dal grafico si nota che

\[N_1(t) \:\Bigg|_{\substack{t = 0}} = N_0 = 1000\,.\]

Presi due valori dal grafico

\[N_1(44) = 500 \qquad N_1(103) = 250\,,\]

utilizzando la formula del decadimento esponenziale

\[N_1(t) = N_0 e^{-\lambda_1 t}\,,\]

allora:

\begin{cases}
500 = 1000e^{-\lambda_1 \cdot 44} \\
250 = 1000e^{-\lambda_1 \cdot 103}
\end{cases}

\begin{cases}
e^{-\lambda_1 \cdot 44} = 0,5 \implies \lambda_1 = -\frac{\log{0,5}}{44} \approx 0,015\:h^{-1} \\
250 = 1000e^{-\lambda_1 \cdot 103} \mid \lambda_1 \approx 0,015 \implies 250 \approx 250
\end{cases}

Utilizzando la formula fornita

\[N_2(t) = N_0 \frac{\lambda_1}{\lambda_2 - \lambda_1} \cdot (e^{-\lambda_1 t} - e^{-\lambda_2 t})\,,\]

sostituendo i valori trovati, si ha:

\[N_2(t) = 1000 \cdot \frac{0,01}{0,09} \cdot (e^{-0,01 t} - e^{-0,1 t}) = 111,11 \cdot (e^{-0,01 t} - e^{-0,1 t}) \implies\]

\[\frac{d}{dt} N_2(t) = 111,11 \cdot (e^{-0,01 t} - e^{-0,1 t}) = 0 \implies\]

\[-0,01 \cdot e^{-0,01 t} + 0,1 \cdot e^{-0,1 t} = 0 \iff e^{-0,01 t} = 10 \cdot e^{-0,1 t} \iff\]

\[e^{0,09 t} = 10 \iff 0,09 t = \log{10} \implies t = \frac{\log{10}}{0,09} \approx 25,56\:h \approx 26\:h\,.\]



Risposta
SOS Matematica

4.6
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