RADIOATTIVITÀ

RADIOATTIVITÀ. - Gli atomi, secondo il suggestivo modello proposto da Rutherford, sono costituiti da un nucleo e da elettroni (e.) satelliti. E i nuclei risultano a loro volta formati da protoni (p.) e neutroni (n.), particelle quasi equivalenti dal punto di vista della massa, ma con una carica elementare positiva le prime ed elettricamente neutre le altre.

Il contenuto di p. e di n. caratterizza un nucleo. Il numero Z dei p. si chiama numero atomico del nucleo

opporsi ai concentramenti arbitrari di fondazioni conservate, o ad indebito ingerenze di agenti fiscali per sopprimerne altre. Questi collegi locali facevano capo alla Sezione dell'Opera dei Congressi, e non poche cause furono vinte davanti ai tribunali e alle Corti, o con ricorsi al Consiglio di Stato. Il R. T. tenne questa presidenza finché durò l'Opera dei Congressi (1904), con grande vantaggio delle pie istituzioni; in materia al-

(o dell'atomo al quale il nucleo appartiene). Il numero totale M dei nucleoni (p+n) si definisce numero di massa del nucleo. I n. saranno quindi M-Z. Tra i nuclei esistenti in natura se ne conoscono 230 stabili ed una quarantina instabili o radioattivi. Si dicono radioattive quelle sostanze che sono capaci di emettere spontaneamente radiazioni (corpuscoli o onde elettromagnetiche) rivelate da alcuni loro effetti, come l'annerimento di emulsioni fotografiche, la fluorescenza di alcune sostanze, la ionizzazione dell'aria e dei gas.

La scoperta dei fenomeni radioattivi da parte di H. Becquerel nel 1896 ricorda la scoperta dei raggi X da parte di Roentgen. Anche qui è per caso che Becquerel trova che salì di uranio (U) lasciati su una scatola chiusa di lastre fotografiche arrivano ad impressionarle anche attraverso il cartone della scatola. Più tardi Pierre e Marie Curie, per rivelare la r. di una sostanza e misurarne l'intensità, usano un elettroscopio e deducono l'intensità radioattiva della sostanza dalla rapidità con la quale scarica l'elettroscopio. I Curie riescono così a precisare che gli effetti sono proporzionali alla quantità di U presente e successivamente riescono ad isclare dalla pechblenda due nuovi elementi molto più radioattivi che furono chiamati l'uno polonio (Po), in onore del paese di origine di Marie Curie, e l'altro radio (Ra) come a dire l'elemento più tipicamente radioattivo. Il Ra è un milione di volte più radioattivo dell'U, ossia un mg di Ra scarica l'elettroscopio nello stesso tempo di 1 kg di U.

L'iniziativa degli studi sulla r. passa successivamente alla scuola di Cambridge diretta da Rutherford, il quale poté stabilire che le sostanze radioattive emettono tre tipi di radiazioni, una delle quali, come la luce e i raggi X, non subisce alcuna deviazione da parte di campi elettrici o magnetici: essa fu chiamata radiazione γ e risultò costituita da fotoni di grande energia, ossia da onde elettromagnetiche di lunghezza d'onda eguale a quella dei raggi X. Le altre due radiazioni furono dette α e β. Il senso e il valore della deviazione dei raggi α in campo elettrico e in campo magnetico provò ch'essi sono corpuscoli con carica positiva eguale al doppio di quella degli e., e con una massa di 4 m. u. (l'unità di massa m. u. rappresenta 1/16 della massa dell'atomo di O). Le α risultano quindi particelle con Z=2 e M=4 e si identificano quindi con nuclei di elio 4He³. Le radiazioni β sono pure corpuscoli e si identificano con l'e. come carica (che è una carica elementare negativa) e come massa (1/1840 di m. u.) che è in molti casi trascurabile. Poiché queste radiazioni α e β sono di origine nucleare è facile intendere le seguenti leggi dovute a Soddy e Fajans sulle disintegrazioni radioattive: 1) per l'emissione di una α un nucleo si trasforma nel nucleo di un altro elemento di numero atomico Z diminuito di 2 e di numero di massa M diminuito di 4; 2) per l'emissione di una particella β un nucleo si trasforma in quello di un altro elemento avente Z aumentato di 1 ed M invariato. La prima di queste leggi è senz'altro evidente dato che una 2α⁴ equivale a 2p+2n; ad esempio per il ⁸⁸Ra²²⁶ si ha:

⁸⁸Ra²²⁶ longrightarrow ²α⁴ + ⁸⁶Em²²²

Per l'origine nucleare dei β bisogna ammettere che nel nucleo un n. si scinda in p. ed e.; il p. resta nel nucleo, al posto del n., mentre l'e. viene espulso. La variazione di massa del nucleo è trascurabile (M, somma dei p. e n. resta invariato), ma la sua carica positiva aumenta di una unità elementare.

