Tipi di radiazioni nucleari

I decadimenti radioattivi sono sempre accompagnati dall'emissione di radiazioni di diversa natura, corpuscolare e/o elettromagnetica.

Se ne distinguono i seguenti tipi principali:

Decadimento α = vengono emesse particelle costituite da nuclei di Elio, ⁿHe (2 neutroni e 2 protoni), che hanno una doppia carica positiva. Tramite decadimento a, il nucleo emettitore si trasforma in un nucleo diverso, con numero atomico (Z - 2) e numero di massa (A – 4). 

Decadimento b^- = in conseguenza del cosiddetto decadimento beta negativo si ha l'emissione di elettroni nucleari, b^-. Quando il rapporto neutroni/protoni nel nucleo è troppo elevato, infatti, un neutrone si trasforma in protone mediante emissione di una particella avente carica unitaria negativa e massa nulla, in quanto priva di protoni e neutroni:

E' importante ricordare che questo elettrone non ha nulla a che vedere con gli elettroni atomici che vivono negli orbitali dell'atomo. Questi elettroni hanno provenienza direttamente dal nucleo, generati dalla trasformazione elementare di un neutrone in un protone.

In seguito al decadimento b, dunque, si ottiene la formazione di un isotopo di altro elemento chimico, che rispetto al progenitore ha un numero atomico aumentato di una unità (il protone in più) e numero di massa invariato (il protone si è sostituito al neutrone), cioè una transizione isobarica. Insieme all'elettrone viene emesso anche un antineutrino n^- (particella priva di massa e di carica elettrica che si sposta alla velocità della luce e ha una scarsa capacità d'interagire con la materia); l'energia totale di disintegrazione si ripartisce in varia misura tra le due particelle.

Un isòtopo è un atomo di uno stesso elemento chimico, e quindi con lo stesso numero atomico Z, ma con differente numero di massa A, e quindi differente massa atomica M. La differenza dei numeri di massa è dovuta ad un diverso numero di neutroni presenti nel nucleo dell'atomo a parità di numero atomico.

Le radiazioni beta sono più penetranti di quelle alfa, ma possono essere completamente bloccate da piccoli spessori di materiali metallici (ad esempio, pochi millimetri di alluminio).

Decadimento gamma (raggi γ, raggi X) = se le radiazioni alfa e beta sono di tipo corpuscolare e dotate di carica (positiva le alfa, negativa le beta), le radiazioni gamma sono invece fotoni; il fotone è il "quanto" (particella elementare) associato a un'onda elettromagnetica (in particolare luminosa); è una particella neutra che si propaga nel vuoto alla velocità di circa 300.000 km/s, con una energia che dipende dalla sua frequenza e con massa a riposo nulla.

Le onde elettromagnetiche create dal decadimento gamma sono ad altissima frequenza (superiore a 1020 Hz), corrispondente a lunghezze d'onda inferiori al picometro (1 pm = 10^-12 m).

Esse prendono il nome di raggi gamma quando si producono a seguito di fenomeni di disintegrazione di nuclei atomici (decadimento gamma); prendono invece il nome di raggi X quando traggono origine dai processi di rimaneggiamento degli elettroni orbitali (conversione interna).

Dal momento che non posseggono né carica né massa, la loro emissione non comporta un cambiamento delle proprietà chimiche dell'atomo, ma solo la perdita di una determinata quantità di energia sotto forma di radiazione: si ha quindi una transizione isomerica.

La radiazione gamma accompagna solitamente una radiazione alfa o una radiazione beta: infatti, dopo l'emissione alfa o beta, il nucleo è ancora eccitato, perché i suoi protoni e neutroni non hanno ancora raggiunto la nuova situazione di equilibrio: di conseguenza, il nucleo si libera rapidamente del surplus di energia attraverso l'emissione di radiazione gamma.

Al contrario delle radiazioni alfa e beta, le radiazioni gamma sono molto penetranti, e per bloccarle occorrono rilevanti spessori di materiali ad elevata densità come il piombo.

Ricapitolando, la situazione dei decadimenti attivi naturali può essere riassunta da questo specchietto: