Atomo : struttura complessa formata da un nucleo di nucleoni
(protoni e neutroni) e da elettroni "orbitanti" intorno al nucleo. Le
dimensioni di un atomo sono dell'ordine di un decimo di un milionesimo di millimetro. La
massa di un atomo varia secondo il suo numero di massa A (numero dei nucleoni). Le
caratteristiche chimiche di un atomo variano secondo il numero atomico Z (numero dei
protoni e anche degli elettroni: essendo gli elettroni carichi di elettricità negativa e
i protoni di pari elettricità positiva, complessivamente un atomo è elettricamente
neutro).
Decadimento
radioattivo: disintegrazione spontanea o indotta artificialmente
di un nucleo atomico con emissione di radiazione ad alta energia.
Emivita (half-life): tempo impiegato da una
sostanza radioattiva per perdere metà della sua (radio)attività. Dopo questo tempo solo
metà della quantità iniziale della sostanza è ancora attiva mentre l'altra metà è
decaduta. Vedi anche vita media.
Fertile:
materiale in sé non fissile ma che può diventarlo con opportuni procedimenti
(irradiazione da neutroni).
Fissile:
materiale composto da nuclei che possono subire la fissione nucleare se bombardati da
neutroni di qualunque energia.
Fissione
nucleare: disintegrazione di nuclei atomici con produzione di
frammenti costituiti da nuclei di altri elementi e liberazione di energia (vedi anche un mini-dossier in questa rubrica).
Ione:
atomo o gruppo di atomi che, inizialmente elettricamente neutro, per la perdita o
l'acquisto di elettroni diviene carico positivamente (catione) o negativamente (anione)
Ionizzazione:
processo di produzione di ioni mediante il bombardamento degli atomi neutri con radiazione
alfa e/o beta e/o gamma (radiazione ionizzante).
Isotopi:
atomi di uno stesso elemento chimico e che quindi hanno lo stesso numero atomico Z ma un
diverso numero di massa A (differiscono quindi solo per il numero dei neutroni presenti
nel nucleo). In genere si indica un isotopo con il suo simbolo chimico seguito da un
trattino e il numero di massa A. Ad esempio U-238 indica: U = uranio( numero atomico Z=92)
con numero di massa A=238. Quindi U-238 ha 92 protoni nel nucleo - e 92 elettroni
nei dintorni... - più 146 neutroni ancora nel nucleo (146=238-92). U-235 ha le stesse
caratteristiche chimiche di U-238 ma 3 neutroni in meno nel nucleo: sarà quindi diverso
da un punto di vista nucleare (tipo di decadimento, vita media, etc.). Molti isotopi sono
instabili cioè dopo un tempo medio caratteristico decadono emettendo radiazioni e
trasformandosi in isotopi (non necessariamente dello stesso elemento !) più leggeri
(isotopi radioattivi o radioisotopi).
Nucleo:
la parte centrale "piccola, pesante e dura" di un atomo composta di
nucleoni (protoni carichi positivamente e neutroni non dotati di carica elettrica). Il
nucleo ha quindi una carica positiva pari al numero dei suoi protoni (numero atomico Z).
Le dimensioni del nucleo sono piccole rispetto a quelle dell'atomo: il suo raggio medio è
circa centomila volte più piccolo rispetto a quello dell'atomo e quindi il volume di un
nucleo è un milionesimo di un miliardesimo del volume del suo atomo (circa...).
Nucleoni:
protoni ( con carica elettrica pari a quella di un elettrone ma di segno positivo) e
neutroni. Secondo le moderne teorie fisiche i nucleoni sono strutture composite formate da
quarks. La massa di un nucleone è quasi 2000 volte quella di un elettrone. Un nucleone
pesa 1.66 milionesimi di un miliardesimo di miliardesimo di grammo.
Numero
atomico Z: il numero dei protoni di un nucleo (pari al numero
degli elettroni dell'atomo non ionizzato). Atomi con diversi numeri atomici hanno
caratteristiche chimiche diverse e quindi appartengono a diversi elementi chimici (ed
assumono conseguentemente nomi diversi: ad esempio Z=1 indica Idrogeno -simbolo H-,
con Z=2 abbiamo Elio - simbolo He -, con Z=8 Ossigeno -simbolo O - , Z=92 Uranio -
simbolo U -, ...). Il numero dei neutroni in atomi dello stesso elemento può variare
(leggermente): abbiamo quindi isotopi diversi per uno stesso elemento.