Sono radioattivi i nuclei dei tre seguenti isotopi del potassio (Z=19), samario (Z=62), lutezio (Z=71); ¹⁹K²⁰, ⁶²Sm²¹⁰, ¹⁷Lu¹¹⁰; K, Sm. Lu sono tre elementi ciascuno con due o più isotopi stabili; gli altri nuclei radioattivi (una quarantina) appartengono tutti agli elementi più pesanti e precisamente al tallio (81), piombo (82), bismuto (83), che hanno pure isotopi stabili, e al polonio (84), emanazione (86), radio (88), attinio (89), torio (90), protoattinio (91), uranio (92) che hanno solo isotopi radioattivi. Questi nuclei radioattivi si possono raggruppare in tre «famiglie» radioattive le quali hanno come capostipiti i tre nuclei U²³⁵, U²³², Th²³² dai quali gli altri si ottengono per successive disintegrazioni β e α. Elenchiamo una di

queste famiglie, quella dell'₂₀U²³⁶ (in parentesi il tipo di r. con la quale si passa dall'uno all'altro nucleo):

U²¹⁶(α) Th²³¹(β) Pa²³¹(β) U²³¹(α) Th²³¹(γ) Ra²² (α) Em²²²(α) Po²¹⁴(α) Pb²¹⁴(β) Bi²¹⁴(β) Po²¹⁴(α) Pb²¹⁶(β) Bi²¹⁶(β) Po²¹⁶(β) Pb²⁰⁶.

Le tre famiglie hanno come ultimo discendente un isotopo stabile del Pb che per l'U²³¹ è rispettivamente Pb²⁰⁷ e Pb²⁰⁸.

Si può osservare che i nuclei di una stessa famiglia devono avere numeri di massa che differiscono per un multiplo di α in quanto le variazioni di M avvengono solo in conseguenza dell'emissione di una α². Oltre le sopradette tre famiglie radioattive, ne potrebbe esistere quindi una quarta, discendente da un capostipite con M=233 oppure 237 che però non si trova in natura. I nuclei radioattivi di essa sono stati fabbricati artificialmente da Seaborg al laboratorio di Berkeley in California.

Ogni nucleo radioattivo è caratterizzato da una costante radioattiva; essa è la frazione di nuclei che si disintegrano nell'unità di tempo (1 sec); ad es., la costante radioattiva del Ra²²⁸ è di 1,38.10⁻¹¹/sec. Questa piccola frazione ha un significato solo se riferita ad un grandissimo numero di nuclei per i quali il concetto di probabilità di un evento si avvicina alla sicurezza di una legge matematica.

Si può portare questa analogia: se la vita media degli uomini è di 50 anni, la probabilità media di morte di un uomo in un anno è di 1/50. Non si può però asserire né che un dato individuo morirà proprio allo scadere dei 50 anni, né che su 50 uomini presenti al 1° genn. uno e solamente uno sarà morto entro il successivo 31 dic.; ma estendendo le osservazioni a 50.000 uomini la previsione di 1000 morti in un anno potrà essere fatta con un errore probabile del solo 3%; e su 50 milioni di uomini la previsione di 1 milione di morti annui ha un errore probabile ridotto al 0,1%.

Ricordando che il numero di Avogadro (numero di atomi contenuti in M gr di sostanza) è 6.10²², si ottiene che 1 gr di Ra²²⁸ contiene 6.10²²: 226 = 2,66.10²¹ nuclei; le disintegrazioni per secondo (dps) sono 2,66.10²¹.1,38.10⁻¹¹ = 37 miliardi con un errore probabile del solo 0,0005%. L'unità di r. detta « curie » è definita appunto come la r. di una sostanza nella quale avvengono 37.10² dps. La vita media (ingl. « means life ») di una sostanza radioattiva, come nel caso della mortalità umana, è l'inverso della probabilità di disintegrazione per unità di tempo, ossia l'inverso della costante radioattiva; il periodo T (ingl. « half life ») rappresenta invece il tempo necessario per la disintegrazione di una metà di una data sostanza radioattiva; si può dimostrare che T è circa eguale ai 60/100 della vita media. Diamo alcuni dati caratteristici di alcune sostanze radioattive (a.=anni; d.=giorni):

Si possono ottenere sostanze radioattive artificiali bombardando i nuclei naturali (radioattivi o no) con corpuscoli o fotoni di sufficiente energia. Sono stati soprattutto usati, in ordine di tempo, prima le α delle sostanze radioattive naturali (Rutherford), poi p., d., α accelerati da speciali macchine (acceleratori lineari, ciclotroni ecc.) e infine i n. dei quali si possono oggi ottenere fasci intensissimi mediante le pile atomiche. Con il bombardamento dei nuclei con neutroni si sono ottenuti centinaia di nuovi nuclei radioattivi i quali presentano rarissimamente r. α, spesso r. β, e inoltre altre forme di r. che costituiscono nell'emissione di p., d., n., elettroni positivi.

Per lo studio della r. si usano ancora largamente le emulsioni fotografiche con una tecnica speciale sviluppata soprattutto da Powell. Gli effetti di ionizzazione dei gas sono sfruttati in strumenti rivelatori, molto più sensibili degli elettroscopi, detti contatori di Geiger e Müller, camere a nebbia o di Wilson, camere di ionizzazione. Questi strumenti permettono di registrare il passaggio anche di una sola radiazione elementare e di misurare l'energia da essa posseduta.

Per la bibl. cf. NUCLEO ATOMICO. Tito Franzini