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Radionuclide

(Reindirizzamento da Isotopi radioattivi)

Un radionuclide è un nuclide instabile che decade emettendo energia sotto forma di radiazioni, da qui il suo nome.

I radioisotopi sono isotopi radioattivi, cioè radionuclidi di uno stesso elemento chimico. Il termine più corretto per indicare una specie atomica con un nucleo formato da un determinato numero di protoni Z (numero atomico) e un determinato numero di neutroni N è infatti nuclide o, se radioattivo, radionuclide.

La somma del numero di protoni e del numero di neutroni è denominato numero di massa A = Z + N. I nuclidi di pari Z sono denominati quindi isotopi, quelli di pari A sono denominati isobari, quelli di pari N sono denominati isotoni. Per completare la terminologia sono denominati radionuclidi isodiaferi quelli correlati da decadimento alfa e isomeri quelli che a parità di Z e A decadono per diseccitazione gamma di un livello eccitato detto stato isomerico. I nuclidi e/o i radionuclidi di un elemento chimico E si indicano con AZE, oppure con il nome dell'elemento con iniziale minuscola in esteso seguita da una lineetta e dal numero di massa, ovvero in maniera abbreviata: es: iodio-131 o uranio-235 o in forma abbreviata I-131 o U-235. Nel caso di nuclidi metastabili AmZE, es: tecnezio-99m o Tc-99m o 99m43Tc.

Radionuclidi particolari possono emettere a seconda dei casi: particelle α, corrispondenti a due neutroni e due protoni (un atomo di elio due volte ionizzato), o particelle β, corrispondenti a elettroni. Possono inoltre emettere energia sotto forma di radiazioni dette fotoni γ oppure decadere per fissione spontanea. Altri modi di decadimento con emissione di 2 beta (decadimento doppio beta), di protoni o di cluster di nucleoni (C, O, Mg, Si) sono denominati decadimenti esotici. Attraverso l'emissione di particelle e di radiazioni essi decadono, ovvero si trasformano in atomi più stabili.

Radionuclidi naturaliModifica

I radionuclidi responsabili della radiazione presente in natura sono dati da sorgenti extraterrestri, quali le stelle dalle quali ci arrivano i raggi cosmici, e da sorgenti terrestri che al loro volta si suddividono in radionuclidi naturali primordiali e radionuclidi naturali cosmogenici. Quelli primordiali vengono prodotti dal processo di nucleosintesi delle stelle e sono presenti sulla Terra sin dalla sua formazione; i radionuclidi cosmogenici sono prodotti in modo continuo dall'interazione tra gli atomi dell'atmosfera terrestre e la radiazione cosmica, ma anche dall'interazione della radiazione cosmica con le rocce e l'acqua del mare. I radionuclidi naturali primordiali sono elencati nella seguente tabella, con i rispettivi tempi di dimezzamento:

Elemento Emivita (in anni)
4019K 1,28 × 109 
5023V 1,4 × 1017 
8737Rb 4,75 × 1010 
11348Cd 9,3 × 1015 
11549In 4,41 × 1014 
12352Tl 1,2 × 1013 
13857La 1,05 × 1011 
14460Nd 2,29 × 1015 
14762Sm 1,06 × 1011 
15264Gd 1,1 × 1014 
17472Hf 2,0 × 1015 
17671Lu 3,73 × 1010 
18775Re 4,35 × 1010 
23290Th 1,40 × 1010 
23592U 7,03 × 108 
23892U 4,47 × 109 

Si ha che la maggior parte dei radionuclidi naturali primordiali appartiene alle tre serie radioattive che hanno come nuclei padri (detti capostipiti) l'238U, l'235U e il 232Th.

Per quanto riguarda i nuclei cosmogenici, la radiazione cosmica interagisce con elementi alcuni chimici già presenti nell'acqua e nelle rocce terrestri dando origine ai radionuclidi di seguito elencati:

Elemento coinvolto Radionuclide prodotto Emivita (in anni)
O, Mg, Si, Fe 3H 12,33
O 3He Stabile
O, Mg, Si, Fe 10Be 1,51 × 106 
O, Mg, Si, Fe 14C 5730
Mg, Al, Si, Fe 21Ne Stabile
Ca, K, Cl, Fe 36Cl 3,01 × 105 
Ca, K, Cl, Fe 36Ar 35 (giorni)
Ca, K, Fe 39Ar 269
Ca, Fe 41Ca 1,03 × 105 
Te, Ba, La, Ce 129I 1,57 × 107 
Te, Ba, La, Ce 126Xe Stabile