Numero
di massa A: numero dei nucleoni nel nucleo di un atomo (i
nucleoni, essendo circa 2000 volte più pesanti degli elettroni, portano in pratica tutta
la massa dell'atomo). Il torinese A. Avogadro scoprì (1811) che, detto in termini
moderni, se prendiamo un numero di grammi di una sostanza pari al suo numero di massa
abbiamo preso lo stesso numero di atomi (il numero di Avogadro che è spaventosamente
alto: più di seicentomila di miliardi di miliardi!). Cioè in un grammo di idrogeno (A=1)
ci sono seicentomila miliardi di miliardi di atomi di idrogeno, tanti quanti in 238
grammi di U-238 (A=238).
Positrone:
antiparticella dell'elettrone, ha stessa massa ma carica elettrica positiva
Radiazione ionizzante (r.i.) : i
raggi alfa, beta e gamma (e anche i neutroni) urtando gli atomi del mezzo in cui viaggiano
possono asportarne gli elettroni meno legati all'atomo stesso formando ioni (e ulteriore
radiazione beta). Vedi ionizzazione, ione, radioattività.
Radioattività:
proprietà dei radioisotopi di disintegrarsi per raggiungere un nuovo equilibrio emettendo
radiazioni. La radioattività può anche essere indotta artificialmente bombardando nuclei
stabili con neutroni. Si possono così anche sintetizzare nuclei non esistenti in natura
(vedi Osservatorio Scientifico). La
radioattività fu scoperta nel 1896 dal fisico H. Becquerel. Le radiazioni emesse in un
decadimento radioattivo sono di tre tipi:
radiazione alfa (raggi alfa): elioni o nuclei di
elio formati da 2 neutroni e da due protoni. Un atomo che decade alfa perde quindi 4
nucleoni di cui due positivi: si trasforma quindi nell'atomo con Z più piccolo di due e
isotopo con A più piccolo di 4. Ad esempio U-238 ( Z=92, A=238) decadendo alfa, cioè
emettendo una particella alfa, si trasforma in Th-234 (Torio nell'isotopo 234: Z=90,
A=234). La radiazione alfa ha un alto potere di ionizzazione ma un piccolo percorso medio:
in aria può viaggiare in media per parecchi millimetri ma un mezzo più denso la ferma
molto prima.
radiazione beta (raggi beta): costituita da
elettroni (carica elettrica negativa) o dai loro gemelli/opposti cioè i positroni (stessa
massa, stessa carica elettrica ma positiva). dato che un elettrone pesa 2000 volte (circa9
meno di un protone la radiazione beta è molto più leggera di quella alfa (1/8000) e
quindi molto più penetrante. La radiazione beta percorre circa un metro in aria e penetra
di circa un millimetro entro la pelle.
radiazione gamma (raggi gamma): onde elettromagnetiche (fotoni) ad altissima
energia. Le onde elettro-magnetiche (e.m.) sono oscillazioni del campo elettromagnetico
viaggianti alla velocità della luce... la luce è in effetti un onda e.m.! così come le
onde radio, le micro-onde, gli infrarossi (calore!) gli ultra-violetti (UV) , i raggi X, i
raggi gamma... sono tutti della stessa natura (onde e.m.), differiscono soltanto per la
lunghezza d'onda o, equivalentemente per la frequenza (nell'elenco precedente sono
elencati in termini di frequenza crescente. Le onde e.m., in accordo alla meccanica
quantistica (per cui un'onda, paradossalmente è anche una particella e viceversa una
particella è anche un'onda) possono essere viste come particelle ( fotoni). Siccome un
fotone ha una energia proporzionale alla frequenza dell'onda e.m. corrispondente ne segue
che l'elenco precedente è anche un elenco di fotoni via via più "duri" (cioè
più energetici). I raggi gamma sono i più "duri" e anche i più penetranti. Se
è noto che i raggi X possono passare attraverso gran parte dei tessuti (sono però
fermati dalle ossa: vedere una radiografia!), raggi gamma abbastanza "duri"
possono passare impunemente attraverso il corpo. Epperò interagendo con i tessuti ne
ionizzano gli atomi, provocando un'ampia radiazione secondaria.
