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TIPI DI DECADIMENTO RADIOATTIVO

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TIPI DI DECADIMENTO RADIOATTIVO
TIPI
TIPIDI
DIDECADIMENTO
DECADIMENTORADIOATTIVO
RADIOATTIVO--ALFA
ALFA
Decadimento alfa: il nucleo instabile emette una particella alfa (), che è composta
da due protoni e due neutroni (un nucleo di 4He), quindi una particella carica
positivamente. Tale trasformazione può quindi essere rappresentata come:
A
Z
X
A 4
Z 2
Y  He
4
2
dove X e Y sono i simboli rispettivamente
dell'elemento chimico padre e figlio
Il decadimento alfa interessa principalmente i nuclei pesanti (Z>82) e deficitarii in
neutroni (per Z grandi la repulsione elettrostatica diventa preponderante visto il
corto raggio d’azione della forza nucleare forte)
TIPI
TIPIDI
DIDECADIMENTO
DECADIMENTORADIOATTIVO
RADIOATTIVO--ALFA
ALFA
Il decadimento alfa è energicamente possibile quando la massa del nucleo padre è
maggiore della massa del nucleo figlio + la massa della particella alfa.
L’energia totale rilasciata Q è pari a:
Q  m( A, Z )  m( A  4, Z  2)  m  c 2  0
La differenza di massa (energia) riappare sotto forma di energia cinetica della
particella alfa e del nucleo figlio rinculante. Essendo la massa del nucleo figlio in
genere >> della massa della particella alfa, la quasi totalità dell’energia cinetica è
posseduta dalla particella alfa (conservazione della quantità di moto)
L’energia delle particelle alfa emesse è discreta
In generale l’energia delle particelle alfa emesse
varia tra 4 e 9 MeV ed i tempi di dimezzamento dei
nuclei che le emettono variano tra 1010 anni e 10-7
secondi
TIPI
TIPIDI
DIDECADIMENTO
DECADIMENTORADIOATTIVO
RADIOATTIVO--ALFA
ALFA
ESEMPIO:
Energia liberata nel decadimento dell’232U:
U  Th  He
232
228
4
Massa (u)
232U
232.037131
228Th
228.028716
4He
4.002602
Q  232.037131  228.028716  4.002602u  931.5MeV / u 
Q  0.005813u  931.5MeV / u   5.4 MeV
In base alla legge di conservazione della quantità di moto si può dimostrare che la
particella alfa in questo decadimento ha una energia cinetica di circa 5.3 MeV.
Il nucleo figlio che rincula ha quindi una energia cinetica di circa 0.1 MeV
TIPI
TIPIDI
DIDECADIMENTO
DECADIMENTORADIOATTIVO
RADIOATTIVO--ALFA
ALFA
ESEMPIO:
Diagramma dei livelli energetici per il
decadimento del 226Ra.
Sono possibili due modalità di decadimento in
222Rn:
- secondo la via 1 (94.5% di probabilità, con
emissione di un’alfa da 4.78 MeV)
- o secondo la via 2 (5.5% di probabilità, con
emissione di un’alfa da 4.60 MeV e un fotone 
da 0.18 MeV).
Il nucleo figlio, molto più pesante dell’alfa, ha
un’energia di rinculo trascurabile (0.09 MeV)
TIPI
TIPIDI
DIDECADIMENTO
DECADIMENTORADIOATTIVO
RADIOATTIVO--BETA
BETA
Il termine decadimento beta comprende tre diversi tipi di trasformazioni nucleari:
• decadimento -:
trasformazione di un neutrone del nucleo in un protone, con emissione di un elettrone
• decadimento + :
trasformazione di un protone del nucleo in un neutrone, con emissione di un positrone
• cattura elettronica (E.C.):
trasformazione di un protone del nucleo in un neutrone mediante cattura di un elettrone atomico
In tutti e tre i tipi di decadimento viene emesso un neutrino (o antinueutrino):
particella di “massa infinitesima” e priva di carica
TIPI
TIPIDI
DIDECADIMENTO
DECADIMENTORADIOATTIVO
RADIOATTIVO--BETA
BETA
• decadimento beta meno
A
Z
X  Y  e  e
A
Z 1

Trasformazione di un neutrone del nucleo in un
protone, con emissione di un elettrone e un
antineutrino elettronico
Il decadimento è energicamente possibile quando:
ESEMPIO:
14
C 14N  e   e
M ( A, Z )  M ( A, Z  1)
TIPI
TIPIDI
DIDECADIMENTO
DECADIMENTORADIOATTIVO
RADIOATTIVO--BETA
BETA
• decadimento beta meno
Il decadimento è energicamente possibile quando:
M ( A, Z )  M ( A, Z  1)
infatti:
A
Z
X  Z 1AY  e   e
tralasciando la massa del neutrino è necessario che:
m( A, Z )  m( A, Z  1)  me
dove m sono le masse nucleari.
Consideriamo anche gli elettroni atomici (e quindi le Masse atomiche M):
sommiamo ad entrambi i membri Zme
m( A, Z )  Zme  m( A, Z  1)  me  Zme
m( A, Z )  Zme  m( A, Z  1)  Z  1 me
M ( A, Z )  M ( A, Z  1)
TIPI
TIPIDI
DIDECADIMENTO
DECADIMENTORADIOATTIVO
RADIOATTIVO--BETA
BETA
• decadimento beta più
A
Z
X  Y  e  e
A
Z 1

