Decadimenti radioattivi - Dipartimento di Fisica

Corso di formazione sulla 

radioprotezione 

•Il decadimento radioattivo 

•Radioisotopi naturali e artificiali 

•Radioisotopi impiegati in campo biomedico 

•Danni prodotti dalle radiazioni ionizzanti 

Corso di Radioprotezione 20/12/2010 1

Corso di Radioprotezione 20/12/2010 2 

Le varie fonti di rischio da 

esposizione alle radiazioni 

26% 

1% 

73% Fondo Naturale 

Il maggior contributo alla dose da 

radiazioni è dovuto alla radioattività 

naturale 

26% Esposizioni Mediche 


Dose da radiazione, alcuni esempi. 

Valori indicativi espressi in mSv (milliSievert) 

Radiografia 

Un anno in una casa di mattoni 

Un anno in una casa di granito 

Volo intercontinentale 

Limite di legge annuo per il pubblico 

Limite di legge annuo lavoratori esposti 

0.5 – 5 mSv 

1 mSv 

2 mSv 

0.1 mSv 

1 mSv 

20 mSv


Il decadimento radioattivo 

• La materia, in alcune sue forme, non ha 

vita infinita 

• Dopo un tempo più o meno lungo si 

trasforma ovvero decade 

• Il decadimento è in genere 

accompagnato dalla emissione di 

radiazioni, da cui il nome di 

decadimento radioattivo

Il tempo di dimezzamento di 

alcune particelle e atomi 

• n (neutrone) 

• p (protone) 

• e (elettrone) 

• µ (muone) 

• U 238 

• U 235 

T = 15 minuti 

T > 10 32 anni 

T = infinito 

T = 2.19 10 -6 s 

T = 4.5 10 9 anni 

T = 7.1 10 8 anni 



Lo scopritore della radioattività 

• Henri Becquerel scoprì per caso la 

radioattività naturale studiando la 

fluorescenza dell’Uranio 

• Usò come rivelatore una lastra 

fotografica che rimase impressionata 

senza essere esposta alla luce 

• Le radiazioni emesse dall’Uranio 

attraversavano l’involucro opaco della 

lastra 

• Era l’anno 1896, l’anno precedente 

Roentgen aveva scoperto i raggi X, 

l’anno successivo Thomson avrebbe 

scoperto l’elettrone

I Curie : due formidabili ricercatori 

• Pierre Curie era un professore 

affermato, aveva studiato la 

piezoelettricità il magnetismo. 

• Maria Sklodowska, sua moglie, si 

stava laureando in Fisica nel 1897. 

Aveva già avuto una figlia: Irene. 

• Come argomento di tesi scelse lo 

studio del fenomeno della 

radioattività, appena scoperto da 

Becquerel. 

• Maria aveva già mostrato una grande 

volontà e tenacia nello studio. Di 

origine polacca, si era trasferita a 

Parigi per studiare. 


Le radiazioni ionizzanti : α βγ 

• Becquerel aveva scoperto che le 

radiazioni emesse dall’Uranio avevano 

caratteristiche simili ai raggi X 

• Queste radiazioni erano in grado di 

attraversare corpi opachi e ionizzavano 

l’aria 

• Le radiazioni α venivano frenate in pochi 

cm di aria 

• Le radiazioni γ erano molto penetranti 

• Inoltre le radiazioni α e β venivano 

deviate da un campo magnetico, le 

radiazioni γ procedevano indeviate : un 

rompicapo! 


Un altro mostro sacro : Rutherford 

• Intanto in Inghilterra un altro 

scienziato studiava la 

radioattività : Rutherford. 

• Era arrivato dalla Nuova 

Zelanda a Cambridge nel 1895. 

• Il suo professore J.J. Thomson 

stava studiando i raggi catodici. 

• Quando arrivarono le notizie 

delle scoperte dei raggi X e 

della radioattività, Rutherford si 

gettò a capofitto nello studio. 

• Rutherford e Curie avevano 

metodi di lavoro differenti… 


Il metodo dei Curie : la separazione 

chimica 

• Nella tavola periodica troviamo 103 

elementi conosciuti. 

• All’epoca di Curie ne mancavano 

molti all’appello. 

• Attraverso separazioni chimiche i 

Curie isolarono un nuovo elemento, 

che chiamarono Polonio (Po) in 

onore della patria di Marie. 

• In seguito scoprirono il Francio (Fr) 

e il Radio (Ra) 

• Da alcune tonnellate di Uranio 

estrassero meno di un grammo di 

Radio, attraverso processi di 

separazione chimica. 


Il metodo di Rutherford : misure 

precise con strumenti raffinati 

• Mentre i Coniugi Curie trafficavano 

con tonnellate di Uranio, Rutherford 

con pochi grammi di materiale fece 

misure di grande precisione. 

• Scoprì una nuova emissione 

radioattiva in forma gassosa, 

chiamata Emanazione (oggi 

chiamata Radon – Rn) 

• Inoltre utilizzò le particelle α come 

proiettili lanciati contro un foglio 

d’oro molto sottile. 

• Questo famoso esperimento 

condusse al modello dell’atomo 



La radioattività naturale è nata insieme 

alla formazione della Terra 

• Tutta la materia presente nella Terra è stata 

sintetizzata all’interno di una Stella 

• Il componente di partenza è l’Idrogeno 

• Dalla fusione di più atomi di Idrogeno si ottiene 

Elio, Litio, Berillio, Boro … 

• … e molto Ferro (σιδηροσ -> sidereus) 

• Verso la fine della vita della stella vengono 

prodotti gli elementi più pesanti come Piombo, 

Torio e Uranio 

• La vita di una stella si conclude con la 

esplosione di una Supernova 

• Il materiale disperso dalla esplosione può dare 

origine ad un sistema Stella+Pianeti 

• E’ ciò che avvenne circa 7 miliardi di anni fa nel 

nostro sistema solare


La tavola periodica degli Elementi 

• Sono stati individuati finora 

115 diversi elementi 

• Ogni Elemento ha un 

comportamento chimico 

diverso 

• Questa diversità dipende dal 

numero di elettroni 

dell’atomo 

• Il numero di elettroni è 

uguale al numero di protoni 

del nucleo : Z , detto 

numero atomico


Le forze presenti nel nucleo 

• Ogni protone ha una carica di 1.6 10 -19 C 

• La distanza tra due protoni è circa 10 -15 m 

• Tra i protoni presenti nel nucleo si esercitano forze di repulsione 

elettrostatiche molto intense. 

