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Alcuni isotopi sono instabili, sono cioè soggetti a decadimento radioattivo (radioisotopi). Il
decadimento radioattivo comporta l'emissione di particelle energetiche con trasformazione
degli isotopi instabili in isotopi di elementi diversi.
Vi sono due tipi fondamentali di decadimenti: alfa e beta.
1) decadimento (beta): un neutrone del nucleo si trasforma in un protone (che rimane nel
nucleo, aumentando di un'unità il numero atomico e quindi trasformando l'elemento in quello
che lo segue nella tabella periodica), e in un elettrone ed un antineutrino (che si allontanano
dal nucleo ad elevata velocità).
n p e
Nel decadimento inverso un protone del nucleo, colpito da un elettrone, si trasforma in un
neutrone (che rimane nel nucleo, diminuendo di un'unità il numero atomico e quindi
trasformando l'elemento in quello che lo precede nella tabella periodica) e in un neutrino (che
si allontana dal nucleo).
p
e
n
Una reazione equivalente prevede che un protone emetta un positrone (l'antiparticella
dell'elettrone) ed un neutrino trasformandosi in un neutrone, che rimane nel nucleo.
p n e
2) decadimento (alfa): il nucleo di un isotopo espelle un nucleo di Elio (2 protoni + 2
neutroni) o particella (diminuendo di due unità il proprio numero atomico e trasformandosi
nell'elemento che lo precede di due posti nella tabella periodica).
Molti radioisotopi hanno un'interesse rilevante nella ricerca scientifica.
Un'applicazione notevole si ha nella datazione di rocce e fossili. Il metodo si basa
sull'osservazione che ciascun radioisotopo impiega un tempo ben determinato per trasformarsi,
in genere attraverso una lunga serie di elementi intermedi instabili, in un isotopo stabile. Tutti
gli isotopi radioattivi decadono obbedendo alla stessa legge di decadimento:
t
Nt
N0
e
dove
N0 = numero di atomi iniziali
Nt = numero di atomi residui (che non hanno ancora subito il decadimento) dopo un tempo t
= costante di decadimento (diversa da elemento ad elemento)
t = tempo
Ponendo
N 0
4
Nt è possibile determinare il cosiddetto tempo di dimezzamento (
2
T1 2 ) o di
semitrasformazione o emivita, cioè il tempo necessario affinchè decadano metà degli atomi
iniziali. La legge di decadimento diventa
ed il tempo di dimezzamento
T
1 2
N
N e
0
2
0
T1
2
loge
2 0,
69315
I fisici hanno determinato con grande accuratezza il tempo di dimezzamento dei
radioisotopi.
isotopo instabile decadimento isotopo stabile tempo di dimezz.
(in anni)
238 Uranio - 238
92 U
8 e 6
206 Piombo - 206
82 Pb
4,51 miliardi