RBE (relative biological effectiveness):
il concetto di "efficacia biologica relativa" è stato introdotto per tentare di
calcolare il reale danno della radiazione in organismi viventi. Tale danno dipende
si dalla quantità di energia depositata nei tessuti ma anche da numerosi altri fattori
come la durata e le modalità dell'esposizione, il tipo di radiazione, il tipo di organo,
l'età dell'organismo, etc. Solo ai fini di avere standard semplici, viene riassunta in un
singolo fattore Q (fattore di "qualità", vedi Rem).
Vita
media: Il decadimento radioattivo segue una legge esponenziale
con un suo tempo caratteristico: tale tempo, che è l'inverso della costante di
decadimento, viene detto "vita media". Dati mille atomi radioattivi solo
368 sono ancora radioattivi dopo un tempo pari alla vita media, gli altri sono decaduti
(ovviamente dopo un'atra "vita media" i 368 atomi radioattivi superstiti
si saranno ulteriormente ridotti in numero con la stessa proporzione e così via). Notare
che la vita media è più lunga dell'emivita.
Joule:
unità del sistema internazionale. Per avere un'idea della sua grandezza pensiamo al fatto
che un watt è un joule al secondo, cioè una lampadina di 60 watt emette una energia di
60 joule al secondo.
Erg:
unità ormai poco usata, equivale ad un decimo di milionesimo di un Joule
eV
(elettronvolt): unità standard in fisica atomica e nucleare
(insieme ai suoi multipli KeV= mille eV, MeV= un milione di eV, GeV= un miliardo di
eV). E' (circa ) l'energia necessaria per ionizzare un atomo, cioè per
strappargli un elettrone. E' comunque una energia in se molto piccola: un Joule vale 160
miliardi di miliardi di eV.
Radioattività
Bq
(Becquerel): in onore dello scopritore della radioattività, un
Bq esprime una disintegrazione al secondo (dps).
Curie:
unità storica basata sul numero di disintegrazioni al secondo in un grammo di Radio (37
miliardi). 1Curie = 37 miliardi Bq.
Dose di radiazione
assorbita (misura essenzialmente della quantità di energia
rilasciata in una certa massa di tessuto organico dalla radiazione ionizzante e quindi
indicatore del rischio biologico della radioattività)
Rad:
1 rad =100 Erg per grammo (cioè un grammo di sostanza ha assorbito un rad di radiazione
se la radiazione ha rilasciato nella sostanza 100 Erg: una quantità in se
"piccola" di energia ma che tuttavia causare centinaia di
miliardi di ionizzazioni.
Roentgen
: misura la quantità di ionizzazione prodotta in una certa sostanza. In aria: 1
roentgen= 0.87 rad. In un tessuto organico non osseo: 1 roentgen = 0.93 rad
Rem (roentgen equivalent man):
misura la dose di radiazione assorbita tenendo però in conto l'efficacia
biologica della stessa con un fattore Q (qualità) che varia a seconda dei tipi di
radiazione coinvolta e dei vari modi in cui la radiazione stessa è assorbita. Quindi 1
rem = Q rad. Q vale 1 per radiazione beta e gamma, ma vale 20 per radiazione alfa. Siccome
il rem misura essenzialmente il danno biologico, questi valori mostrano che a parità di
energia rilasciata per grammo di tessuto, la radiazione alfa è molto più nociva delle
altre radiazioni.
dosimetri (servono
a misurare la dose assorbita da un individuo in un certo tempo)
Film
badges: in sostanza strati di pellicola "vergine"
alternati ad opportuni assorbitori. Misurano la quantità di radiazione beta e gamma
assorbita in lunghi periodi di tempo e che viene dedotta dal grado di annerimento del film
stesso.
TLD (dosimetri termoluminescenti):
usano particolari cristalli (come ad esempio fluoruro di litio) che hanno la proprietà di
mantenere in uno stato "eccitato" un numero di elettroni proporzionale alla
radiazione assorbita. Successivamente il cristallo viene riscaldato e gli elettroni
tornano allo stato naturale emettendo luce. Dalla quantità di luce emessa si può
risalire alla radiazione assorbita.
Dosimetri
tascabili : sono efficaci per misurare raggi gamma fino a 2 MeV,
radiazione beta e radiazione da neutroni. Utili soprattutto per rivelare forti dosi
assorbite in non lunghi periodi di esposizione.
Detectors (contatori):
sono strumenti per misurare la radiazione in tempo reale, in gran parte sfruttano la
ionizzazione prodotta dalla radiazione stessa in particolari gas.
