La radioattività - ZyXEL NSA210

La Tabella dei nuclidi
(da Wikipedia)
Vedi anche tabella degli isotopi: http://it.wikipedia.org/wiki/Tabella_degli_isotopi
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La radioattività
A.H. Becquerel (1896) scopre l’emissione di
radiazioni da parte dell’uranio e osserva la
differenza tra questo fenomeno e altri già
conosciuti come l’emissione di raggi X e la
fosforescenza.
Il fenomeno viene poi osservato dai suoi allievi
Pierre e Marie Curie con gli elementi attinio,
polonio, radio e torio (1898) e fu da essi
denominato radioattività.
E.Rutherford (1897) riesce e descrivere la
radioattività in forma di radiazioni α (+), β - , β + , e γ,
osservando pure la capacità ionizzante di queste
radiazioni con possibili effetti fisiologici sul corpo
umano.
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Stabilità nucleare e radioattività
Determinate combinazioni di protoni e neutroni portano a
nuclei stabili (non radioattivi); la presenza di un numero
diverso di neutroni rispetto ad un determinato numero di
protoni può portare a nuclei instabili che si stabilizzeranno
mediante l’emissione di radiazioni (radioattività) fino a
raggiungere una combinazione stabile.
Nuclei stabili possono divenire instabili, quindi radioattivi,
se colpiti da neutroni veloci che riescono ad entrare nel
nucleo generando instabilità ed emissione α o β.
Se i neutroni veloci vengono adeguatamente moderati il
loro ingresso in nuclei relativamente pesanti (massa
nuclidica > 60) può dar luogo alla divisione del nucleo
(fissione nucleare).
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La stabilità dei nuclei
Curv a di stabilità de i nuclidi
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0 20 40 60 80 100
num e ro a t o m ic o Z
Z=N
Nst
Con il crescere del numero atomico (Z) aumenta il numero di neutroni (N) necessari
alla stabilità. Con più di 83 protoni non è più possibile avere stabilità.
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Stabilità nucleare e radioattività
Determinate combinazioni di protoni e neutroni portano a
nuclei stabili; la presenza di un numero diverso di neutroni
può portare a nuclei instabili che si stabilizzeranno
mediante l’emissione di radiazioni fino a raggiungere una
combinazione stabile.
L’analisi accurata delle radiazioni α e β permette di
misurarne carica e massa:
• le radiazioni α sono costituite da particelle con carica e
4
massa equivalente a nuclei di elio ( 2
He ).
• le radiazioni β - sono costituite da particelle con carica e
massa equivalente all’elettrone (elettroni ad alta energia),
• le radiazioni β + sono costituite da particelle con carica
equivalente al protone e massa equivalente all’elettrone.
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Stabilità nucleare e radioattività
Dopo la scoperta del protone e del neutrone (1932) viene
chiarito che durante i processi di decadimento il nucleo può dar
luogo ai seguenti fenomeni:
• perdere un gruppo di due protoni e due neutroni (emiss. α )
• trasformare un neutrone in un protone (emissione β - )
• trasformare un protone in un neutrone (emissione β + )
In tutti i casi cambia il numero atomico, quindi si producono
elementi diversi da quelli di partenza.
La prima trasformazione di un elemento in un altro era riuscita
già a Rutherford (1919) che ottenne O-17 bombardando N-14
con particelle α.
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I decadimenti radioattivi
Decadimento α : viene espulsa dal nucleo una
particella di carica positiva composta da due protoni
4
e due neutroni (un nucleo He ).
Si forma un nucleo di un nuclide di un altro elemento
con un numero atomico inferiore di 2 unità e con
numero di massa inferiore di 4 unità.
2
Il decadimento α è frequente con numeri di massa > 200
(confronta la Tavola periodica LiLu2 sotto “Table of Selected Radioactive Isotopes”)
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n p + e - +
−
ν e
I decadimenti radioattivi
Decadimento β - : viene espulso dal nucleo
un elettrone ad alta energia più un neutrino.
Un neutrone legato del nucleo si trasforma in un protone.
Si forma un nucleo di un nuclide di un altro elemento
avente un numero atomico superiore di un’unità.