Trasformazione di un protone del nucleo in un
neutrone, con emissione di un positrone e un
neutrino elettronico
Il decadimento è energicamente possibile quando:
M ( A, Z )  M ( A, Z  1)  2me
ESEMPIO:
18
F 18O  e   e
me  0.511 MeV
TIPI
TIPIDI
DIDECADIMENTO
DECADIMENTORADIOATTIVO
RADIOATTIVO--BETA
BETA
• decadimento beta più
Il decadimento è energicamente possibile quando:
M ( A, Z )  M ( A, Z  1)  2me
me  0.511 MeV
infatti:
A
Z
X  Z 1AY  e   e
tralasciando la massa del neutrino è necessario che:
m( A, Z )  m( A, Z  1)  me
dove m sono le masse nucleari.
Consideriamo anche gli elettroni atomici (e quindi le Masse atomiche M):
sommiamo ad entrambi i membri Zme
m( A, Z )  Zme  m( A, Z  1)  me  Zme
m( A, Z )  Zme  m( A, Z  1)  Z  1 me  2me
M ( A, Z )  M ( A, Z  1)  2me
TIPI
TIPIDI
DIDECADIMENTO
DECADIMENTORADIOATTIVO
RADIOATTIVO--BETA
BETA
• cattura elettronica
A
Z
X  e  Y  e

A
Z 1
Cattura di un elettrone atomico da parte del
nucleo con trasformazione di un protone in un
neutrone ed emissione di un neutrino elettronico
Il decadimento è energicamente possibile quando:
M ( A, Z )  M ( A, Z  1)
L’elettrone catturato dal nucleo ha una energia ben precisa (in genere appartiene
all’orbitale più interno – shell K). Ne consegue che i neutrini emessi nei processi di cattura
elettronica hanno tutti la stessa energia (neutrini monoenergetici)
A seguito della cattura dell’elettone l’atomo tenderà a modificare la
sua configurazione (gli elettroni degli altri orbitali vanno a riempire
lo stato lasciato vuoto). Si avrà quindi emissione di raggi X (fotoni
con energia pari alla differenza dei livelli energetici atomici )
A differenza degli altri tipi di decadimenti, la cattura
elettronica è un processo anche di natura atomica (quindi c’è
una dipendenza dalle proprietà chimiche dell’elemento)
TIPI
TIPIDI
DIDECADIMENTO
DECADIMENTORADIOATTIVO
RADIOATTIVO--BETA
BETA
• cattura elettronica
Il decadimento è energicamente possibile quando:
M ( A, Z )  M ( A, Z  1)
infatti:
A
Z
X  e  Y  e

A
Z 1
tralasciando la massa del neutrino è necessario che:
m( A, Z )  me  m( A, Z  1)
dove m sono le masse nucleari.
Consideriamo anche gli elettroni atomici (e quindi le Masse atomiche M):
sommiamo ad entrambi i membri (Z-1)me
m( A, Z )  ( Z  1) me  me  m( A, Z  1)  ( Z  1) me
m( A, Z )  Zme  m( A, Z  1)  Z  1 me
M ( A, Z )  M ( A, Z  1)
TIPI
TIPIDI
DIDECADIMENTO
DECADIMENTORADIOATTIVO
RADIOATTIVO--BETA
BETA
decadimento β-: avviene per quei nuclei in cui vi è un eccesso di neutroni
E.C. decadimento β+: avviene per quei nuclei in cui vi è un eccesso di protoni
TIPI
TIPIDI
DIDECADIMENTO
DECADIMENTORADIOATTIVO
RADIOATTIVO--BETA
BETA
A differenza del decadimento α, che essendo un decadimento a due corpi emette la
particella α sempre con la medesima energia (energia monocromatica), l’elettrone nel
decadimento β- condivide la propria energia con il neutrino (e analogamente il positrone
con l’antineutrino).
Ne risulta quindi uno spettro continuo con una energia massima (energia di end-point).
TIPI
TIPIDI
DIDECADIMENTO
DECADIMENTORADIOATTIVO
RADIOATTIVO––EMISSIONE
EMISSIONEGAMMA
GAMMA
Emissione gamma: Un nucleo formatosi in seguito ad un decadimento radioattivo può
ritrovarsi nel suo stato fondamentale oppure trovarsi in uno dei suoi stati eccitati.
Come avviene per l’atomo, anche il nucleo si porterà nella configurazione più stabile
emettendo radiazione elettromagnetica corrispondente al salto energetico dei livelli
interessati. A questa radiazione elettromagnetica viene dato il nome di raggi gamma.
60
Co

1173 keV



2626 keV
2506 keV


2159 keV
1333 keV


1333 keV
0 keV
60
Ni
Per l’emissione gamma, sia la massa atomica A che il numero atomico Z rimangono invariati
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