• La forza di repulsione Coulombiana vale : 

2 

−38 

1 Q 

9 2.56 ⋅10 

F = ⋅ = 9 ⋅10 

⋅ N = 230N 

2 

−30 

4πε 

r 

10 

• Questa forza di repulsione impedirebbe la aggregazione di più di un 

protone nel nucleo. 

• Tra i protoni e tra i neutroni si esercita una ulteriore forza attrattiva detta 

Forza Forte 

• La Forza Forte consente di legare insieme protoni e neutroni in un 

nucleo


Condizioni di equilibrio di forze 

nel nucleo 

• La Forza Forte prevale sulla 

repulsione elettrostatica, però ha un 

raggio di azione molto breve 10 -15 m 

• La forza elettrostatica ha invece un 

raggio di azione infinito. 

• Per creare un nucleo con più protoni 

occorre aggiungere del ‘collante’ : i 

neutroni non risentono della forza 

elettrostatica e costituiscono un 

legame tra loro e i protoni 

• All’aumentare del numero di protoni 

aumenta la percentuale di neutroni 

presenti nel nucleo 

Protoni 

Neutroni 

• I nuclei stabili (pallini neri) sono situati sulla ‘curva di stabilità’ 

• I nuclei instabili (pallini colorati) hanno un eccesso o un difetto di neutroni 

• I nuclei instabili tenderanno a portarsi sulla curva di stabilità modificando il 

numero di protoni e neutroni

I radioisotopi tendono a raggiungere la 

(curva di) stabilità 

Protoni 

Neutroni 

Troppi protoni 

un protone si 

trasforma in 

neutrone (β+) 

Troppi neutroni 

un neutrone si 

trasforma in 

protone (β-) 

Troppi neutroni 

e troppi protoni 

Vengono emessi 

2 neutroni e 

2 protoni (α) 

Il tipo di decadimento 

dipende dalla posizione del 

radioisotopo rispetto alla 

curva di stabilità 

Le frecce indicano 

graficamente lo 

spostamento subìto dal 

nucleo 



Notazione chimica 

•A - Numero di massa: indica la somma del numero di 

protoni e neutroni 

•Z – Numero atomico: indica il numero di protoni 

Numero protoni + neutroni 

Numero protoni 

A 

Z 

X 

Simbolo chimico

Il carbonio 

Gli isotopi 

Numero protoni + neutroni 

Numero protoni 

12 

C 

6 

• Il carbonio nel suo nucleo ha 6 protoni 

e 12 - 6 = 6 neutroni 

• Esistono altri atomi di carbonio che 

hanno un diverso numero di neutroni 

(isotopi) 

• Il comportamento degli isotopi nelle 

reazioni chimiche è identico. 

• La anidride carbonica può essere 

formata dal C 12 o dal C 13 o dal C 14. 

• La presenza del C 14 ha consentito di 

mettere a punto una raffinata tecnica di 

datazione dei reperti archeologici… 

11 

C 

13 C 

14 C 

6 6 6 

Nota : 

Il C 11 è usato per la PET 

L’antimateria per scopi 

medici … 



Un famoso radioisotopo : C14 

• Gli isotopi sono identificati dal simbolo dell’elemento 

chimico corrispondente a Z e dal numero di massa A: 

• C 12 : Z=6 A=12 (6 neutroni) ; abbondanza : 99% 

• C 13 : Z=6 A=13 (7 neutroni) ; abbondanza : 1% 

• C 14 : Z=6 A=14 (8 neutroni) ; 

1/1000.000.000.000 

• C 12 e C 13 sono stabili 

• C 14 è un radioisotopo e decade con un tempo di 

dimezzamento T = 5770 anni 

• Il C 14 viene prodotto nella atmosfera dalla 

interazione dei raggi cosmici con l’azoto (N 14)


La radioattività 

È l’insieme dei fenomeni per cui un nucleo si trasforma in un altro 

con un diverso numero di protoni e neutroni. 

Durante questa trasformazione (chiamata decadimento radioattivo) 

vengono prodotte radiazioni di varia natura ed energia 

Il termine decadimento indica che la natura, in alcune sue forme, non 

ha vita infinita (forse nessuna forma ha vita infinita…) 

Il termine radioattivo indica che vengono emesse radiazioni. 

γ 

β 

α 

γ


Decadimento alfa (α) 

Il nucleo decade emettendo un nucleo di elio 

(2 protoni + 2 neutroni) chiamato particella α 

α 

226 

222 

4 

88 

Ra 

86 

Rn 

2 

He 

Tutto l’Elio presente 

sulla Terra è dovuto 

alle particelle alfa 

emesse dai radioisotopi 

naturali 

•il numero atomico Z diminuisce di 2 da 88 a 86 

•il numero di massa A diminuisce di 4 da 226 a 222


Decadimento beta (β) 

Il nucleo decade trasformando un neutrone in protone e emettendo un 

elettrone; gli elettroni così emessi sono chiamati raggi β . 

Raggi β ed elettroni sono identici, la diversa nomenclatura ne indica 

l’origine : i raggi β provengono dal nucleo. 

+ 

neutrone protone elettrone ( β) 

137 

137 

55Cs 

56 

Ba 

Particella β 

Nota : 

•il numero atomico Z aumenta di 1 da 55 a 56 

•il numero di massa A non cambia A = 137


Emissione gamma (γ) 

A seguito di un decadimento alfa o beta il nucleo risultante può rimanere 

per un certo tempo, con un eccesso di energia (stato eccitato). 