Il numero di massa del −nucleo rimane invariato.
60 60
Es: Co→
Ni + e
− + ν e
27
28
p
p + e -
n + e + + ν
n + ν
Decadimento β + ; viene espulso dal nucleo un positrone
(antiparticella dell’elettrone) e un neutrino.
Un protone legato si trasforma in un neutrone.
Si forma un nucleo di un nuclide di un altro elemento
avente un numero atomico inferiore di un’unità.
Il numero di massa del nucleo rimane invariato.
56 56 +
Es: Co→
Fe + e +ν
27
26
Cattura elettronica (EC) : viene catturato un elettrone
da parte di un protone legato che si trasforma in neutrone
emettendo un neutrino.
57 57
Es: Co→ Fe +ν
27
26
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Radioattività naturale
I decadimenti nucleari sono processi naturali che
avvengono nei materiali minerali per la presenza di
elementi con isotopi radioattivi naturali come uranio (U-
238), radio (Ra-226), polonio (Po-210), torio (Th-232) e
nell’aria per la presenza di radon (Rn-222) che danno
decadimenti α .
Anche nel nostro corpo, in quello di tutti gli animali e nei
vegetali vi è radioattività per la presenza naturale di
nuclidi radioattivi del potassio (K-40) e del carbonio (C-
14) che danno decadimento β.
Alcuni nuclidi radioattivi presenti in natura derivano dal
decadimento di altri, come Rn-222 prodotto dal
decadimento del nuclide Ra-226 a sua volta dal
decadimento di Th-230, ecc.
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Radioattività naturale
L’energia liberata nel sottosuolo da questi
processi origina l’energia geotermica che noi
possiamo sfruttare per il riscaldamento o che
deve essere smaltita come nel caso del tunnel
di Alptransit.
I nuclidi radioattivi naturali conosciuti sono circa
60.
Nuclidi non naturali stabili o radioattivi possono
inoltre essere prodotti per collisione in
esperimenti condotti con acceleratori di
particelle.
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Diffusione di nuclidi radioattivi naturali
e artificiali
Accidentalmente possono inoltre finire nell’ambiente
nuclidi radioattivi non naturali prodotti per via tecnica
attraverso processi nucleari come Cs-137 e I-131 al
tempo dell’incidente nella centrale di Tschernobyl
(1986). Gli stessi isotopi oltre a Pu-239, Sr-90 e altri
possono essere prodotti in grande quantità da
esplosioni nucleari come quelle prodotte a Nagasaki e
Hiroshima (seconda guerra mondiale, 1945), e in vari
luoghi del mondo nei test eseguiti dai paesi in possesso
di armi nucleari (Russia, USA, GB, F, Cina, Pakistan,
India, Israele e Corea del Nord).
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La radiazione γ
I decadimenti α e β possono essere accompagnati
dall’emissione di radiazione elettromagnetica senza carica
elettrica: radiazione γ.
La radiazione γ trasporta la porzione di energia (quanto)
derivante dal processo di decadimento che non è presente
nella particella emessa.
La natura della radiazione γ è la stessa di quella della luce,
delle radiazioni UV, X, ecc.: l’energia trasportata dalla
radiazione è però superiore (lunghezza d’onda inferiore e
frequenza maggiore)
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Decadimenti: la serie naturale dell’uranio 238
Spesso il decadimento di un nucleo porta ad un nucleo ancora instabile;
si ha un serie di decadimenti a cascata fino alla formazione di un nucleo stabile
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Decadimenti : la serie naturale dell’uranio 235
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Decadimenti : la serie naturale del torio 232
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L’attività di un nuclide
L’attività di un campione di materiale radioattivo si esprime con il numero
di decadimenti per unità di tempo e si esprime in Becquerel:
1 Becquerel = 1 decadimento/secondo : [A] = 1 Bq
Il decadimento radioattivo ha un carattere puramente statistico.
Solo per un numero molto grande di nuclei di un determinato nuclide
è possibile predire quando avviene un decadimento.
Non si può predire invece per un singolo nucleo.
