Elementi radioattivi naturali e artificiali, decadimento

Gli elementi radioattivi sono costituiti da atomi che hanno nuclei  instabili ed emettono radiazioni come parte di un processo di raggiungimento della stabilità.

Gli elementi radioattivi decadono per emissione di uno o più tipi di radiazioni:

• Particelle α che consistono di due protoni e due neutroni emesse dal nucleo di alcuni radionuclidi durante una forma di decadimento radioattivo, chiamato decadimento α. Una particella alfa è identica al nucleo di un atomo di elio. Possono essere scritte come ⁴He²⁺ e si ottengono dal decadimento radioattivo di elementi pesanti come radio, torio, uranio e plutonio. A causa della loro doppia carica positiva, le particelle α hanno un grande potere ionizzante, ma la loro grande massa si traduce in una penetrazione molto ridotta.
• Particelle β sono elettroni o positroni ad alta energia e ad alta velocità emesse dal decadimento radioattivo di un nucleo atomico durante il processo di decadimento β. Esistono due forme di decadimento: β ⁻ β ⁺ che producono rispettivamente elettroni e positroni. Sono un tipo di radiazione ionizzante ad alta energia e ad alta velocità
• Radiazione γ che è una forma di radiazione elettromagnetica costituita da onde elettromagnetiche a bassa lunghezza d’onda tipicamente più corte di quelle dei raggi X. Hanno quindi alta frequenza e alta energia e dotate di elevato potere di penetrazione

Elementi e isotopi

Tutti gli elementi possono avere isotopi radioattivi come il trizio, isotopo radioattivo dell’idrogeno che ha due neutroni ed è presente in natura a livelli estremamente bassi
Gli elementi con numero di atomico maggiore di 83, tutti gli isotopi sono radioattivi. La forza di repulsione i protoni rende, infatti i nuclei instabili. Gli elementi con più di 92 protoni hanno nuclei così instabili che non esistono nemmeno in natura ma di origine artificiale.

Elementi radioattivi naturali

Gli elementi radioattivi possono essere presenti in natura e classificati come:

• Primordiali prodotti in tempi remoti e ancora presenti in quanto il loro periodo di dimezzamento è così lungo che, ad oggi, non sono ancora decaduti. Quando decadono formano quelli che vengono chiamati radionuclidi secondari. Ad esempio, gli isotopi primordiali ²³²Th  ²³⁸U e ²³⁵U possono decadere per formare i radionuclidi secondari radio e polonio
• Cosmogenici prodotti da interazioni di raggi cosmici. Un esempio di isotopo cosmogenico è il ¹⁴C che si forma continuamente nell’atmosfera a causa della radiazione cosmica.

Elementi radioattivi artificiali

Sono ottenuti in un reattore nucleare, un acceleratore di particelle, o nel corso di un’esplosione di una bomba atomica

La radioattività può essere indotta artificialmente in nuclei stabili tramite reazioni nucleari che consistono nell’urto di una particella come protone, neutrone e particella α con un atomo della materia: la particella incidente è assorbita e l’atomo colpito cambia natura diventando radioattivo.

Gli elementi radioattivi artificiali sono il tecnezio, il promezio, l’astato, il francio e quelli che vanno dal numero 93 della Tavola Periodica elementi.

Si è riscontrato, dopo la loro scoperta, che alcuni di questi elementi sono presenti in tracce in natura.

Nel 1937 fu scoperto il tecnezio, scoperto dal fisico italiano Emilio Segrè che è il primo elemento prodotto artificialmente da un campione di molibdeno bombardati da deuteroni in un ciclotrone.

Questi elementi hanno tempi di dimezzamento molto diversi. Ad esempio il  ⁹¹Tc che è l’isotopo più stabile del tecnezio ha un tempo di dimezzamento di 4.21· 10⁶  anni mentre l’isotopo più stabile dell’oganesson ²⁹⁴Og ha un tempo di dimezzamento di 1.8 millisecondi