Quando il nucleo torna allo stato fondamentale questa energia viene 

emessa sotto forma di un fotone (raggio gamma). 

137 

Cs 

55 

Stato eccitato 

γ 

Stato fondamentale 

137 ∗ 

56 

Ba 

137 

56 

Ba 

γ


Potere di penetrazione delle radiazioni 

Particelle beta (β) 

Particelle alfa (α) 

Cemento 

Raggi gamma 

Alluminio 

carta 

Sorgente 

radioattiva 

•I I raggi alfa sono i meno penetranti, 

vengono fermati da pochi centimetri 

d’aria o da un foglio di carta 

•I I raggi beta sono più penetranti degli 

alfa, vengono fermati da un foglio di 

alluminio 

•I raggi gamma 

I raggi gamma sono i più penetranti e 

possono attraversare notevoli spessori 

di materiale di elevata densità.


Radiazioni ionizzanti 

Le sorgenti radioattive emettono in genere radiazioni di elevata 

energia che possono produrre la scissione delle molecole e la 

ionizzazione degli atomi. Per questo motivo sono dette radiazioni 

ionizzanti 

Radiazioni emesse durante i decadimenti 

radioattivi: 

•Particelle α e β 

•Radiazioni γ 

Radiazioni emesse da altre sorgenti: 

•Raggi X 

•Raggi ultravioletti 

Radiazione 

Tutte queste radiazioni sono ionizzanti e 

come tali possono produrre danni agli 

organismi viventi.


Radiazioni elettromagnetiche : quelle pericolose e 

quelle innocue per la salute dell’uomo 

• Radiazioni ultraviolette, raggi X e gamma sono dannose 

• Luce, radiazione infrarossa, microonde, onde radio sono innocue 

• L’Elettrosmog è un termine inventato dai giornalisti 

• Le microonde di frequenza 2.5 GHz producono oscillazioni della molecola 

d’acqua e scaldano i corpi contenenti acqua


La costante di decadimento λ 

• Il decadimento radioattivo è un fenomeno 

probabilistico 

• λ = probabilità che una particella, o un 

nucleo, decada nell’unità di tempo (un 

secondo) 

• Non potremo mai sapere con certezza in che 

istante un particolare nucleo dovrà decadere 

• Ma se abbiamo un numero molto grande N di 

nuclei, potremo dire che ogni secondo 

decadono λ . N nuclei


Quanti decadimenti al secondo 

• Supponiamo che la probabilità che ogni singolo nucleo abbia 

una probabilità su 1000 di decadere in 1 secondo (λ=1/1000 s -1 ) 

• Supponiamo di avere una sorgente con 100000 nuclei 

(N=100000) 

• Quanti nuclei decadono in 1 s ? 

∆N = 1/1000 x 100000 = 100 

• Quanti in 1/10 di s ? 

∆N = 1/1000 x 100000 x 1/10 = 10 

• Quanti in un tempo ∆t ? 

∆N = 1/1000 x 100000 x ∆t = λ N ∆t 

• Quanti in un tempo ∆t ? 

∆N / ∆t = λ N (o anche dN / dt = λ N )

La legge del decadimento 

radioattivo 

• N(t) : numero di nuclei non ancora decaduti al 

tempo t 

• λ . N(t) : numero di nuclei che decadono in 1 s 

• dN = λ . N(t) dt : numero di nuclei che 

decadono nel tempo dt 

• dN(t)/dt = −λ . N(t) : derivata di N(t) 

• il segno negativo è dovuto al fatto che N(t) è 

in diminuzione 


Una equazione differenziale … 

dN(t)/dt = −λ . N(t) ……... la soluzione è 

N(t) = N 0 e -λt 

Dove N 0 è il numero di nuclei all’istante t=0 

12000 

10000 

8000 

N(t) 

6000 

4000 

2000 

0 

0 20 40 60 80 100 120 

tempo 


Tempo di vita media 

N(t) = N 0 e -λt ….dopo un tempo τ = 1/λ …. 

N(τ) = N 0 e -1 = N 0 

. 

0.37 

•τ è la vita media nei nuclei 

Significato di vita media con un esempio: 

•90 palline nell’urna, 

•ne estraggo una al secondo, 

•probabilità di estrarre la pallina numero 10 (o una qualsiasi) λ = 

1/90. 

•Quante estrazioni (cioè quanti secondi) dovrò aspettare 

mediamente per avere la pallina numero 10 ? 

•90 secondi ! Tempo medio τ = 1/λ 


Tempo di dimezzamento 

• È più semplice fare i calcoli con il tempo di 

dimezzamento T 

• T: tempo dopo il quale sono rimasti nella sorgente un 

numero di nuclei pari alla metà del numero di nuclei 

iniziali 

N(T) = N 0 / 2 = N 0 e -λT 

• semplificando N 0 : 1 / 2 = e-λT si ricava T = τ log(2) 

• Una equazione più semplice 

N(t) = N 0 2 -t/T 


Calcoli con il tempo di 

dimezzamento 

• Partendo dalla equazione 

• Dopo un tempo t = T : 

N(t) = N 0 2 -t/T 

N(T) = N 0 2 -T/T = N 0 2 -1 = ½ N 0 

• Dopo un tempo t = 2T : 

N(2T) = N 0 2 -2T/T = N 0 2 -2 = 1/4 N 0 

• Dopo un tempo t = nT : 

N(nT) = N 0 2 -nT/T = N 0 2 -n = 1/2 n N 0 



E facile fare i conti con le 

potenze di 2 

2 10 = 1024 circa 1000 (kilo) 

2 20 = 1024 2 circa 1000 000 (Mega) 

2 30 = 1024 3 circa 1000 000 000 (Giga) 

• Dopo un tempo t = 10T : N(10T) = N 0 /1000 (circa) 

• Dopo un tempo t = 20T : N(20T) = N 0 /1000 000 

• Dopo un tempo t = 30T : N(30T) = N 0 /1000 000 000 

• Dopo 30 tempi di dimezzamento la sorgente radioattiva si 

è ridotta a un miliardesimo del valore iniziale … 

• il caso del Cs-137 nelle scorie nucleari


La misura della radioattività 

• Una sorgente radioattiva contiene un numero più o meno 

grande di isotopi radioattivi. 