Si definisce pertanto la probabilità λ che un determinato nucleo decada
in un’unità di tempo;
λ ha la dimensione s -1 . Essa è tipica per ogni singolo nuclide radioattivo
Il numero di decadimenti per unità di tempo di un campione contenente
N nuclei di un nuclide radioattivo sarà:
A = N* λ
λ non dipende dal numero di nuclei presenti, è pertanto una costante
tipica di ogni nuclide.
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Attività, probabilità e dimezzamento
Per spiegare la probabilità di decadimento si può prendere l’esempio
di un albero che perde le foglie: ogni giorno che passa dimezza il
numero delle foglie che porta. Non si sa quale foglia cadrà domani.
Possiamo contare quante foglie cadono in un minuto (A) e quanto foglie
stanno sull’albero (N).
La probabilità λ che una particolare foglia cada nel prossimo minuto sarà
λ = A/N
Questa probabilità sarà uguale anche quando sull’albero saranno
rimaste poche foglie (A diminuisce proporzionalmente a N).
Il numero di foglie A che cadono in un minuto diminuisce nel tempo
(diminuisce N).
Se le foglie sono inizialmente 1000 dopo un giorno ne saranno rimaste
500: 1 giorno è il tempo di dimezzamento.
Il secondo giorno cadranno la metà delle foglie, quindi 250, il terzo 125.
Il tempo di dimezzamento non dipende dal numero delle foglie.
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Attività, probabilità e dimezzamento
caduta delle foglie
1200
1000
foglie
800
600
400
foglie che cadono
foglie rimaste
foglie cadute
200
0
0 2 4 6 8
giorni
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La legge del decadimento radioattivo
Si dispone al tempo t 0
di un definito numero N 0
di nuclei di un nuclide radioattivo .;
la probabilità di decadimento λ è costante per cui il numero di nuclei radioattivi
diminuisce nel tempo; l’attività (numero di decadimenti/s) diminuisce costantemente
in quanto A = λ*N.
Il calcolo dei nuclei radioattivi rimasti dopo un tempo t richiede la risoluzione di
un’equazione differenziale.
Il risultato è la legge del decadimento secondo la quale:
N(t) = N 0
*e -λt
N(t): nuclei radioattivi ancora presenti al tempo t
λ: probabilità di decadimento del nuclide
N 0 : nuclei radioattivi presenti al tempo t = 0
Ne consegue che l’attività A al tempo t sarà:
A(t) = A 0
*e - λt
A 0 = attività del campione al tempo t = 0
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Velocità di decadimento dei nuclidi
radioattivi
Ad ogni emissione di una particella corrisponde il
decadimento di un nucleo.
La frequenza con la quale vengono emesse particelle
radioattive a partire da un certo numero di nuclei è un
fenomeno statistico.
Essa dipende dall’instabilità dei nuclei: maggiore è la loro
instabilità e più frequente sarà l’emissione.
La velocità con la quale i nuclei di un isotopo decadono
viene espressa con il semiperiodo o emivita: esso è il
tempo dopo il quale la metà dei nuclei presenti inizialmente
nel campione si sono trasformati attraverso il decadimento.
Esso non dipende dal numero di nuclei inizialmente
presenti.
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Il semiperiodo di un nuclide radioattivo
Il semiperiodo o emivita (
t 1 ) di un nuclide radioattivo corrisponde
2
al tempo dopo il quale il numero di nuclei radioattivi ancora presenti
è la metà di quello iniziale (N 0
).
Dalla legge del decadimento radioattivo si ricava dunque:
N
2
0
= N0
*
e
−λ*
t
1
2
Da cui ne consegue:
t 1 =
2
ln 2
λ
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La misura dell’attività: il contatore Geiger (1928)
Le particelle emesse dalla sorgente radioattiva penetrano nella camera
attraverso il setto e ionizzano molecole di argon: gli ioni Ar + sono accelerati e
catturati dal catodo (parete della camera) e gli elettroni emessi sono catturati
dal filo metallo (anodo): si genera corrente nel circuito elettrico in forma di
impulsi corrispondenti ai singoli elettroni, quindi alle singole particelle emesse
dalla sorgente.
