Radioattività
La radioattività è la trasformazione spontanea di un nucleo instabile. È un fenomeno fondamentalmente probabilistico: non esiste un orologio che indichi quando decadrà un singolo nucleo, ma una grande popolazione mostra un comportamento medio prevedibile, descritto da una costante di decadimento e dal tempo di dimezzamento.
Tre emissioni comuni modificano i nuclei in modo diverso
Il decadimento alfa emette un nucleo di elio-4 e riduce A di 4 e Z di 2. Il decadimento beta meno trasforma un neutrone in un protone emettendo un elettrone e un antineutrino, quindi A resta invariato e Z aumenta di 1. L’emissione gamma libera l’eccesso di eccitazione nucleare sotto forma di fotone senza modificare A né Z.
L’attività conta i decadimenti per unità di tempo
A = λN
1 becquerel (Bq) = 1 decadimento al secondo.
L’attività dipende sia dal numero di nuclei instabili presenti sia dalla rapidità con cui ciascuno può decadere. Non coincide con il rateo di conteggio del rivelatore, con la dose assorbita né con l’effetto biologico.
Le leggi di conservazione vincolano ogni decadimento
Devono conservarsi la carica, l’energia totale, la quantità di moto e il momento angolare. Nel decadimento beta interviene anche un neutrino o un antineutrino; senza di esso, le energie misurate degli elettroni e i bilanci di quantità di moto non rispetterebbero le leggi di conservazione.
Tipo di radiazione e pericolosità sono domande diverse
Contano la penetrazione, la densità di ionizzazione, l’energia, la via di esposizione e la distribuzione biologica. Le particelle alfa vengono fermate facilmente all’esterno del corpo, ma possono depositare energia in modo molto concentrato se una sostanza emettitrice alfa è interna. I fotoni gamma sono più penetranti, ma il rischio non può essere ordinato soltanto in base al nome della radiazione.
È utile separare sorgente, radiazione e rivelatore. Una sorgente radioattiva ha un’attività determinata dai suoi nuclei. La radiazione emessa può essere assorbita o diffusa prima di raggiungere il rivelatore, che registra solo una frazione degli eventi. Una diminuzione del rateo di conteggio può quindi dipendere dal decadimento, dalla geometria, da una schermatura aggiuntiva o dal rivelatore stesso; prima di interpretare il numero va identificata la causa fisica.
Esempi svolti
1. Nucleo figlio dopo un decadimento alfa
Nel decadimento alfa dell’uranio-238 (²³⁸₉₂U), A diventa 234 e Z diventa 90: il nucleo figlio è torio-234.
2. Nucleo figlio dopo un beta meno
Nel decadimento beta meno del carbonio-14, A resta 14 e Z passa da 6 a 7: si ottiene azoto-14.
3. Attività
Se λ = 2,0×10⁻⁵ s⁻¹ e N = 3,0×10⁸, allora A = λN = 6,0×10³ Bq.