• È più utile conoscere il numero di nuclei che decadono nell’unità 

di tempo, piuttosto che il numero totale di nuclei radioattivi 

presenti nella sorgente. 

• Perché ? 

• A seguito del decadimento si avrà emissione di radiazioni. 

• La emissione di radiazioni è tanto più intensa quanto maggiore è 

la rapidità con cui i nuclei decadono. 

• La Attività di una sorgente è definita come : numero medio di 

nuclei che decadono nell’unità di tempo. 

• La Attività dà una idea della pericolosità della sorgente 

radioattiva.

Formula della Attività e unità di 

misura 

• Analizzando il decadimento radioattivo come fenomeno 

probabilistico abbiamo trovato che : λ . N(t) : numero di nuclei 

che decadono in 1 s 

• Dalla definizione di Attività si ricava la relazione A(t) = λ . N(t) 

• Quindi la Attività di una sorgente radioattiva decresce nel tempo 

con la stessa legge del decadimento radioattivo 

A(t) = λ . N(t) = λ . N 0 e -λt = A 0 e -λt 

A(t) = − dN(t)/dt = λ . N 0 e -λt 

• Le dimensioni della Attività sono : t -1 (numero di nuclei / tempo) 

• L’unità di misura dovrebbe essere : Hz (Hertz) o s -1 

• In realtà si usa il Bq (Bequerel), per precisare il tipo di fenomeno che si 

sta prendendo in considerazione 


La vecchia unità di misura della 

Attività 

• Fino a qualche anno fa l’unità di misura della Attività 

era il Curie (Ci) 

• 1 Ci è la Attività di una sorgente di 1 g di Ra226 

• 1 Ci corrisponde a 3.7 10 10 Bq = 37 GBq 

• Una sorgente di 1 Ci è decisamente pericolosa 

• 1mCi : sorgente da laboratorio, da tenere in 

cassaforte 

• 1µCi : sorgente per la taratura di strumentazione 

• 1nCi : sorgente innocua (37 Bq) 



Qualche riferimento 

• Radioattività nei materiali della crosta terrestre (valori 

medi) 

• K40 : 1000 Bq/kg (25 nCi/kg) 

• U238 : 70 Bq/kg (circa 2 nCi/kg) 

• Th232 : 70 Bq/kg (circa 2 nCi/kg) 

• Non rilevanza radiologica 

• P32 : 100 kBq 

• H3 : 5 MBq 

• Rifiuti radioattivi 1Bq/g


Radioisotopi naturali 

• Si trovano sulla Terra (e su tutti i Pianeti del sistema solare) 

molti radioisotopi naturali 

• Tutti i radioisotopi naturali attualmente presenti sulla Terra 

hanno tempi di dimezzamento paragonabili alla vita del sistema 

solare : circa 5 10 9 anni 

• I radioisotopi naturali con tempi di dimezzamento molto più 

brevi sono completamente decaduti 

Alcuni radioisotopi 

naturali 

Radioisotopo 

K 40 

Rb 87 

Th 232 

U 235 

U 238 

Tempo di dimezzamento 

1.3 10 9 anni 

5.0 10 10 anni 

1.4 10 10 anni 

7.1 10 8 anni 

4.5 10 9 anni


Le famiglie radioattive 

• Un nucleo radioattivo può decadere dando origine ad un nucleo 

stabile oppure ad un nucleo a sua volta instabile, il quale a sua volta 

decade in un altro nucleo instabile….. 

• È quanto accade nel caso del U 238, del U 235 e del Th 232, i tre 

radioisotopi naturali più comuni. 

• La sequenza dei radioisotopi prodotti a partire dal capostipite prende il 

nome di famiglia radioattiva. 

• L’ultimo discendente di una famiglia radioattiva è un isotopo stabile. 

• Per i tre radioisotopi indicati i discendenti stabili sono rispettivamente 

Pb206 Pb207 e Pb208

La famiglia radioattiva dell’Uranio 238 



Le condizioni di equilibrio nella famiglia 

radioattiva 

U238 

dN 

dt 

N 1 − 

1 = λ N 1 1 

dN 

− 

dt 

2 

= λ2N2 

Th234 

N 2 

Pa234 

N 3 

dN 

− 

dt 

3 

= λ3N3 

•Possiamo immaginare la famiglia radioattiva come 

una serie di serbatoi ciascuno dei quali si svuota 

riempiendo il successivo 

•La velocità di svuotamento (-dN/dt) dipende dal 

livello nel serbatoio (N) e dalle dimensioni della 

valvola di scarico (λ) 

•Quando si raggiungono le condizioni di equilibrio le 

velocità di svuotamento di tutti i serbatoi sono uguali 

•La velocità di decadimento di un radioisotopo 

(analoga alla velocità di svuotamento del serbatoio) è 

chiamata Attività e dipende dalla costante di 

decadimento λ 

•In condizioni di equilibrio le Attività di tutti i 

radioisotopi della famiglia sono uguali


Tutti i figli dell’U238 : Q tot = 51.63 MeV 

Isotopo 

Dec 

T 

Q(MeV) 