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La schermatura delle particelle α e β
Il contatore Geiger evidenzia che l’aria, un foglio di carta, il vetro o una lamina
metallica possono bloccare le particelle emesse da una sorgente radioattiva:
hanno effetto schermante il potere schermante di un materiale viene espresso
mediante la profondità che le particelle riescono a raggiungere in esso o
attraverso lo spessore dopo il quale l’attività viene dimezzata.
Si possono quindi realizzare delle barriere protettive efficaci, importanti per la
Radioprotezione.
Nella tabella alcuni valori di spessore di schermatura (totale) e di spessore
di dimezzamento
radiazione
effetto schermante
aria
acqua
materia solida
α
totale
< 0.1
m
< 0.01 mm
~ 0 cm
β
totale
< 10 m
< 2 cm
< 10 mm
γ
dimezzamento
100m
10 cm
3 cm
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Calcoli per la radioprotezione
La relazione tra attività ad una determinata profondità nel materiale e profondità
è simile a quella tra attività e tempo in quanto la diminuzione del numero di
impulsi/secondo è proporzionale allo spazio percorso nel materiale:
∆Z(
x)
∆x
= −c*
Z(
x)
Per valori di ∆x infinitamente
piccoli
Ne consegue che l’attività ad una profondità x nel materiale sarà:
Z( x)
= Z0
* e
E lo spessore di dimezzamento sarà:
−cx
d
= 1
2
ln 2
c
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Radiazione e energia: la dose assorbita
L’effetto biologico delle radiazioni è da riferire al loro potere ionizzante su
molecole biologiche: l’effetto di una radiazione dipende quindi dalla qualità e
dalla quantità di energia effettivamente assorbita.
Viene dapprima definita la dose di energia assorbita come rapporto
tra l’energia assorbita e la massa corporea irradiata:
Dose di energia
D
=
Energia
Massa tessuto
_ assorbita
_ irradiato
L’unità di energia assorbita è 1 Gray = 1 Gy= 1 J/kg
Vengono inoltre definite:
•La dosisleistung quale rapporto tra dose assorbita D e tempo di irraggiamento
•L’intensità di irraggiamento quale rapporto tra dosisleistung e superficie irraggiata
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La dose equivalente
L’attività di un materiale radioattivo non è una misura della sua pericolosità biologica.
Questa dipende dall’energia trasportata dalla radiazione al momento in cui
Interagisce con le molecole sensibili, ionizzandole.
Quindi determinanti diventano l’energia legata all’emissione, la distanza percorsa
dalla radiazione e il materiale attraversato.
Inoltre si ha un effetto ionizzante solo se c’è corrispondenza tra l’energia necessaria
alla ionizzazione e il quanto di energia liberato con l’emissione.
Ad esempio le particelle β attraversando una cellula producono da 10 a 100 ioni
mentre una particella α (meno energetica) ne produce da 10’000 a 70’000.
Viene quindi definito un fattore di qualità Q che permette di esprimere la
dose equivalente assorbita H:
H = D * Q
L’unità di misura per H è il il Sievert (Sv): 1 Sv = 1 J/kg
Dose naturale assorbita in Ticino: 1 mSv/anno (Leibstadt: 0.7 mSv/anno)
Dose massima ammessa (CH): 5 mSv/anno
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Il fattore di equivalenza Q
Radiazione
Fattore Q
Röntgen (X)
1
γ
1
β
1
neutroni
10
α
20
Dalla tabella ne consegue che le emissioni più pericolose sono le α.
Queste si spengono però con grande facilità e quindi non danno assorbimenti
Rilevabili a breve distanza. Sono invece estremamente pericolose se
vengono emesse direttamente nelle cellule, quindi se i materiali radioattivi
Attraverso dispersione ambientale vengono accumulati dall’organismo
(vedi caso storico dell’acqua al radio)!
