RADIOATTIVITÀ La radioattività è la trasformazione spontanea o il riassestamento di un nuclide instabile (radionuclide) in un nuclide più stabile, accompagnata da emissione di energia sotto forma di radiazione. Comunemente, in un decadimento radioattivo, il nucleo iniziale viene detto “nucleo genitore”, quello prodotto “nucleo figlio”, il quale può essere a sua volta instabile, si hanno cosı̀ più decadimenti tra loro collegati. Qualunque sia la natura del decadimento, esso avviene statisticamente: non è possibile prevedere quando un nucleo radioattivo si disintegra. La probabilità che un nucleo si disintegri in un tempo dt è proporzionale a dt: dN dP = = λdt N dove λ indica la costante di decadimento caratteristica del nuclide considerato. Considerati N nuclei, se N può variare solo per via del decadimento radioattivo si ottiene: −dN = N λdt Integrando, e ponendo N (0) = N0 si ottiene la legge del decadimento radioattivo: N (t) = N0 e−λt Nello studio dei decadimenti radioattivi vengono usualmente introdotte delle grandezze legate a λ da semplici relazioni: • Vita media τ , è il tempo medio di sopravvivenza per un singolo nucleo. R∞ R∞ tN0 e−λt λdt 1 0 dN τ= = 0 = N0 N0 λ La legge del decadimento radioattivo può essere essere riscritta nella forma: N (t) = N0 e−t/τ • Tempo di dimezzamento t1/2 , indica dopo quanto tempo è presente la metà dei nuclei iniziali: N0 N (t1/2 ) = 2 da cui si ottiene: t1/2 = τ ln 2 = 0.693 τ 1 Il numero di decadimenti per unità di tempo è indicato dall’attività: A(t) = − dN (t) = N (t)λ dt segue una esponenziale con la stessa vita media τ individuata dalla legge del decadimento radioattivo. L’unità di misura dell’attività è il Bequerel (Bq). 1 Bq corrisponde a una disintegrazione al secondo, pertanto ha le dimensioni di s−1 . Il decadimento dei radionuclidi può avvenire attraverso diversi processi: • Decadimento α: emissione di un nucleo di elio, detto particella α. • Decadimento β, cambia il numero atomico Z ma non il numero di massa A. Nel decadimento β − il nucleo genitore è caratterizzato da un eccesso di neutroni: un neutrone si trasforma in protone con emissione di un elettrone (β − ) e di un antineutrino. Nel decadimento β + il nucleo genitore presenta un eccesso di protoni: un protone si trasforma in neutrone con emissione di un positrone (β + ) e di un neutrino. • Cattura Elettronica (EC): un nucleo assorbe uno degli elettroni orbitanti trasformando un protone in un neutrone e in un neutrino; il figlio è tipicamente in uno stato eccitato. • Decadimento γ: il nucleo in uno stato eccitato, prodotto a seguito di un decadimento, si porta nello stato fondamentale attraverso l’emissione di uno o più fotoni (radiazione γ). In genere la diseccitazione avviene in tempi inferiori a 1 ns. Se la vita media dello stato eccitato è maggiore del ns, lo stato è definito “metastabile”. Se un dato nucleo può decadere per più di un processo r, il decadimento è governato dalla costante: X λ= λr r Per il decadimento di tipo r è possibile calcolare la probabilità relativa, detta “branching ratio”: λr br = λ 2