Po218 

α 

3.05 min 

6.11 

U 238 

α 

4.7 10 7 a 

4.27 

Pb214 

β 

26.8 min 

1.03 

Th234 

β 

24.1 g 

0.20 

Bi 214 

β 

19.9 min 

3.27 

Pa234 

β 

6.7 h 

2.21 

Po214 

α 

165 µs 

7.83 

U 234 

α 

2.5 10 3 a 

4.84 

Pb210 

β 

22.3 a 

0.06 

Th230 

α 

7.5 10 4 a 

4.77 

Bi 210 

β 

5.01 g 

1.16 

Ra226 

α 

1.6 10 3 a 

4.87 

Po210 

α 

138.4 g 

5.41 

Rn222 

α 

3.83 g 

5.59 

Pb206 

stabile


Effetti prodotti dalla energia emessa dall’U 238 

e discendenti : Q tot x Numero atomi 

• La abbondanza frazionaria dell’U238 è di 3 ppm 

• Un kg di roccia contiene circa 3 mg di U 238 

• 3 mg di U 238 corrispondono a 3 10 -3 /238 N AV atomi di U 238 

• Complessivamente 7.59 10 18 atomi di U 238 

• Energia complessivamente irradiata : 7.59 10 18 x 51.63 10 6 MeV 

= 3.92 10 26 eV x 1.6 10 -19 J/eV = 3.26 10 7 J = 17.42 kWh ! 

• Ovviamente questa energia viene liberata su tempi molto lunghi 

… miliardi di anni 

• Ma se non c’è modo di smaltire questa energia, la roccia si 

scalda sino a fondere 

• L’interno della Terra è caldo a causa della radioattività naturale, 

le eruzioni vulcaniche sono un effetto della radioattività !


Effetti prodotti dai radioisotopi 

naturali 

• Le radiazioni emesse dai radioisotopi naturali 

producono effetti molto evidenti 

• Il riscaldamento del magma terrestre e di 

conseguenza terremoti ed eruzioni vulcaniche sono 

dovuti alla energia rilasciata dal decadimento 

radioattivo dei radioisotopi naturali. 

• Il Radon, un gas radioattivo naturale, è attualmente 

la fonte principale di dose da radiazioni ionizzanti per 

la popolazione. 

• …. Non tutto ciò che è naturale produce effetti positivi 

sulla salute …

C’è anche altro 

•Elementi radioattivi naturali più abbondanti – U238, Th232 e K 40. 

Quanto Uranio c’è in casa nostra? Circa tre parti per milione della massa 

totale. Tra 100 g e 1 kilogrammo, contenuto nei materiali da costruzione, 

soprattutto nel cemento. 

•Radon nelle acque – Le acque di sorgente sono ricche di Radon che si 

scioglie facilmente in acqua. Dopo circa 2 settimane il Radon è quasi 

completamente decaduto. Le acque dei bacini non contengono Radon. 

•Radiazioni cosmiche – Radiazioni di altissima energia e fortemente 

penetranti, vengono prodotte dalle stelle e in particolare dal Sole. 

•Il nostro corpo – Tutti gli essere viventi sono leggermente radioattivi, 

soprattutto a causa del K 40 che viene metabolizzato. Inoltre è presente 

C14 in quantità minime. Più altri radioisotopi naturali in funzione della 

situazione ambientale. 


La radioattività e la salute 

• Un tempo si pensava che la Radioattività potesse avere 

effetti benefici per la salute 

• All’ingresso delle Terme era scritto in bella evidenza 

TERME RADIOATTIVE 

• Nelle etichette delle acque minerali era indicata la 

radioattività alla sorgente (il valore massimo) 

• Se ora ci fosse tale indicazione, nessuno comprerebbe 

l’acqua minerale. 

• Come nessuno comprerebbe più le sigarette se nella 

confezione ci fosse la indicazione che il fumo è dannoso ! 


Rivelare e misurare la 

radioattività 

1. Strumentazione professionale 

2. Strumenti didattici per la analisi della 

radioattività naturale 



Il segnale emesso dal radioisotopo che decade 

U238 

Th234 

Pa234 

U234 

Th230 

α 4.2 MeV 

γ 15 keV 

γ 63 keV 

γ 92 keV 

γ 1001 keV 

α 4.8 MeV 

α 4.7 MeV 

Ra226 

Rn222 

Po218 

Pb214 

Bi214 

α 4.6 MeV 

α 4.8 MeV 

γ 186 keV 

α 5.5 MeV 

α 6.0 MeV 

γ 77 keV 

γ 295 keV 

γ 352 keV 

γ 609 keV 

γ 1120 keV 

• Ogni radioisotopo che 

decade emette radiazioni 

α e/o γ caratteristiche 

• La energia delle particelle 

a o dei fotoni γ è tipica 

del radiosotopo e quindi 

ne consente il 

riconoscimento 

• Le particelle β hanno 

energia variabile e sono 

meno utili nella analisi 

• Gli strumenti più utilizzati 

sono gli spettrometri α e 

γ; la risoluzione è elevata

Lo spettrometro γ al Germanio HP 

•Il rivelatore è costituito da un cristallo di 

Ge di alta purezza che produce un segnale 

elettrico quando cattura un fotone γ 

•Il segnale ha una altezza proporzionale 

alla energia del fotone 

•Raccogliendo i segnali e classificandoli 

in funzione della altezza (o energia) si ha 

lo spettro γ 

•Il rivelatore deve essere mantenuto a bassa temperatura; un dewar riempito di Azoto 

liquido mantiene la temperatura del rivelatore a -200°C 

•L’elettronica accessoria fornisce alta tensione (3000 V) e amplifica i deboli segnali. Un 

elaboratore con scheda di acquisizione crea e visualizza lo spettro 

•Una grossa schermatura evita la rivelazione di segnali provenienti dall’esterno 



1) 

3) 

Uno spettrometro a scintillatore costa 

molto meno… e lo possiamo costruire. 

