Radionuclide

Unradionuclideè unnuclideinstabile chedecadein un altro nuclide più stabile emettendoenergiasotto forma diparticelle subatomichedotate di notevoleenergia cineticae/oradiazioni elettromagnetichead alta energia; in tutti i casi si tratta diradiazioni ionizzanti,da qui il suo nome. I radioisotopi sonoisotopiradioattivi, 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 protoniZ(numero atomico) e un determinato numero di neutroniNè infattinuclideo, se radioattivo,radionuclide.

Descrizione

La somma del numero di protoniZe del numero di neutroniNdi un nuclide è denominatonumero di massaA=Z+N.I nuclidi aventi uno stesso numero atomicoZappartengono ad uno stessoelemento chimicoe sono denominati quindiisotopidi tale elemento; quelli aventi lo stessoAsono denominatiisobari,quelli aventi lo stessoNsono denominatiisotoni.Per completare la terminologia sono denominati nuclidiisodiaferiquelli aventi lo stesso valoreN-Z,cosa che accade per coppie di nuclei correlati da decadimento alfa; si diconoisomeriquelli che a parità diZeAdecadono per diseccitazionegammada un livello eccitato dettostato isomerico.

I nuclidi e/o i radionuclidi di un elemento chimico E si indicano conAZE, oppure con il nome dell'elemento con iniziale minuscola in esteso seguita da una lineetta e dal numero di massaA,ovvero in maniera abbreviata, con il simbolo chimico invece del nome: es: iodio-131 o uranio-235 o, in forma abbreviata, I-131 o U-235. Nel caso di nuclidi metastabiliAmZE, es: tecnezio-99m o Tc-99m o99m43Tc.

Radionuclidi particolari possono emettere a seconda dei casi:particelle α(⁴²He), corrispondenti cioè a nuclei formati da due neutroni e due protoni (un atomo dielio-4due volteionizzato), o particelleβ,corrispondenti aelettroniopositroni.Possono inoltre emettere energia sotto forma di radiazioni elettromagnetiche di alta energia dettefotoniγ,oppure decadere perfissione spontanea.Altri modi di decadimento sono ildoppio decadimento beta,che avviene con emissione di 2 elettroni o di due positroni, lacattura elettronicae ladoppia cattura elettronica.Più raramente si osservano decadimenti con emissione di protoni o di neutroni, oppure anche di cluster di nucleoni (C, O, Mg, Si) e questi sono denominati, a volte, decadimenti esotici. Attraverso l'emissione diparticellee diradiazioniessi decadono, ovvero si trasformano in nuclei diatomipiù stabili.

Radionuclidi naturali

I radionuclidi responsabili delfondo di radioattività naturalesono dati dasorgenti extraterrestri,quali le stelle dalle quali ci arrivano iraggi cosmici,e dasorgenti terrestriche a loro volta si suddividono in radionuclidi naturaliprimordialie radionuclidi naturalicosmogenici.Quelliprimordialivengono prodotti dal processo dinucleosintesi delle stellee sono presenti sulla Terra sin dalla sua formazione; i radionuclidicosmogenicisono prodotti in modo continuo dall'interazione tra laradiazione cosmicae gli atomi dell'atmosfera terrestre,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 rispettivitempi 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 (detticapostipiti) l'²³⁸U,l'²³⁵Ue il²³²Th.

Per quanto riguarda i nuclei cosmogenici, la radiazione cosmica interagisce con alcuni elementi 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	268
Ca,Fe	41Ca	1,03×105
Te,Ba,La,Ce	129I	1,57×107
Te,Ba,La,Ce	126Xe	Stabile

Radionuclidi artificiali

Sono sostanzialmente prodotti nelle esplosioni nucleari, nelle collisioni tra particelle che avvengono negliacceleratorie nei processi difissioneall'interno direattori nucleari;in quest'ultimo caso vengono prodotti usualmente nuclei conAcompreso tra 70 e 160. Si sono diffusi nell'ambiente a causa di esplosioni nucleari a scopo bellico, quali le bombe diHiroshimaeNagasaki,ma anche per numerose esplosioni di bombe nucleari a scopo di test, come quelli eseguiti presso l'atollo di Bikini,ed anche a causa di incidenti a reattori nucleari come quelli diThree Mile Island,Černobyl'oFukushima,ma sono prodotti anche negliacceleratori di particellein 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	8,08×107anni

Utilizzo

I radionuclidi hanno innumerevoli impieghi in ambito scientifico (radiochimicaechimica nucleare). Possono essere usati per esempio per datarefossili,rocce, reperti archeologici (vedimetodo del carbonio-14e numerosi altri metodi di geocronologia); In biochimica e tossicologia, nella forma chimica opportuna (composti marcati), 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 tumoralimedicina 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 attivazionetecnezio-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 dalladoseattribuita 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 delleesplosioni nuclearie si sono distribuiti sulla superficie terrestre con la ricaduta radioattiva negli anni Sessanta del Novecento (il cosiddettofall out). Tuttavia il contributo alla dose dovuto a tali eventi è assolutamente trascurabile rispetto alla dose da fonti naturali terrestri o daraggi cosmici.In termini quantitativi, secondo gli standard e le valutazioni dell'ICRPe dell'agenzia dell'ONU (UNSCEAR) in collaborazione conOMSeIAEA,il 55% della dose annua impartita all'uomo (in media 2,4 mSv/anno in sede mondiale) è dovuta alradon-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 naturalepotassio-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 dienergia nucleareè invece praticamente nullo rispetto alle altre fonti.

Bibliografia

• Giorgio Bendiscioli,Fenomeni Radioattivi,Springer, 2008,ISBN978-88-470-0803-8.
• Maurizio Pelliccioni,Fondamenti Fisici della Radioprotezione,Pitagora Editrice Bologna, 1993,ISBN88-371-0470-7.
• Ugo Amaldi,Fisica delle Radiazioni,Bollati Boringhieri, 1971,ISBN88-339-5063-8.

Voci correlate

• Trizio
• Cobalto-60
• Stronzio-90
• Iodio-131
• Cesio-137
• Attivazione neutronica
• Fissione nucleare
• Fusione nucleare
• Inquinamento radioattivo
• Rifiuto radioattivo

Altri progetti

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Collegamenti esterni

• (EN)IUPAC Gold Book, "radionuclide",sugoldbook.iupac.org.