Struttura Atomica, Radioattività e Decadimenti Nucleari: Concetti Essenziali

Introduzione alla Struttura Atomica e Radioattività

Questo documento esplora i concetti fondamentali della struttura atomica, la stabilità nucleare e i fenomeni di radioattività, inclusi i diversi tipi di decadimento e le radiazioni associate.

Concetti Fondamentali dell'Atomo

Numero Atomico (Z)

Il numero di protoni presenti nel nucleo di un atomo è il numero atomico, indicato con Z. Poiché un atomo è elettricamente neutro, il numero di protoni è uguale al numero di elettroni che circondano il nucleo. Il numero atomico (Z) è indicato in basso a sinistra del simbolo dell'elemento.

Numero di Massa (A)

Il numero di massa (A) corrisponde al numero totale di protoni e neutroni contenuti nel nucleo di un atomo. È indicato in alto a sinistra del simbolo dell'elemento.

Stabilità Nucleare e Fenomeni Radioattivi

Tutti i nuclei degli atomi, tranne quello dell'idrogeno, hanno un numero più o meno grande di protoni (cariche con segno positivo) e di neutroni. Molti nuclei presenti in natura sono stabili e rimangono inalterati nel tempo perché tra le particelle del nucleo (neutroni e protoni), dette nucleoni, agisce la forza nucleare forte. Questa forza prevale sulle forze elettriche repulsive (tra cariche dello stesso segno) e non fa disintegrare il nucleo. Alcuni isotopi, tuttavia, sono instabili ed emettono spontaneamente una particella, trasformandosi nel nucleo di un altro elemento; questo processo è detto decadimento radioattivo.

Definizione di Decadimento Radioattivo e Radioattività

Il decadimento radioattivo è il processo che trasforma il nucleo di un elemento nel nucleo di un elemento diverso, tramite l'emissione di una particella (radiazione). L'emissione di queste radiazioni è invece chiamata radioattività.

Gli Isotopi

Gli isotopi sono atomi di uno stesso elemento che hanno lo stesso numero di protoni ma un numero diverso di neutroni.

Tipi di Radiazioni e Decadimenti

Le Radiazioni Nucleari: Alfa, Beta, Gamma

• Raggi Alfa: radiazioni attratte da un elettrodo carico negativamente. Sono costituiti da nuclei di elio (due protoni e due neutroni).
• Raggi Beta: radiazioni attratte da un elettrodo carico positivamente, costituiti da fasci di elettroni veloci.
• Raggi Gamma: radiazioni che non subiscono deviazioni della traiettoria. Sono radiazioni elettromagnetiche, simili alla luce o ai raggi X, ma con energia maggiore.

Dipendenza della Stabilità Nucleare

La stabilità dei nuclei dipende dal numero di protoni e neutroni che contengono.

Decadimenti Radioattivi Specifici

• Decadimento Alfa: avviene in nuclei con numero atomico (Z) superiore a 83 e numero di massa (A) superiore a 220. Decadono emettendo particelle alfa positive. In questo processo, il numero di massa (A) diminuisce di 4 unità, mentre il numero atomico (Z) diminuisce di 2 unità.
• Decadimento Beta: avviene in nuclei troppo ricchi di neutroni, che decadono emettendo elettroni veloci. L'elettrone liberato deriva dalla trasformazione di un neutrone in un protone, causando un aumento di un'unità del numero atomico (Z).

Tempo di Decadimento e Vita Media

Quanto tempo impiega un particolare nucleo instabile a decadere? In intervalli di tempo successivi e costanti, si disgrega sempre la stessa percentuale dei nuclei presenti all’inizio dell’intervallo. Questo concetto è alla base della vita media o tempo di dimezzamento dei materiali radioattivi.