radioattività  Fis. Disintegrazione spontanea o provocata di un nucleo atomico accompagnata dall'emissione di particelle subatomiche e di radiazioni elettromagnetiche. � Radioattività residua, radioattività provocata in un materiale per effetto di un irraggiamento radioattivo e che permane anche quando cessa l'irraggiamento.

u Fisica
 

Il  fenomeno della radioattività spontanea o naturale fu scoperto nel 1896 da H. Becquerel che ebbe occasione di osservare che un sale di uranio, pur avvolto in una carta opaca, emette radiazioni capaci di impressionare una lastra fotografica posta nelle sue vicinanze. Più tardi si scoprì che anche il torio è radioattivo ma il progresso più importante in questo campo è legato alle indagini dei coniugi Curie che nel 1898 trovarono che la pechblenda, un particolare minerale dell'uranio, presenta un'attività sensibilmente più intensa, a parità di massa, di un sale puro di uranio. Gli elementi radioattivi vengono classificati in quattro famiglie:

1. Famiglia dell'uranio o del radio: inizia con l'uranio 238 e, attraverso processi successivi di decadimento, dà luogo a una successione di elementi radioattivi che finisce al piombo 206, stabile.

2. Famiglia dell'attinio: inizia con l'uranio 235 e si conclude con il piombo 207.

3. Famiglia del torio: inizia con il torio 232 e si conclude con il piombo 208.

4. Famiglia del nettunio: risultato di reazioni prodotte artificialmente, inizia con il nettunio 237 e termina con il bismuto 209.

In queste famiglie avvengono processi di decadimento con caratteristiche diverse:

a) La radioattività alfa (a) consiste nell'emissione di nuclei di elio (particelle a) costituiti da due neutroni e due protoni

(ad es.: ²³892 U D ²³490 Th + a).

Questo processo riduce di due unità la carica positiva del nucleo e origina quindi un nuovo elemento che precede di due caselle, nella tavola periodica, quello di partenza.

b) La radioattività beta (b) consiste nell'emissione di un elettrone positivo o negativo

(ad es.: ²³490 Th D ²³491 Pa + b­).

Questo processo altera di un'unità la carica del nucleo e produce quindi un nuovo elemento che precede o segue quello di partenza di una casella nella tavola periodica.

c) La radioattività gamma (g) consiste nell'emissione di un quanto di radiazione elettromagnetica. Questo processo fa passare un nucleo, che inizialmente si trova in uno stato eccitato, in un nuovo stato meno eccitato o stabile.

In un dato elemento campione i singoli processi radioattivi si susseguono con una frequenza statistica che può essere più o meno elevata e che dipende esclusivamente dalla natura del materiale e non dalle condizioni fisiche e chimiche in cui si trova. Si chiama periodo o tempo di dimezzamento l'intervallo di tempo necessario affinchè la metà dei nuclei presenti nel campione si sia disintegrata; si tratta di una grandezza che può assumere valori molto diversi al variare dell'elemento: si sono misurati periodi che vanno da un millesimo di miliardesimo di secondo (10­12) fino a 10Ή7 anni.

Il fenomeno della radioattività artificiale è stato scoperto nel 1934 dai coniugi Joliot-Curie bombardando mediante raggi a nuclei di

ΉΊ5 B, ²412 Mg, ²713 Al.

Usando come bersaglio i nuclei di alluminio riuscirono a realizzare la seguente reazione nucleare

²713 Al + a D ³Ί15 P + n

in cui si produce un neutrone n e l'atomo³Ί15 P che è un isotopo radioattivo del fosforonon esistente in natura e che decade spontaneamente secondo una reazione in cui si forma il silicio e viene emesso un elettrone positivo:

³Ί15 P D ³Ί14 Si + b+.

