La Radioattività

La materia è costituita da elementi atomici primari che combinandosi e legandosi tra loro in diverso modo danno origine a un’innumerevole varietà di sostanze e strutture sotto forma di gas, liquidi e solidi.
Tali elementi hanno a loro volta una propria struttura interna che ne determina le proprietà chimico-fisiche quali, ad esempio, le modalità attraverso cui si combinano con altri elementi. Sulla base del comportamento chimico è possibile stabilire una classificazione razionale degli elementi. Nella Tabella periodica gli elementi sono ordinati in gruppi che possiedono caratteristiche simili dal punto di vista del comportamento chimico. Una classica rappresentazione della struttura atomica è visibile nella figura in alto. Vi si riconoscono tre tipi di particelle disposte nello spazio in modo simile ad un sistema planetario: nel nucleo centrale, estremamente piccolo e compatto (il disegno è fuori scala per chiarezza di rappresentazione), risiedono neutroni (privi di carica elettrica) e protoni (carica elettrica positiva). Esternamente al nucleo orbitano come piccoli e leggerissimi satelliti gli elettroni. Essi sono in numero eguale a quello dei protoni, hanno carica elettrica negativa e, pertanto, da essi sono attratti e rimangono legati su orbite più o meno distanti dal nucleo. Le caratteristiche chimiche degli atomi sono determinate dagli orbitali elettronici più esterni e quindi, in ultima analisi, dal numero di protoni che costituiscono il nucleo. Vi sono elementi con atomi che, a parità di numero di protoni, possono avere nuclei con differenti numeri di neutroni. Ad esempio il carbonio può avere un nucleo composto da 12 particelle, 6 protoni e 6 neutroni (simbolo chimico: ¹²C) oppure da 14 particelle, 6 protoni e 8 neutroni (simbolo chimico: ¹⁴C). Nuclei diversi del medesimo elemento chimico si dicono isotopi. Gli isotopi possono essere presenti in natura o creati artificialmente dall’uomo. Alcuni isotopi dei vari elementi naturali, così come molti nuclei creati artificialmente, sono instabili, ossia tendono spontaneamente a ridisporsi in strutture nucleari energeticamente più favorevoli. In altre parole, dopo un tempo, il cui valore medio può variare per ogni tipo di isotopo dai milionesimi di secondo ai miliardi di anni, i nuclei instabili si trasformano e assumono configurazioni diverse. La radioattività consiste proprio in questo processo di disintegrazione spontanea dei nuclei. Durante tale processo vengono emessi frammenti nucleari, singole particelle e radiazioni elettromagnetiche di elevata energia che, nell’interazione con la materia o i tessuti organici, sono in grado di provocare danni alle strutture molecolari e più in generale provocano fenomeni di ionizzazione. Per tali ragioni i prodotti emessi dai nuclei soggetti a decadimenti radioattivi sono individuati col termine generale di “radiazioni ionizzanti”. La parola radioattività prende il nome dall’elemento naturale radio (²²⁶Ra), scoperto dai coniugi Curie agli inizi del ventesimo secolo: esso è un prodotto intermedio della catena di decadimenti successivi che a partire dall’uranio (²³⁸U) conduce fino all’isotopo stabile del piombo (²⁰⁶Pb).

La radioattività si misura in decadimenti per secondo e, in onore al fisico francese Henry Becquerel che nel 1896 scoprì l’emissione spontanea di radiazioni da parte dell’uranio, la sua unità di misura è il Becquerel (Bq):

1 Bq = 1decadimento per secondo

Il decadimento nucleare

La trasformazione di un nucleo, che in termini tecnici viene definita “decadimento”, segue delle leggi probabilistiche con tempi che variano moltissimo da elemento a elemento. Questo significa che più tempo passa e maggiore è la probabilità che il nucleo subisca il processo spontaneo di trasformazione in un altro tipo di nucleo.
Ad esempio l’uranio-238 (92 protoni e 146 neutroni), uno degli isotopi presenti da sempre nella crosta terrestre, ha un nucleo instabile. Quando decade l'uranio–238 si trasforma in un isotopo del torio, il ²³⁴Th, ed emette radiazione di tipo alfa, cioè espelle un frammento composto da 4 particelle, 2 neutroni e 2 protoni legati tra loro. La presenza di ²³⁸U si dimezza ogni 4,47 miliardi di anni. Attualmente l’uranio-238 residuo costituisce circa la metà della quantità originariamente presente sulla terra, che ha un’età stimata proprio intorno ai 4,5 miliardi di anni.