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Radionuclidi

Che cosa sono i radionuclidi?

Con il termine di radionuclide (solitamente indicato con la sigla RN) si intende una qualsiasi specie nucleare (nuclide) instabile che disintegrandosi si trasforma spontaneamente, emettendo radiazioni particolarmente intense, in nuclei di altri atomi solitamente più leggeri.

Qual è la differenza tra radionuclide e radioisotopo?

Il termine radionuclidi non è da confondere con il termine radioisotopi che invece indica isotopi radioattivi (e quindi instabili) degli elementi.

Un radionuclide è un nucleo atomico instabile caratterizzato da un determinato numero di protoni e un determinato numero di neutroni. Radioisotopi di un certo elemento sono invece un insieme di radionuclidi aventi lo stesso numero di protoni (e quindi lo stesso numero atomico) ma un diverso numero di neutroni.

Pertanto i radioisotopi sono gli isotopi radioattivi degli elementi che si trasformano in quelli stabili mediante il processo di decadimento radioattivo, processo in cui vengono emesse radiazioni corpuscolari ed elettromagnetiche.

Radionuclidi naturali

I radionuclidi possono essere naturali o artificiali. I radionuclidi artificiali sono presenti in natura, come per esempio l'uranio, il radio e il torio, e vennero prodotti durante la formazione della Terra. Alcuni radioisotopi naturali hanno periodi di dimezzamento T (tempo medio per il decadimento di metà degli atomi di una sostanza radioattiva) talmente lunghi che i 3 x 109 anni della Terra non sono stati sufficiente per determinare la loro scomparsa.

Di seguito elenchiamo i radionuclidi di origine naturale con i rispettivi tempi di dimezzamento.

radionuclidi naturali

Di seguito a titolo esemplificativo, riportiamo il decadimento dell'uranio 238U:

raggi alfa

Decadimento dell'uranio 238U.

Radionuclidi artificiali

I radionuclidi artificiali sono quelli preparati dall'uomo. Il primo isotopo radioattivo artificiale fu prodotto nel 1934 da Irène Joliot-Curie (figlia dei coniugi Curie), che irraggiò dei fogli di alluminio con particelle α: ebbe così inizio l'impiego della radioattività su larga scala nel lavoro scientifico.

Con l'avvento delle macchine acceleratrici e soprattutto dei reattori nucleari è aumentato fortemente il numero e la quantità di radionuclidi artificiali disponibili: essi sono oggi molte centinaia. Di seguito elenchiamo i più importanti radionuclidi artificiali con i rispettivi tempi di dimezzamento.

Produzione dei radionuclidi

Il mezzo più versatile per produrre radionuclidi sono gli acceleratori di particelle, come ad esempio il ciclotrone. In questi acceleratori, particelle cariche come i deutoni (nuclei del deuterio, costituiti da un protone e da un neutrone) e i protoni sono fortemente accelerate e portate a interagire con dei nuclei bersaglio. Ha luogo, in questo modo, quella che si chiama una reazione nucleare: per esempio, un protone viene catturato dal nucleo bersaglio e viene emesso un neutrone; in questo caso il numero atomico del bersaglio aumenta di 1 e il numero di massa resta invariato.

Se viene invece catturato un deutone ed emesso un protone, il numero di massa aumenta di una unità e il numero atomico rimane invariato.

La quantità di materiale radioattivo che può essere prodotta con gli acceleratori di particelle è relativamente piccola, anche se i radionuclidi così prodotti hanno un'elevata purezza (ma un costo piuttosto elevato); per la produzione su larga scala vengono invece impiegati i reattori nucleari.

Impiego dei radionuclidi

I radionuclidi rappresentano uno dei più importanti e versatili strumenti di ricerca. Una tra le più interessanti e importanti applicazioni è quella che prevede il loro utilizzo come traccianti; in tal senso viene aggiunto a un elemento un suo isotopo radioattivo e viene misurata la radiazione emessa. È così possibile seguire le vicende dell'elemento attraverso una qualsivoglia serie di trasformazioni chimiche, fisiche e biologiche, una volta verificata l'ipotesi, in genere valida almeno in prima approssimazione, che nelle trasformazioni in questione i diversi isotopi di uno stesso elemento presentano un comportamento praticamente identico.

I radionuclidi vengono impiegati anche come sorgenti di radiazioni ionizzanti oppure di calore; si sfruttano poi gli effetti fisici, chimici e biologici delle radiazioni ionizzanti (per esempio, gli effetti sui tessuti viventi nel trattamento dei tumori) e del calore (può essere sfruttato ad esempio da una batteria nucleare).

Ricordiamo anche l'uso dei fenomeni di assorbimento e diffusione delle radiazioni emesse dai radionuclidi. Le modalità con cui la radiazione viene assorbita o diffusa dà informazioni sulla natura, sulla struttura e sulle caratteristiche dei materiali con cui ha interagito: un'applicazione tipica è la radiografia industriale, un'altra è data dalle misure di spessore.

Importanti sono anche le applicazioni che sfruttano la velocità di disintegrazione dei radionuclidi: ne sono esempi le misure dell'età di minerali e reperti fossili o archeologici.

I radioisotopi trovano un notevole campo d'impiego anche in biologia; infatti le radiazioni emesse dai radioisotopi trovano svariate applicazioni in medicina sia nella diagnostica sia nella terapeutica; inoltre, in quanto causa di mutazioni genetiche, i radionuclidi vengono utilizzati in ricerche intese a indagare il meccanismo d'azione dei geni.

I radionuclidi trovano infine applicazione anche nella lotta contro insetti dannosi all'agricoltura e nella sterilizzazione degli alimenti.

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