Radionuclidi artificialiModifica

Sono sostanzialmente prodotti nelle esplosioni nucleari, nelle collisioni tra particelle che avvengono negli acceleratori e nei processi di fissione all'interno di reattori nucleari; in quest'ultimo caso vengono prodotti usualmente nuclei con A compreso tra 70 e 160. Si sono diffusi nell'ambiente tramite esplosioni nucleari quali le bombe di Hiroshima e Nagasaki, ma anche esperimenti come quelli presso l'atollo di Bikini, tramite incidenti a reattori come Cernobyl o Fukushima, ma sono prodotti anche negli acceleratori di particelle in seguito ad attività di ricerca. Di seguito sono elencati i radionuclidi artificiali presenti nell'ambiente:

Elemento Emivita
3H 12,33 anni
14C 5730 anni
38Sr 28,78 anni
134Cs 2,1 anni
137Cs 30 anni
131I 8 giorni
103Ru 39,26 giorni
140Ba 12,75 giorni
244Pu 8,08 × 107 


UtilizzoModifica

I radionuclidi nella forma chimica opportuna (composti marcati) hanno innumerevoli impieghi in ambito scientifico (radiochimica e chimica nucleare). Possono essere usati per esempio per datare fossili, rocce, reperti archeologici (vedi metodo del carbonio-14 e numerosi altri metodi di geocronologia); In biochimica e tossicologia, per studiare gli effetti e le trasformazioni cui una determinata molecola va incontro per esposizione a basse concentrazioni di elementi e composti chimici; In campo biomedico, le radiazioni emesse da numerosi radionuclidi (sotto forma di radiotraccianti o radiofarmaci) si sono rivelate utili nel diagnosticare svariate patologie e/o distruggere le cellule tumorali medicina nucleare. A titolo di esempio nel solo Nord America vengono compiute circa 10 milioni di indagini radiodiagnostiche ogni anno mediante il solo radionuclide prodotto di fissione e di attivazione tecnezio-99m (circa il 50% del totale delle indagini radiodiagnostiche di medicina nucleare, escluse le tecniche utilizzanti raggi X).

Per contro, la presenza incontrollata nell'ambiente degli isotopi radioattivi di quegli elementi che vengano incorporati dagli organismi viventi può rappresentare un rischio più o meno grave dipendentemente dal tipo di radiazioni e dalla dose attribuita ai vari tessuti, in quanto le radiazioni possono alterare o danneggiare la struttura delle molecole biologiche più importanti. Tali radionuclidi sono andati aumentando lievemente a causa delle esplosioni nucleari e si sono distribuiti sulla superficie terrestre con la ricaduta radioattiva negli anni Sessanta del Novecento (il cosiddetto fall out). Tuttavia il contributo alla dose dovuto a tali eventi è assolutamente trascurabile rispetto alla dose da fonti naturali terrestri o da raggi cosmici. In termini quantitativi, secondo gli standard e le valutazioni dell'ICRP e dell'agenzia dell'ONU (UNSCEAR) in collaborazione con OMS e IAEA, il 55% della dose annua impartita all'uomo (in media 2,4 mSv/anno in sede mondiale) è dovuta al radon-222, radionuclide di origine naturale proveniente dal decadimento della catena radioattiva dell'uranio-238, detta catena 4n + 2, presente nell'aria, nelle falde acquifere naturali. L'11% della dose è dovuto all'irradiazione interna (prevalentemente dal radionuclide naturale potassio-40), l'8% da radiazione terrestre, l'8% da radiazioni cosmiche, e il restante 18% da applicazioni di tipo biomedico. Il contributo dovuto al fall-out e alla produzione di energia nucleare è invece praticamente nullo rispetto alle altre fonti.

BibliografiaModifica

  • Giorgio Bendiscioli, Fenomeni Radioattivi, Springer, 2008, ISBN 978-88-470-0803-8.
  • Maurizio Pelliccioni, Fondamenti Fisici della Radioprotezione, Pitagora Editrice Bologna, 1993, ISBN 88-371-0470-7.
  • Ugo Amaldi, Fisica delle Radiazioni, Bollati Boringhieri, 1971, ISBN 88-339-5063-8.

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