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La dose equivalente effettiva
I vari organi del corpo umano sono diversamente sensibili alle radiazione,
in funzione della struttura delle cellule dei loro tessuti. Questo viene considerato
Mediante un fattore di sensibilità per il calcolo della dose equivalente effettiva
assorbita dal corpo:
effettiva
∑
H *
= wi
Hi
Organo
Fattore di sensibilità
W i
= fattore di sensibilità per l’organo i
H i
= dose equivalente assorbita dall’organo i
gonadi
seno
midollo osseo
polmone
0.2
0.05
0.12
0.12
pelle
0.01
fegato
0.05
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Radiazioni: propagazione e schermatura
Le radiazioni α sono particelle con carica positiva (2 neutroni e 2 protoni)
e si spengono dopo circa 1 cm nell’aria; possono pure essere bloccate
con un semplice foglio di carta.
Le radiazioni β - hanno carica negativa (elettroni ad alta energia emessi
dal nucleo), sono più energetiche e si propagano nell’aria per circa 1 m;
possono pure essere bloccate con schermi di materiali opportuni per
esempio piombo o acciaio con spessori di alcuni mm.
Le emissioni α e β possono essere accompagnate da radiazioni γ (onde
elettromagnetiche più energetiche dei raggi X) che si propagano nell’aria
statisticamente per circa 100 m.
Raggi γ e X possono anche essere prodotti dalla collisione di particelle α
e β con nuclei di atomi eccitabili (radiazione secondaria).
Queste radiazioni vengono bloccate per urto diretto con nuclei stabili;
molto adatto è il piombo, materiale ad alta densità atomica con nuclei
molto stabili.
L’assorbimento delle radiazioni γ e X è esponenziale rispetto allo
spessore del materiale schermante e questo spessore può essere
facilmente calcolato per avere una schermatura efficace.
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Radiazioni: esposizione diretta
Gli effetti biologici delle radiazioni ionizzanti
dipendono dall’energia trasportata dalla
radiazione e dalla sua natura (α,β,γ,X, UV,
neutroni, ecc.):
I diversi tipi di radiazione possono dare a
parità di energia trasportata effetti biologici
diversi che vanno da quelli benefici della
medicina nucleare a quelli negativi o
addirittura letali delle sovraesposizioni.
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Radiazioni: esposizione diretta
Viene definita un valore limite (dose
massima) sotto il quale la salute umana non
è a rischio di danni: si tratta di un valore
equivalente calcolato in base all’energia
assorbita per kg di massa corporea
moltiplicata per un fattore che dipende dal
tipo di radiazione.
La dose equivalente massima viene definita
sia per tutto il corpo come valore medio, sia
per parti di esso particolarmente sensibili
(organi genitali, fegato, ecc.).
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Radioattività e radiazioni: unità di misura
L’attività di una massa di materiale radioattivo è
espressa in Becquerel:
1 Bq = 1 decadimento/s
(ev. Bq/m 3 )
L’energia assorbita attraverso l’esposizione viene
espressa in Gray:
1 Gy = 1 J/kg
La dose equivalente viene espressa in Sievert (Sv
o mSv) e calcolata in Gy x Q dove Q è il fattore di
qualità che dipende da tipo di radiazione.
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Radioattività e radiazioni: rischio da
esposizione
Il rischio da esposizione non dipende dall’attività di un
materiale radioattivo presente nell’ambiente (cioè dal
numero di decadimenti nel tempo) ma dalla dose assorbita
dal corpo, quindi dall’energia e dalla qualità delle radiazioni
alle quali si può essere esposti.
La dose equivalente limite alla quale può essere esposta
una persona professionalmente è di 50 mSv per anno.
Questo tasso corrisponde ad un rischio teorico di insorgenza
di gravi malattie (cancro o danni genetici) equivalente ai
normali rischi quotidiani.
I valori realmente misurati nel personale addetto a impianti
nucleari è inferiore a 10 mSv per anno.
Per persone non addette il valore limite è di 5 mSv/anno
mentre qualsiasi impianto anche nucleare non deve dare
incrementi nella popolazione oltre 0.3 mSv/anno per singole
persone.
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Radioattività e radiazioni: misura
dell’attività e dell’esposizione
L’attività di un materiale o di un singolo nuclide,
l’energia delle radiazioni e la dose dell’esposizione
vengono misurate con rivelatori basati sul principio
dei contatori Geiger:
Le radiazioni ionizzanti producono la ionizzazione di
un gas presente in un tubo attraverso una finestra.
