In natura esistono nuclei atomici stabili e nuclei instabili. I nuclei instabili sono destinati a decadere, cioè a trasformarsi in nuclei stabili; essi prendono il nome di nuclei radioattivi.

Esiste uno stretto legame tra la radioattività di un elemento e il rapporto tra il numero Z di protoni e il numero N di neutroni contenuti nel suo nucleo. Gli atomi che hanno numero atomico piccolo (fino a 20) sono stabili se tale rapporto è pari a 1. Al crescere del numero atomico, la stabilità si sposta verso gli atomi nei quali N è maggiore di Z. I nuclei instabili possono rimanere tali anche per millenni (anche per miliardi di anni), poi decadono emettendo una o più particelle. Esistono tre tipi di decadimento radioattivo a seconda delle particelle emesse.

1. Decadimento α: quando un atomo subisce un decadimento di tipo α, libera verso l'esterno una particella α (nucleo di Elio composto da due protoni e due neutroni e dotato di carica positiva pari a 2e; conseguentemente perde due protoni e due neutroni. Come il decadimento α il numero di massa A dell'atomo che decade diminuisce di quattro unità, mentre il numero atomico Z diminuisce di due unità:


(A, Z) →(A—4, Z—2)


L'Uranio 238 decade α trasformandosi in Torio 234

2. Decadimento ß: nel decadimento ß si ha la trasformazione di un protone in un neutrone (decadimento ß+) o viceversa (decadimento ß-) con conseguente liberazione di una particella beta. Nel caso del decadimento ß- la particella emessa è un elettrone veloce; nel caso ß+ l'atomo emette un positrone, avente massa uguale a quella dell'elettrone ma carica positiva. Se un nucleo decade ß-, il suo numero atomico Z aumenta di uno mentre il suo numero di massa A rimane inalterato:

(A, Z) →(A, Z + 1)


Il Cobalto 60 decade ß- trasformandosi in Nichel 60

3. Decadimento γ: nel decadimento γ il nucleo mantiene inalterati il numero atomico e il numero di massa:

(A, Z) →(A, Z)


Viene emessa una particella γ (fotone ad alta energia o onda elettromagnetica ad alta frequenza), non dotata né di massa né di carica e, proprio per questo, molto penetrante. Una particella γ riesce ad attraversare anche strati di metallo pesante come il Piombo.

L'effetto finale sull'atomo che subisce un decadimento di questo tipo è una diminuzione della sua energia nucleare.


Nella figura è mostrato il processo di decadimento radioattivo dell'Uranio. Lungo gli assi verticale e orizzontale sono riportati rispettivamente il numero atomico Z e il numero di massa A. Sulla parte destra sono riportati i simboli degli elementi coinvolti durante il decadimento. Partendo dall'atomo di Uranio:

(dove 238 è il numero di massa dell'atomo) e attraverso decadimenti α (frecce oblique) e ß- (frecce verticali) si arriva fino al Piombo:

Fonte: Alpha Test

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