La Radioattività e il Decadimento Radioattivo

La Radioattività e il Decadimento Radioattivo

La radioattività, fenomeno scoperto da Henri Becquerel nel 1896, è caratterizzata dall'emissione spontanea di radiazioni da parte di nuclei atomici instabili, noti come radionuclidi o radioisotopi. Questi nuclei possono decadere spontaneamente o a seguito di stimolazione artificiale, come il bombardamento con particelle subatomiche. La stabilità di un nucleo dipende dal suo numero di protoni e dal rapporto neutroni/protoni. Un rapporto non ottimale conduce all'instabilità e al decadimento radioattivo, durante il quale il nucleo emette particelle alfa, beta o radiazione gamma per raggiungere uno stato più stabile. I nuclidi stabili si collocano all'interno di una "valle di stabilità" nel grafico dei nuclidi, mentre quelli instabili si trovano al di fuori. Per elementi con numero atomico (Z) fino a 20, il rapporto neutroni/protoni si avvicina a 1:1, mentre per elementi con Z tra 20 e 83, il rapporto è maggiore di 1. Al di là del bismuto (Z=83), tutti i nuclidi sono radioattivi.

Il Tempo di Dimezzamento e Tipi di Radiazioni

Il tempo di dimezzamento, simboleggiato come T1/2, rappresenta il periodo necessario affinché metà degli atomi di un radionuclide si trasformi in un altro elemento o isotopo. Questa costante di tempo è intrinseca a ciascun isotopo e indipendente da condizioni ambientali come temperatura e pressione. Le radiazioni emesse durante il decadimento radioattivo si classificano in alfa (α), beta (β) e gamma (γ). Le particelle alfa sono nuclei di elio e hanno una bassa capacità di penetrazione; le particelle beta, che possono essere elettroni o positroni, hanno una capacità penetrante maggiore; le radiazioni gamma sono fotoni ad alta energia e possiedono la più alta capacità di penetrazione tra le tre.

Trasformazioni e Spostamenti Radioattivi

Durante il decadimento radioattivo, i nuclei instabili possono trasformarsi in isotopi più stabili attraverso il decadimento alfa, beta o gamma. Nel decadimento alfa, il nucleo emette una particella alfa, perdendo due protoni e due neutroni, e si sposta indietro di due posizioni nel sistema periodico degli elementi. Nel decadimento beta, un nucleo con eccesso di neutroni può convertire un neutrone in protone emettendo un elettrone e un antineutrino (β-), oppure un nucleo con deficit di neutroni può convertire un protone in neutrone emettendo un positrone e un neutrino (β+). Questi processi alterano il numero atomico ma non la massa atomica. Il decadimento gamma, invece, comporta l'emissione di energia sotto forma di fotoni gamma senza cambiamento nella composizione del nucleo.

Reazioni Nucleari e loro Applicazioni

Le reazioni nucleari, che coinvolgono trasformazioni del nucleo atomico, possono generare nuovi elementi e rilasciare notevoli quantità di energia. La trasmutazione nucleare, ad esempio, avviene quando un nucleo atomico viene trasformato in un altro nucleo mediante bombardamento con particelle ad alta energia. Le reazioni di fissione nucleare, che implicano la divisione di un nucleo pesante in nuclei più leggeri, e quelle di fusione nucleare, che vedono l'unione di nuclei leggeri per formarne uno più pesante, sono fondamentali per la produzione di energia. La fusione, in particolare, è la reazione che alimenta le stelle come il nostro Sole e offre vantaggi come la produzione di minori quantità di rifiuti radioattivi e l'utilizzo di risorse più abbondanti e meno pericolose rispetto alla fissione.

Differenze tra Reazioni Nucleari e Chimiche

Le reazioni nucleari differiscono significativamente dalle reazioni chimiche. Le reazioni chimiche coinvolgono gli elettroni degli atomi e non cambiano la composizione nucleare degli elementi, mentre le reazioni nucleari modificano il nucleo stesso, trasformando gli elementi e liberando energia in quantità molto superiori. Il tempo di dimezzamento di un isotopo radioattivo è una proprietà intrinseca e costante, non influenzata da fattori esterni, a differenza della velocità delle reazioni chimiche che può essere modificata da condizioni come la temperatura, la pressione e la presenza di catalizzatori. Le reazioni nucleari richiedono tecnologie avanzate e condizioni di sicurezza rigorose, a differenza delle reazioni chimiche che possono essere eseguite con attrezzature più semplici e in ambienti meno controllati.