La conducibilità elettrica che ne deriva e la corrente
elettrica generata permettono la misura. Utilizzando
specifici materiali per pareti, finestre e gas possono
essere rivelate tutte le diverse radiazioni (α,β,γ,X,
neutroni).
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Radioattività e radiazioni: esempi di
valori di esposizione
L’esposizione misurata su addetti ad impianti nucleari è dell’ordine dei 10
mSv (valore massimo misurato per una singola persona).
L’esposizione della popolazione ticinese nei mesi seguenti l’incidente di
Tschernobyl (1986) causata principalmente dai nuclidi di cesio e iodio è
stata di 0.2 mSv/anno (oggi scesa a 0.01).
L’esposizione media della popolazione svizzera è di 4 mSv/anno
(esposizione naturale a Caslano 1 mSv/anno, a Leibstadt di 0.700
(incremento da parte della centrale nucleare: 0.003 mSv/anno) 1,2 .
L’esposizione alla quale sono stati esposti gli operai inviati nell’area
dell’impianto del reattore aperto di Tschernobyl nei giorni seguenti
l’incidente fu > 500 mSv.
L’esposizione durante un’esplosione nucleare (Hiroshima, Nagasaki) è >
500 µSv/h (4000 mSv/anno) nel raggio di alcuni km dal luogo
dell’esplosione
1
http://www.bag.admin.ch/themen/strahlung/00045/02411/index.html?lang=de
2 http://info.casaccia.enea.it/gsp3/Dosi/RadAmbDosIrradSvizz.pdf
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Radioattività e radiazioni: fonti di esposizione
La principale fonte di esposizione in Svizzera è data dal radon, un gas
chimicamente inerte che si forma nel sottosuolo a partire dal decadimento naturale di
uranio; esso diffonde nell’atmosfera e dà luogo a prodotti di decadimento
a loro volta radioattivi. Occorre evitare che si possa accumulare nei locali abitativi.
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Radioattività e radiazioni: valori di
esposizione in Svizzera
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Materiali radioattivi: diffusione e assorbimento
I materiali che emettono particelle α e β e radiazioni γ non
rappresentano un pericolo se custoditi stabilmente sotto
schermatura.
L’emissione di particelle α è invece particolarmente
pericolosa se avviene direttamente nelle nostre cellule;
questo può avvenire se i nuclei responsabili vengono
assimilati dall’organismo tramite l’inalazione,
l’alimentazione o il passaggio diretto nel sangue.
L’energia associata alla particella α nel punto e al momento
dell’emissione è in grado di produrre la ionizzazione in atomi
di molecole che si trovano a diretto contatto.
Questa ionizzazione può tradursi in un danno fisiologico,
particolarmente grave se riguarda molecole di sistemi
produttivi o riproduttivi quali proteine e acidi nucleici (DNA).
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La pericolosità dei materiali radioattivi
Materiali radioattivi prodotti da processi tecnici controllati
(centrali nucleari, medicina, ricerca,..) custoditi in sistemi
schermanti appropriati non danno effetti sull’ambiente
purché il loro confinamento sia ragionevolmente assicurato.
Materiali radioattivi naturali presenti e confinati in rocce o
giacimenti (come l’uranio nel granito della nostra regione o in
giacimenti carboniferi) non rappresentano un pericolo in
quanto naturalmente schermati dagli altri materiali. Essi
generano la cosiddetta radioattività ambientale che può
variare da luogo a luogo. Ad esempio nella zona di Verscio
si misura la radioattività ambientale maggiore di tutta la
Svizzera per la presenza relativamente elevata di uranio
nelle rocce.
http://www.zwilag.ch/security/containersurvey.asp
http://www.bfe.admin.ch/radioaktiveabfaelle/01274/index.html?lang=it
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La pericolosità di materiali radioattivi
La presenza naturale o accidentale di nuclidi radioattivi in terreni, nelle
acque o nell’aria può invece portare all’assimilazione e all’accumulo
nell’organismo di nuclei radioattivi con conseguenti gravi pericoli.