2) 

4) 

• I componenti principali 

di uno spettrometro a 

scintillatore sono : 

1. Cristallo di NaI 

2. Fotomoltiplicatore 

3. Alimentatore ad alta 

tensione 

4. Elettronica di 

acquisizione con 

multicanale 

5. … più un computer e il 

software di analisi

Spettro gamma del Granito rosa 

338 keV Ac228 (Th) 

186 keV : Ra226 (U) 

911 keV : Ac228 (Th) 

968 keV : Ac228 (Th) 

1120 keV : Bi214 (U) 

77 keV : Pb214 (U) 

295 keV : Pb214 (U) 

338 keV : Ra228 (Th) 

583 keV : Tl208 (Th) 

609 keV : Bi214 (U) 

1460 keV : K40 

352 keV : Pb214 (U) 

Conteggi 

1400 

1200 

1000 

800 

600 

400 

200 

0 

Uno spettro γ in condizioni di equilibrio : 

campione di granito 

Nello spettro sono presenti le righe tipiche 

dei discendenti dell’U238 nelle proporzioni 

corrispondenti alle condizioni di equilibrio 

Si notano anche le righe dei discendenti del 

Th232 e la presenza del K40 

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 180 

Energia (keV) 


Altre sorprese con uno spettrometro 

gamma 

Spettro gamma - Terra per datazione TLD 

1462 keV : K40 

77 keV : Pb214 

93 keV : Th234 

186 keV : Ra226 

295 keV : Pb214 

338 keV Ac228 (Th) 

352 keV : Pb214 

511 keV : Tl208 (Th) 

583 keV : Tl208 (Th) 

609 keV : Bi214 

662 keV : Cs137 

911 keV :Ac228 (Th) 

968 keV : Ac228 (Th) 

1120 keV : Bi214 

242 keV : Bi214 

Conteggi 

25000 

20000 

15000 

10000 

5000 

0 

Nello spettro è presente la riga caratteristica di 

un radioisotopo artificiale molto noto : 662 keV 

del Cs 137, tempo di dimezzamento 30 anni 

Da dove arriva? 

E’ la traccia del disastro nucleare di Chernobyl 

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 180 

Energia (keV) 



Torio 232 in alcuni campioni di granito 

140 

misure di Th 232 dei graniti 

120 

100 

Bq/kg 

80 

60 

40 

20 

0 

Brasile 

India 

Spagna 

Sardegna 

Gallura 1 

Gallura 2 

Logudoro


Uranio 238 in alcuni campioni di granito 

60 

misure di U 238 dei graniti 

50 

40 

Bq/kg 

30 

20 

10 

0 

Brasile 

India 

Spagna 

Sardegna 

Gallura 1 

Gallura 2 

Logudoro


Torio 232 nel cemento 

Th 232 

Ceneri volanti 

Argilla 

Scisto 

27% 

Calcare 

Gesso 

Gesso 

1% 

Scisto 

Calcare 

1% 


58% 

Argilla 

13%


Uranio 238 nel cemento 

Scisto 

16% 

U 238 


Gesso 

2% 

Calcare 

8% 

Argilla 

7% 

Argilla 

Calcare 

Gesso 

Scisto 


67%


Lo spettrometro γ al Germanio HP 

•Il segnale ha una altezza 

proporzionale alla energia del fotone 

•Raccogliendo i segnali e 

classificandoli in funzione della altezza 

(o energia) si ha lo spettro γ 

•Il rivelatore è costituito da un cristallo 

di Ge di alta purezza che produce un 

segnale elettrico quando cattura un 

fotone γ 

•Il rivelatore deve essere mantenuto a bassa temperatura; un dewar riempito di Azoto 

liquido mantiene la temperatura del rivelatore a -200°C 

•L’elettronica accessoria fornisce alta tensione (3000 V) e amplifica i deboli segnali. Un 

elaboratore con scheda di acquisizione crea e visualizza lo spettro 

•Una grossa schermatura evita la rivelazione di segnali provenienti dall’esterno

Uno spettro γ in condizioni di equilibrio : granito 

Spettro gamma - Roccia campione 1 

1462 keV : K40 

93 keV : Th234 

338 keV Ac228 (Th) 

511 keV : Tl208 (Th) 

77 keV : Pb214 

186 keV : Ra226 

911 keV :Ac228 (Th) 

968 keV : Ac228 (Th) 

1120 keV : Bi214 

583 keV : Tl208 (Th) 

295 keV : Pb214 

609 keV : Bi214 

352 keV : Pb214 

242 keV : Bi214 

Conteggi 

7000 

6000 

5000 

4000 

3000 

2000 

1000 

0 

Nello spettro sono presenti le righe tipiche 

dei discendenti dell’U238 nelle proporzioni 

corrispondenti alle condizioni di equilibrio 

Si notano anche le righe dei discendenti del 

Th232 e la presenza del K40 

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 180 

Energia (keV) 



Tutti i figli dell’U238 : Q tot = 51.63 MeV 

Isotopo Dec T Q(MeV) Po218 α 3.05 min 6.11 

U 238 

α 

4.7 10 7 a 

4.27 

Pb214 

β 

26.8 min 

1.03 

Th234 

β 

24.1 g 

0.20 

Bi 214 

β 

19.9 min 

3.27 

Pa234 

β 

6.7 h 

2.21 

Po214 

α 

165 µs 

7.83 

U 234 

α 

2.5 10 3 a 

4.84 

Pb210 

β 

22.3 a 

0.06 

Th230 

α 

7.5 10 4 a 

4.77 

Bi 210 

β 

5.01 g 

1.16 

Ra226 

α 

1.6 10 3 a 

4.87 

Po210 

α 

138.4 g 

5.41 

Rn222 

α 

3.83 g 

5.59 

Pb206 

stabile


Effetti prodotti dalla energia emessa dall’U 238 

e discendenti : Q tot x Numero atomi 

• La abbondanza frazionaria dell’U238 è di 3 ppm 

• Un kg di roccia contiene circa 3 mg di U 238 

• 3 mg di U 238 corrispondono a 3 10 -3 /238 N AV atomi di U 238 

• Complessivamente 7.59 10 18 atomi di U 238 

• Energia complessivamente irradiata : 7.59 10 18 x 51.63 10 6 MeV 

= 3.92 10 26 eV x 1.6 10 -19 J/eV = 3.26 10 7 J = 17.42 kWh = 

14980 kcal ! 

