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La radioattivita'

Cultura
LA RADIOATTIVITA'
La radioattivita', o decadimento dell'atomo, e' quel fenomeno per cui atomi instabili perdono materia per diventare stabili (e quindi con una massa piu' piccola). La radioattivita' e' molto pericolosa per gli esseri viventi perche' le particelle rilasciate possono modificare la struttura delle cellule. In medicina le radiazioni vengono usate per curare tumori o per osservare l'interno del corpo umano. Il tempo di decadimento e' inversamente proporzionale alla perdita di massa dell'atomo e varia per ogni elemento.
Si considerino, per fissare le idee, due scatole di scarpe senza coperchio identiche e incollate fra loro. In una si mettano un po' di palline che chiameremo neutroni, nell'altra un po' di palline che chiameremo protoni. Le prime hanno una massa leggermente maggiore, mentre le seconde possiedono una debole carica elettrica (debole rispetto alla forza nucleare). Per simulare l'elevata temperatura del nucleo atomico, si agitino le scatole. Puo' succedere talvolta che una pallina cada fuori e finisca sul pavimento (radioattivita' alfa), oppure che passi da una scatola all'altra (radioattivita' beta), o ancora che finisca sul bordo, resti in equilibrio un po' e poi torni in una scatola (radioattivita' gamma).
Radioattivita' alfa
Nel decadimento alfa l'atomo perde una particella α cioe' un atomo di elio privo dei suoi elettroni (due protoni e due neutroni). Il decadimento α non e' molto forte e basta un foglio di carta per bloccare una particella α. Il radio (Ra226) e' instabile e tende a perdere due neutroni e due protoni trasformandosi in Radon (Rn222).
Radioattivita' beta
La radioattivita' beta si verifica quando il numero di protoni e il numero di neutroni in un nucleo sono molto diversi fra loro. Accade allora che uno o piu' nucleoni si trasformi in un nucleone dell'altra famiglia per riequilibrare il nucleo. Durante la trasformazione viene emesso un elettrone, tuttavia durante il passaggio si deve avere conservazione della carica elettrica, della massa-energia e dello spin. Negli esperimenti risultava sempre una perdita di energia. Nel 1927 Pauli ipotizza l'esistenza del neutrino che "porti" l'energia mancante. Nel 1933 Fermi sostiene che la coppia elettrone-neutrino sia causata dalla forza nucleare debole. La radioattivita' beta dipende comunque dal nucleone:
1) Un protone si trasforma in un neutrone emettendo un positrone e un neutrino
2) Un neutrone si trasforma in un protone emettendo un elettrone e un antineutrino.
Radioattivita' gamma
Il decadimento gamma e' una radiazione elettromagnetica ad alta frequenza. Essa non consiste nell'emissione di materia ed e' provocata dall'annichilimento di un elettrone e un positrone. Essendo una radiazione ad alta frequenza e' molto pericolosa e penetrante, per fermarla occorrono diversi centimetri di piombo.

Reazioni nucleari
Una reazione nucleare e' un tipo di trasformazione della materia che, a differenza di una reazione chimica, riguarda il nucleo di un atomo di uno specifico elemento chimico, che viene convertito in un altro. La conversione avviene quando l'atomo perde o guadagna alcuni protoni, assorbendo o rilasciando in queste trasformazioni grandi quantita' di energia. Piu' precisamente, nelle reazioni nucleari i nuclei dei reagenti sono diversi dai nuclei dei prodotti finali, che possono quindi essere sia degli isotopi (cioe' atomi dello stesso elemento chimico quindi con lo stesso numero atomico, ma con differente numero di massa), dei reagenti iniziali sia elementi chimici completamente differenti. L'energia minima necessaria che deve possedere un reagente, affinche' la reazione abbia luogo, deve almeno eguagliare l'energia di barriera. Le principali reazioni nucleari sono la fusione nucleare e l'annichilazione dell'antimateria: nella prima avviene una divisione di uno o piu' atomi, nella seconda l'unione di due o piu' atomi. (La fissione nucleare e' alla base della tecnologia dell'energia nucleare, la seconda e' alla base della emissione di energia delle stelle). L'ultima invece avviene quando una particella e la sua antiparticella entrano in contatto trasformandosi completamente in energia.
Fusione nucleare
La fusione nucleare e' un processo fisico presente in natura, ad esempio nel nucleo delle stelle. Tale reazione nucleare e' caratterizzata dalla fusione (da cui il nome) di due atomi di massa piccola che si uniscono per formarne uno piu' grande. Durante il processo di fusione parte della massa dei due atomi viene convertita in calore e luce in quantita' estremamente alte. Questo processo nucleare nasce con esperimenti avvenuti durante gli anni sessanta in tempo di guerra fredda, in risposta alla corsa agli armamenti e al clima di instabilita' politica. La prima applicazione della fusione nucleare fu a scopo militare con la creazione della Bomba H (o bomba a idrogeno): essa prevedeva una reazione termonucleare dovuta alla fusione di due isotopi di idrogeno. Il problema che riscontrarono i progettisti coinvolgeva pero' l'innesco della reazione di fusione, infatti tale reazione risulta possibile solamente a temperature che sfiorano i milioni di gradi centigradi. Per risolvere il problema l'innesco della Bomba H fu costruito all'interno di una classica bomba nucleare a fissione che, fornendo temperature estremamente alte, poteva innescare la reazione di fusione nucleare. Tali ordigni vennero sviluppati a partire dagli anni Sessanta dalle superpotenze USA e URSS. L'applicazione civile di tale tecnologia risulta essere ancora impraticabile, in quanto le alte temperature scaturite dalla stessa risultano incompatibili con qualsiasi materiale naturale o artificiale, infatti sono in fase di studio tecniche di fusione a freddo per la produzione di elettricita', anche se l'interesse mondiale per questa forma di produzione energetica poco inquinante pare non essere molto accentuato. Va fatto presente che i prodotti delle reazioni termonucleari di fusione atomica originata da isotopi di idrogeno, presenti in quantita' quasi illimitate sulla Terra, sono del tutto innocui a qualunque forma di vita. Alcuni teorici pero' affermano che i processi di fusione nucleare controllata siano gia' stati sperimentati con successo, solo che la divulgazione scientifica ancora non afferma di poter utilizzare tale tecnica.
Elementi radioattivi
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