Alcune cause possono essere:
• processi di lavorazione di rocce uranifere (polveri inalabili),
• combustioni di carboni uraniferi (fumi inalabili e ricadute sulle colture)
• combustione di tabacchi contenenti polonio (inalazione),
• deponia o smaltimento incontrollati di scorie contenenti nuclidi
radioattivi provenienti da medicina, ricerca e industria con conseguente
infiltrazione nelle acque o diffusione nel terreno,
• fughe di materiale radioattivo da centrali nucleari o centri di ricerca,
• esplosioni nucleari (bombe a fissione o a fusione nucleare)
Liceo Lugano 2. Corso di scienze sperimentali. Radioattività 40

La pericolosità di materiali radioattivi
Vi può essere un pericolo per la salute dovuto alla diffusione
nell’ambiente di nuclidi assimilabili senza che si registri un
apprezzabile aumento della radioattività ambientale globale.
Un forte aumento della radioattività ambientale produce
invece un pericolo sia per esposizione diretta e immediata
alle radiazioni sia per assimilazione a medio- lungo termine
di nuclidi radioattivi.
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La pericolosità di materiali radioattivi
nel corpo umano
L’assimilazione nell’organismo di nuclidi radioattivi avviene per affinità
chimica:
Il radio (Ra) appartiene alla stessa famiglia chimica del calcio (Ca) è
può essere assimilato nelle ossa; il suo nuclide Ra-226 dà emissione α
direttamente nelle cellule del tessuto osseo;
L’uranio (U) può comportarsi come cromo e molibdeno e legarsi a
proteine finendo nelle ossa o nel fegato dove il suo nuclide più comune
U-238 emette particelle α.
Il radon (Rn) è un gas inerte e pesante: viene inalato e circola nelle vie
respiratorie e staziona nei polmoni; può pure diffondere nel sangue e
circolare a contatto con i suoi costituenti; il nuclide Rn-222 emette
particelle α può danneggiare sangue e tessuti delle vie respiratorie.
Isotopi radioattivi non naturali (prodotti tecnicamente) di elementi
comunemente utilizzati dall’organismo (come il nuclide I-129 dello iodio
utilizzato dalla tiroide) vengono utilizzati dall’organismo come i normali
isotopi stabili in quanto hanno uguale comportamento chimico.
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Il Carbonio-14
Non si tratta di un vero e proprio isotopo naturale del carbonio.
Esso viene prodotto nell’atmosfera dall’irraggiamento cosmico che produce
neutroni liberi negli strati più alti dell’atmosfera.
I neutroni prodotti penetrano negli strati inferiori dell’atmosfera e colpendo
atomi di azoto producono atomi di C-14 liberando protoni (che si perdono
senza ulteriori effetti)
14
7
14
N + n→
C +
Nell’atmosfera si genera di conseguenza una concentrazione di 1 nucleo C-14
su 10 12 atomi C praticamente costante anche in ogni campione che scambia
carbonio con l’ambiente.
Il nucleo C-14 è instabile ed emette radiazione β- trasformando nuovamente
in un atomo di azoto stabile:
14
6
C→
14 N 7
6
+
β
−
p
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La datazione con C-14
Il nuclide C-14 si combina chimicamente con l’ossigeno come qualsiasi
atomo di carbonio formando CO2: viene assorbito dai vegetali e si ritrova
quindi in vegetali e animali dove la sua concentrazione è di 1.2E-12 fintanto
che l’organismo vivente scambia carbonio con l’ambiente.
Finito lo scambio con l’ambiente il contenuto di C-14 diminuirà in base alla
sua probabilità di decadimento tipica λ.
Il semiperiodo del C-14 è di 5730 anni. Quindi esso si adatta alla datazione di
reperti archeologici in quanto con gli odierni strumenti è possibile registrare
differenze di attività dovute alla diminuzione dei nuclei in periodi fino
a circa 50’000 anni (circa 10 semiperiodi).
La misra del C-14 avviene dopo che il campione viene trattato in modo da
isolare tutto il carbonio contento. Questo carbonio puro viene bruciato a CO 2
.
La CO 2
prodotta viene inviata nella camera di ionizzazione un contatore Geiger
che rileva le emissioni. L’emissione viene confrontata con quella di un campione
recente. E’ possibile utilizzare anche uno spettrometro di massa.
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