• Ovviamente questa energia viene liberata su tempi molto lunghi 

… miliardi di anni 

• Ma se non c’è modo di smaltire questa energia, la roccia si 

scalda sino a fondere 

• L’interno della Terra è caldo a causa della radioattività naturale, 

le eruzioni vulcaniche sono un effetto della radioattività !


Effetti prodotti dai radioisotopi 

naturali 

• Le radiazioni emesse dai radioisotopi naturali 

producono effetti molto evidenti 

• Il riscaldamento del magma terrestre e di 

conseguenza terremoti ed eruzioni vulcaniche sono 

dovuti alla energia rilasciata dal decadimento 

radioattivo dei radioisotopi naturali. 

• Il Radon, un gas radioattivo naturale, è attualmente 

la fonte principale di dose da radiazioni ionizzanti per 

la popolazione. 

• …. Non tutto ciò che è naturale produce effetti positivi 

sulla salute …

Il Radon 

• Il Radon è un gas radioattivo prodotto dal 

decadimento del Radio (il quale a sua volt 

è prodotto dall’Uranio 238) 

• Il Radon è un gas inerte, non forma 

composti, la molecola è mono-atomica e 

quindi molto piccola. 

• Penetra attraverso il suolo all’interno delle 

abitazioni. 

• Il Radon respirato può decadere all’interno 

dei polmoni emettendo particelle α, 

dannose per l’organismo. 

• Attualmente il Radon naturale rappresenta 

la maggior fonte di rischio di tipo 

radioattivo. 


Il Radon nell’acqua di sorgente 

1. Il gas Radon è facilmente solubile in acqua 

2. Il Radon emesso dalle rocce si concentra nelle 

acque delle falde 

3. L’acqua di alcune sorgenti contiene una elevata 

concentrazione di Radon 

4. Poiché il Radon decade in pochi giorni, dopo circa 

due settimane la radioattività è scomparsa 

5. L’acqua dei bacini di raccolta non contiene Radon 

in quantità significative 



Le varie fonti di rischio da 

esposizione alle radiazioni 

26% 

1% 

73% Fondo Naturale 

Il maggior contributo alla dose da 

radiazioni è dovuto alla radioattività 

naturale 

26% Esposizioni Mediche 



Radon : effetti sulla salute 

• Il principale effetto sanitario è un aumento di 

rischio di tumore polmonare. 

• il radon rappresenta, dopo il fumo, la seconda 

causa di morte per tumore polmonare. Esso 

contribuisce all'incirca al 10% dei tumori 

polmonari: 

USA 

UK 

SVEZIA 

ITALIA 

Popolazione 

220.000.000 

57.700.000 

8.700.000 

57.100.000 

Casi/anno 

totali di 

tumori 

polmonari 

157000 

40000 

3000 

36000 

Concentrazioni 

medie annuali 

Bq/m3 

46 

20 

100 

80 

Stima di 

tumori 

polmonari 

attribuiti a 

Radon 

15000 

2000 

900 

4000


La normativa sul Radon 

• Il decreto 241/2000, 

• recepisce una direttiva della Comunità Europea 

(Direttiva 96/29/Euratom – Capo VII) 

• è entrato in vigore il 1 gennaio 2001, fissa i limiti 

di concentrazione media annuale di radon per i 

luoghi di lavoro (fra essi sono naturalmente 

compresi istituti scolastici ed asili nido). 

Livello di Azione = 500 Bq/m 3

Radon : legislazione attuale 

• Direttiva 96/29/EURATOM in materia di protezione sanitaria 

della popolazione e dei lavoratori contro i rischi derivanti dalle 

radiazioni ionizzanti 

• Il Decreto Legislativo 26 maggio 2000, n. 241 impone la misura 

di concentrazione di Radon in alcuni ambienti sotterranei 

(gallerie, cunicoli, sottovie, terme …) 

• Entro 5 anni (il 31/12/2005) le Regioni devono individuare le 

zone in cui intervenire anche in superficie 

• Quasi tutte le nazioni europee hanno già indicato i livelli di 

intervento per effettuare le bonifiche 



Radon : i limiti in alcune nazioni 

Limiti Raccomandati 

Case esistenti 

Case future 

Limiti 

imposti 

Unione Europea 

WHO 

Italia 

Australia 

Austria 

Belgio 

Canada 

Finlandia 

Germania 

400 

? 

400 

400 

200 ÷ 600 

200 

400 

800 

250 

200 

? 

200 

200 

1000

Concentrazione di Radon nelle abitazioni 

Italiane (Indagine ENEA-ISS 1990) 



Legislazione italiana per il controllo del Radon 

Distinzione per il tipo di normativa tra: 

Ambienti residenziali 

Direttiva CE 1990 

Limiti consigliati: 

‣400Bq/m 3 (edifici esistenti) 

‣200Bq/m 3 (in costruzione) 

Ambienti di lavoro 

Decreto Legislativo 26.05.2000 n° 241 

‣Individuazione attività lavorative a 

rischio (entro il 31.12.2005) 

‣Esecuzione di adeguati controlli 

‣Imposizione limiti di concentrazione


Legislazione italiana per il controllo della 

radioattività naturale 

Attività lavorative soggette a controllo 

Impiego di materiali quali: 

‣Minerali fosfatici e depositi di fertilizzanti 

‣Minerali di stagno, ferro-niobio, alluminio (bauxite) 

‣Sabbie zirconifere 

‣Terre rare 

‣Torio per elettrodi di saldatura e reticelle per lampade a gas 

‣Pigmenti al biossido di titanio 

‣Raffinazione del petrolio : fanghi e incrostazioni nei serbatoi e 

tubazioni

Limiti di dose efficace 

3 CASI: 

• I limiti di dose efficace derivante da esposizione a 

sorgenti di radiazione elencate precedentemente 

sono fissati in: 

• 1 mSv/anno per i lavoratori 

• 0,3 mSv/anno per le persone del pubblico 

‣ I limiti NON vengono superati: nessuna azione. 