Il radiofosforo ³Ί15 P offre un primo esempiodi sostanza radioattiva che emette un positone anzichè particelle a o b come sempre si era osservato nei processi di decadimento dei materiali radioattivi naturali. Numerosi sono i procedimenti che consentono di produrre radioisotopi artificiali: tra i più importanti occorre citare quello scoperto e studiato da E. Fermi e dai suoi collaboratori, fondato sull'interazione tra nuclei e neutroni.

v Applicazioni della radioattività

Praticamente tutti i campi della scienza e della tecnica fanno uso di isotopi radioattivi per studiare, ed eventualmente modificare, le strutture, il comportamento di moltissime sostanze, di cellule, di tessuti e di organismi viventi. Tra le più note applicazioni della radioattività sono quelle mediche, che formano l'oggetto della radiologia. Con l'ausilio di sostanze marcate è possibile investigare in vivo il metabolismo di sostanze alimentari, farmaci, ecc. Lo studio dei fenomeni chimici indotti dalle radiazioni forma l'oggetto della radiochimica . Uno dei più interessanti campi di applicazione, nell'ambito della biologia, è quello della genetica, che sfrutta le radiazioni come agenti mutageni. Provocando infatti mutazioni cromosomiche mediante irradiazione si possono costituire varietà e razze con caratteristiche nuove: si è ottenuta, per es., una varietà di pomodoro a ciclo biologico breve, che matura assai rapidamente. Ciò ha permesso di sviluppare in modo considerevole la coltura di questa pianta nei paesi scandinavi.

Presso Roma è stato costituito un centro di studi di genetica applicata alle piante. Nel campo dell'agronomia si usano le radiazioni per sterilizzare insetti dannosi; questi, successivamente rimessi in libertà, agiscono competitivamente nei confronti di individui fecondi, realizzando una diminuzione della prolificità della specie senza turbare eccessivamente l'equilibrio ecobiologico e soprattutto limitando l'uso di insetticidi. Le radiazioni vengono pure utilizzate per la conservazione di prodotti agricoli (per esempio patate).

1. Applicazioni alla metallurgia. Alcuni isotopi radioattivi sono usati per studiare le reazioni metallurgiche, il meccanismo della solidificazione dell'acciaio in forma, la diffusione dei metalli, ecc., in particolare misurando l'attenuazione dei raggi g nel materiale in questione oppure usando il radioisotopo come tracciante. Questa seconda tecnica permette di seguire, per es., la ripartizione di un metallo in una determinata lega, con registrazione fotografica. L'impiego di sorgenti intense di cobalto 60 permette di fare vere radiografie di grossi pezzi metallici per scoprirne gli eventuali difetti interni.

2. Applicazioni industriali varie. Vengono realizzati apparecchi per la misurazione del livello di un liquido, viscosimetri e altri dispositivi che sfruttano in modo ingegnoso le proprietà delle radiazioni. Un dispositivo che si basa sull'attenuazione, ad es., permette di controllare il livello di un liquido in un recipiente a pareti opache. Un'altra applicazione è il controllo dello spessore di pezzi piatti costruiti in serie, anch'esso per misurazione dell'attenuazione della radiazione, che è funzione dello spessore dello schermo interposto tra la sorgente e il rivelatore.

3. Altre applicazioni. La radioattività viene utilizzata anche in geologia e nello studio di civiltà antiche. E' infatti possibile datare con una certa precisione un oggetto di legno, o un tessuto, determinando la quantità di carbonio 14 che contengono. Il metodo si basa sui fatti che il tempo di dimezzamento del Ή4C è noto (5.730 anni), che la sua concentrazione nell'atmosfera, nell'idrosfera e nella biosfera viene ritenuta costante, che il numero di particelle b emesse da una sostanza in un dato intervallo di tempo è proporzionale al numero di atomi di Ή4C. Quindi il confronto, mediante un contatore di Geiger, fra l'attività di un campione d'età nota e quella di un campione d'età incognita consente di determinare l'età di quest'ultimo.