La radioattività è un processo spontaneo mediante il quale i nuclei atomici instabili perdono energia emettendo radiazioni. Scoperto da Henri Becquerel nel 1896, è stato un concetto fondamentale in fisica e chimica, portando a una varietà di applicazioni in medicina, produzione di energia e ricerca scientifica. La radioattività deriva dall'instabilità all'interno del nucleo di un atomo, dove le forze che tengono insieme il nucleo non sono abbastanza forti da mantenerlo nella sua forma attuale. Questa instabilità porta all'emissione di radiazioni mentre il nucleo cerca uno stato più stabile.
Esistono tre tipi principali di radioattività, distinti in base al tipo di radiazione emessa: radiazione alfa ( \(\alpha\) ), beta ( \(\beta\) ) e gamma ( \(\gamma\) ). Ogni tipo ha proprietà ed effetti unici sulla materia.
La radiazione alfa è costituita da particelle composte da due protoni e due neutroni, che di fatto li rendono nuclei di elio. Poiché le particelle alfa sono relativamente pesanti e trasportano una carica positiva, hanno un raggio d'azione breve e possono essere fermate da un foglio di carta o dallo strato esterno della pelle umana. Tuttavia, se ingerite o inalate, le particelle alfa possono causare danni significativi ai tessuti biologici a causa del loro elevato potere ionizzante.
\(\textrm{Esempio:}\) Il decadimento dell'uranio-238 ( \(^{238}U\) ) in torio-234 ( \(^{234}Th\) ). \( ^{238}U \rightarrow ^{234}Th + \alpha \)
La radiazione beta può essere emessa sotto forma di elettroni ( \(\beta^-\) ) o positroni ( \(\beta^+\) ), che sono le antiparticelle degli elettroni. La radiazione \(\beta^-\) si verifica quando un neutrone nel nucleo si converte in un protone e un elettrone, con l'elettrone emesso. Al contrario, la radiazione \(\beta^+\) viene prodotta quando un protone si trasforma in un neutrone e un positrone. Le particelle beta sono più leggere delle particelle alfa e trasportano una carica positiva ( \(\beta^+\) ) o negativa ( \(\beta^-\) ). Sono più penetranti delle particelle alfa ma in genere possono essere bloccate da pochi millimetri di alluminio.
\(\textrm{Esempio di decadimento beta meno:}\) Il carbonio-14 ( \(^{14}C\) ) decade in azoto-14 ( \(^{14}N\) ). \( ^{14}C \rightarrow ^{14}N + \beta^- + \bar{\nu}_e \) \(\textrm{Esempio di decadimento Beta Plus:}\) Carbonio-11 ( \(^{11}C\) ) decadendo in boro-11 ( \(^{11}B\) ). \( ^{11}C \rightarrow ^{11}B + \beta^+ + \nu_e \)
La radiazione gamma è costituita da fotoni, che sono particelle di luce prive di massa. Spesso accompagna il decadimento alfa e beta, emesso durante la transizione del nucleo da uno stato energetico più elevato a uno inferiore. I raggi gamma sono altamente penetranti e richiedono materiali densi come il piombo o diversi centimetri di cemento per ridurne significativamente l'intensità. Nonostante non abbiano carica, le radiazioni gamma possono causare gravi danni alle cellule e ai tessuti viventi a causa della loro elevata energia e capacità di penetrazione profonda.
\(\textrm{Esempio:}\) La transizione del Cobalto-60 ( \(^{60}Co\) ) ad uno stato energetico inferiore, che emette radiazioni gamma. \( ^{60}Co^* \rightarrow ^{60}Co + \gamma \)
Sebbene la radioattività possa comportare rischi significativi per gli organismi biologici a causa delle sue radiazioni ionizzanti, ha anche numerose applicazioni benefiche. In medicina, gli isotopi radioattivi vengono utilizzati nella diagnostica per immagini e nel trattamento del cancro. Le applicazioni industriali includono test sui materiali, generazione di energia nei reattori nucleari e come tracciante nella ricerca biologica e chimica. Comprendere i diversi tipi di radioattività e le loro interazioni con la materia è fondamentale per sfruttarne in sicurezza il potenziale.
Il rilevamento e la misurazione della radioattività coinvolge vari strumenti, come contatori Geiger-Müller, contatori a scintillazione e camere di ionizzazione. Questi dispositivi rilevano le radiazioni ionizzanti emesse durante il decadimento radioattivo, consentendo agli scienziati di studiare le proprietà dei diversi isotopi e i loro modelli di decadimento.
La radioattività, con le sue forme alfa, beta e gamma, è un fenomeno fondamentale nel mondo naturale. Sebbene comporti rischi a causa dei suoi effetti ionizzanti sui tessuti biologici, la comprensione e il controllo della radioattività hanno portato a progressi significativi nel campo della medicina, dell’energia e della scienza. Lo studio della radioattività non solo aiuta a comprendere il mondo atomico e subatomico, ma fornisce anche strumenti per migliorare la salute umana e le capacità tecnologiche della società.
