LA SCIENZA PER TUTTI

CENNI DI RADIOATTIVITA'

Tempo fa avevo lasciato in sospeso, parlando degli elementi transuranici, un argomento vastissimo come la RADIOATTIVITA’ e di cui vale secondo me la pena dare delle informazioni e nozioni basilari relativamente facili da “digerire”.

Lo scopo unificante di questo post è appunto quello di trattare in poche righe questo importante fenomeno che entra in gioco ogni volta che si parla di centrali nucleari (vedi il caso di Fukushima) e in ogni caso di elementi chimici molto pesanti.

Innanzitutto bisogna sapere che  dentro il nucleo atomico sono presenti due forze contrapposte: l'interazione nucleare forte, che lega tra di loro i nucleoni (protoni e neutroni), e la repulsione elettrostatica, che costringe i protoni a respingersi reciprocamente avendo carica equivalente e dello stesso segno. Dato che quest’ultima forza ha un più ampio “raggio d’azione”, i protoni possono legare a sé solo quelli più vicini, mentre subiscono la repulsione di tutti gli altri, anche dei più lontani. Se il nucleo è piccolo non sorgono problemi ma, se esso diventa troppo grande, la repulsione dei protoni lontani predomina sull'attrazione di quelli vicini, e il nucleo diventa instabile.

È così che nasce il concetto di isotopi radioattivi e di radioattività naturale. Come già detto nei post precedenti, tutti gli elementi più pesanti del piombo presentano solo isotopi instabili anche se con diversi “tempi di emivita”. Un nucleo che ha troppi protoni finisce infatti per liberarsene, decadendo secondo varie modalità che verranno in seguito discusse.

Se vogliamo quindi dare una semplice definizione, la radioattività (o decadimento radioattivo), è un insieme di processi fisici a livello atomico attraverso i quali alcuni nuclei instabili decadono , in un certo tempo detto tempo di decadimento, in nuclei più stabili con emissione di radiazioni ionizzanti. Il processo continua fino al raggiungimento di nuclei veramente stabili secondo quelle che vengono definite catene di decadimento o famiglie radioattive (quelle dell’uranio, dell’attinio e del torio).

Storicamente, in seguito agli studi di Ernest Rutherford, i decadimenti nucleari sono stati raggruppati in tre classi principali:

1.      Decadimento alfa

2.      Decadimento beta

3.      Decadimento gamma

Mentre il decadimento alfa e il decadimento beta cambiano il numero di protoni nel nucleo e quindi il numero di elettroni che vi orbitano attorno (cambiando così la natura chimica dell'atomo stesso), il decadimento gamma avviene fra stati eccitati dello stesso nucleo e comporta solo la perdita di energia.

DECADIMENTO ALFA:

Il decadimento alfa avviene con l'emissione di una particella, detta appunto particella alfa, composta da due protoni e due neutroni (nucleo di elio). Perdendo due protoni l'elemento indietreggia di due posizioni nella tavola periodica.

Es.      uranio 238 ---> torio 234 + α

Sostanze contenenti isotopi che decadono con decadimento alfa vengono prodotte come scorie nucleari nella reazione di fissione nucleare caratteristica dei reattori a fissione.

DECADIMENTO BETA:

Il decadimento beta può avvenire in due principali modalità (ci sarebbe una terza ma per evitare di esser troppo specifico e pesante la ometto):

• un neutrone decade  in una coppia protone-elettrone più un antineutrino (decadimento beta meno). Il protone resta nel nucleo, mentre le altre due particelle vengono espulse. E’ il processo di decadimento beta più diffuso.

Es.    cobalto 60 ----> nichel 60 + e^-  

Dato che i neutrini interagiscono debolmente con la materia, quando Marie Curie osservò per la prima volta questo tipo di decadimento lo associò alla sola emissione di un elettrone.

• un protone decade in una coppia neutrone-positrone più un neutrino (decadimento beta più).

Es.   fluoro 18 ----> ossigeno 18 + e⁺

 Nel prossimo post vi presenterò in modo molto schematico il percorso storico e le varie scoperte nell’ambito della radioattività.

Vi ringrazio come sempre per l’attenzione e per il passaggio sul blog.

Alla prossima puntata!