‣ I limiti sono superati per l’80%: le misure vengono effettuate 

nuovamente l’anno successivo. 

‣ I limiti sono superati: vengono poste in essere azioni di rimedio per 

ridurre l’esposizione dei lavoratori. 



Legislazione italiana per il controllo dei materiali 

da costruzione 

DIRETTIVE EUROPEE 

Direttiva CEE 1989 

I materiali da costruzione 

non devono emettere 

sostanze pericolose tra le 

quali è compreso il 

Radon. 

LEGISLAZIONE ITALIANA 

La Direttiva CEE 1989 è 

stata recepita dalla 

legislazione italiana con il 

D.P.R. 1993, ma non 

contenendo limiti numerici 

risulta di fatto inapplicabile.

Legislazione Italiana relativa al 


Radon 

Distinzione per il tipo di normativa proposta tra: 

Ambienti residenziali 

Limiti consigliati: 

Ambienti di lavoro 

‣ 400Bq/m 3 (edifici esistenti) 

‣ 200Bq/m 3 (edifici in fase di 

costruzione) 

Decreto Legislativo 

26.05.2000 n° 241 

‣ Individuazione attività lavorative a rischio (entro il 31.12.2005) 

‣ Esecuzione di adeguati controlli 

‣Imposizione limiti di concentrazione

Doveri di un datore di lavoro 

Entro 24 mesi da inizio attività (o 18 mesi da pubblicazione D.Lgs) 

l’esercente deve effettuare le misure secondo le linee guida della 

commissione Radon (a tutt’oggi non ancora insediata) 

Confronto con il livello di azione 

LA=500Bq/m 3 LA


Dose da radiazione, alcuni esempi. 

Valori indicativi espressi in mSv (milliSievert) 

Radiografia 

Un anno in una casa di mattoni 

Un anno in una casa di granito 

Volo intercontinentale 

2 settimane nel cosmo 

Limite di legge annuo per il pubblico 

Limite di legge annuo lavoratori esposti 

Dose mortale al 50% entro un mese 

0.5 – 5 mSv 

1 mSv 

2 mSv 

0.1 mSv 

200 mSv 

1 mSv 

20 mSv 

5000 mSv 

Gli astronauti ricevono dosi molto alte ma sopravvivono 

anche dopo mesi di permanenza nel cosmo


Strumenti per la rivelazione del Radon 

Strumenti attivi o dosimetri passivi ? 

1. Lo strumento attivo ha un costo elevato ma 

fornisce una risposta rapida 

2. Il dosimetro passivo ha un costo contenuto 

ma necessita di strumentazione di 

laboratorio per la lettura della informazione

I rivelatori a tracce 

Solidi inorganici (mica) ; Solidi organici (policarbonato, CR39) 

Durante il periodo di esposizione le 

particelle alfa emesse dal Radon 

perforano il rivelatore 

Con un attacco chimico si 

allargano i forellini sino a renderli 

visibili al microscopio 

Il CR39 ( Poli Allil Diglicol Carbonato) 

Vantaggi dei dosimetri a CR39 

Economici e di piccole dimensioni 

Bassa soglia di rivelazione 

Indipendenza della misura dalle condizioni ambientali 



Rivelatori CR39 

Rivelatori passivi a tracce nucleari 

Elemento sensibile = Materiale Plastico CR39 

Misure a lungo periodo 

Fotografia dei rivelatori 

utilizzati 

Schema di funzionamento 

dei rivelatori utilizzati 

Rivelatore CR39 

Il Radon filtra 

attraverso il tappo 

Camera di diffusione 

Concentrazione media 

Esempio di rivelatore 

con tante tracce 

(alta concentrazione)

Il kit CR39 del progetto LABORAD 


Strumenti principali : 

microscopio + telecamera USB e 

friggitrice (ovvero bagno termostatico) 


Il rivelatore è alloggiato sotto il tappo 

della camera di diffusione 



Fasi principali per misurare la concentrazione 

del Radon con la tecnica dei rivelatori a tracce 

Esposizione del 

dosimetro per 6 mesi 

Analisi dei dosimetri 

attraverso un 

microscopio 

Sviluppo dei dosimetri con 

un attacco chimico


Attacco chimico 

Accessori: 

Parametri: 

1. Temperatura del bagno termostatico (70 °C – 90 °C) 

2. Durata del processo (8h – 5h) 

1. Strumento per il bagno termostatico 

2. Griglia per dosimetri 

3. Soda caustica (NaOH( 

NaOH) 

4. Contenitore in vetro per la soluzione 

5. Occhiali per la sicurezza

Tracce di particelle alfa viste al 

microscopio a diversi ingrandimenti 


La radioattività nei graniti 

I campioni e i dosimetri sono a disposizione 

delle Scuole che ne fanno richiesta 

• Nel progetto Laborad è 

previsto lo studio della 

radioattività nei graniti, a solo 

scopo didattico 

• Vengono forniti alcuni 

campioni di granito provenient 

da varie zone e tagliati a 

misura 

• La analisi è effettuata con 

rivelatori CR39 di dimensioni 

uguali ai campioni 

• Dopo circa una settimana di 

esposizione si analizzano i 

rivelatori al microscopio 


Ed ecco il risultato 

• Una porzione del campione vista al 

microscopio 

• Ingrandimento 40 x 

• Sovrapponendo il rivelatore (che è 

trasparente) al campione di granito si 

osservano le tracce lasciate dalle 

particelle alfa 

• Il granulo scuro risulta particolarmente 

radioattivo 


Conclusioni 

• La radioattività è dovunque 

• Abbiamo convissuto da sempre con la radioattività 

naturale 

• E’ utile conoscere il fenomeno per dare una corretta 

interpretazione, senza allarmarsi senza sottovalutare 

• Misurare la radioattività è facile 

• Grazie per la vostra attenzione

Decadimenti radioattivi - Dipartimento di Fisica

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