Applicazioni forensi della datazione al carbonio 14 tramite AMS

9 1.2 La scoperta degli isotopi e la struttura nucleare Il fatto che alcuni atomi radioattivi emettono particelle α o elettroni, suggerì sin da subito, 1'idea che queste particelle fossero i mattoni fondamentali della materia. Fin dal 1816, basandosi sulla conoscenza di un piccolo numero di masse atomiche, il chimico francese Joseph Proust si era accorto che questi erano, almeno approssimativamente, multipli del peso atomico dell’idrogeno.
 
    ( 1 ) Negli stessi anni fu possibile accertare che non esisteva alcuna componente nucleare di carica positiva che fosse più leggera dell’atomo di idrogeno. Si arriva così alla conclusione che il costituente fondamentale degli atomi è il nucleo dell'idrogeno, al quale venne dato il nome di protone (dal greco προτου = primo). Avendo a disposizione solo protoni e elettroni però, per tenere conto della neutralità dell’atomo, si deve presupporre che un nucleo di numero atomico Z e di massa A, sia costituito da A protoni e da A-Z elettroni, perché sono solo i protoni a portare massa all’atomo in modo consistente. In questo modo, il nucleo avrebbe carica . Questa ipotesi suffragata dal decadimento α e β, viene però quasi subito abbandonata per difficoltà insormontabili. L'idea che tutti i nuclei siano costituiti da aggregati di nuclei di idrogeno viene messa in crisi infatti quando si accerta l'esistenza di pesi atomici frazionari, come quello del cloro (35.45 uma) o quello del boro (10.801 uma). Le ricerche dei costituenti fondamentali della materia, sono riprese all'inizio del secolo, quando si scoprono gli isotopi (J.J. Thomson, attorno al 1910) cioè si trovano elementi di massa diversa, ma con le stesse proprietà chimiche (quindi con lo stesso Z). Tali specie appartengono quindi ad uno stesso elemento chimico e sono perciò associate alla stessa casella della tavola di Mendeleev. Ad esempio, si scoprono 4 isotopi stabili del piombo, con pesi atomici 204, 206, 207 e 208. Fu chiaro sin da subito, che la maggior parte degli elementi chimici esistenti in natura sono miscele di isotopi e che le masse atomiche dei singolo isotopi sono in verità molto vicine a numeri interi. Ad esempio il cloro naturale è formato da 2 isotopi (il 35Cl e il 37Cl) con peso atomico di 34.9689 uma e 36.9659 uma rispettivamente e abbondanze relative del 75.77% e del 24.23%. Il peso atomico della miscela sarà allora:
    !"#"$
% ( 2 ) L'ipotesi del nucleo costituito da un sistema protone-elettrone fallisce quindi definitivamente nella spiegazione dell’esistenza degli isotopi, dato che non ci