Nucleo atomico e radioattività

I nuclei degli atomi sono costituiti da protoni e neutroni, detti nell'insieme nucleoni. Il neutrone è elettricamente neutro (q = 0), mentre il protone ha una carica positiva (q⁺ = +1).

Il numero di protoni presenti in un nucleo è detto numero atomico (Z); quindi la carica elettrica nucleare è pari a Z volte la carica di un protone. Normalmente gli atomi sono neutri e questo si deve al pari numero, Z appunto, di protoni ed elettroni (q^- = -1) che li compongono.

Per valutare la massa di un nucleo è fondamentale conoscere il numero N di neutroni che vi compaiono. Tra le masse del protone e del neutrone c'è una piccolissima differenza, per cui si può concludere che la massa di un nucleo vale Z + N volte la massa del protone.

La quantità Z + N s'indica con la lettera A, ed è chiamata numero di massa. Un nucleo specifico, con il suo numero atomico e il suo numero di massa determinati, si dice nuclide.

In certi nuclei atomici il rapporto A/Z (ovvero tra la somma delle masse dei neutroni e dei protoni e il numero dei protoni) è tale da non riuscire a bilanciare le repulsioni tra i protoni, che quindi hanno il sopravvento: ciò ne determina la disintegrazione tramite espulsione di frammenti degli stessi.

La radioattività è per l'appunto il frutto della disintegrazione nucleare.

Tramite la demolizione parziale, i nuclei tendono a portarsi verso configurazioni sempre più stabili. Il cambiamento della composizione di un nucleo avviene tramite un processo che è detto di reazione nucleare. In base alla formula di Einstein E = mc², se si conosce con precisione la massa di un nucleo atomico e dei suoi costituenti, si può valutare l'energia che esso emette nel corso di reazioni nucleari. La formula di Einstein infatti, scritta nel 1905, permette di calcolare a quanta energia (E) corrisponde una certa massa (m); basta moltiplicare la massa per la velocità della luce (c) elevata al quadrato.

Ciò che deriva dalla reazione nucleare è spesso un nuclide detto nucleo figlio, più leggero e chimicamente differente dal nucleo progenitore, ovvero quello di partenza.

Non è detto che un nucleo radioattivo decada direttamente in un nucleo stabile; può accadere che esso decada in un nucleo instabile, a sua volta soggetto a decadimento radioattivo. Il processo in cascata continua finchè non si giunge a un nucleo stabile. Si parla allora di serie radioattiva.