I tre tipi di decadimento

Non tutti i nuclei sono stabili: alcuni si trasformano spontaneamente in altri emettendo radiazioni. È la radioattività, scoperta nel 1896 da Henri Becquerel sui sali di uranio (Nobel 1903 insieme a Pierre e Marie Curie). Si distinguono tre tipi classici di decadimento, storicamente battezzati con le prime tre lettere dell’alfabeto greco.

Principio — Tre tipi classici di decadimento

• Decadimento $\alpha$: il nucleo emette una particella $\alpha = {}^4_2\text{He}$, formata da 2 protoni + 2 neutroni. È tipico dei nuclei pesanti (uranio, radio). ${}^A_Z X \to {}^{A-4}_{Z-2}Y + {}^4_2\text{He}$
• Decadimento $\beta^-$: un neutrone si trasforma in protone + elettrone + antineutrino. Il nucleo aumenta $Z$ di uno e mantiene $A$ costante. $n \to p + e^- + \bar\nu_e$
• Decadimento $\gamma$: il nucleo, lasciato in uno stato eccitato dopo un altro decadimento, emette un fotone $\gamma$ (energia tipica $0{,}1$–$10\;\text{MeV}$) e scende a uno stato meno energetico. $Z$ e $A$ non cambiano.

Le tre radiazioni si comportano in modo profondamente diverso. Nel decadimento $\alpha$ il nucleo cambia elemento perdendo due unità di carica; nel $\beta^-$ risale di un posto nella tavola periodica pur mantenendo lo stesso numero di massa; nel $\gamma$ resta lo stesso nucleo, che si limita a “diseccitarsi” come farebbe un atomo emettendo luce, ma con energie un milione di volte maggiori.

Contesto storico — le tre lettere di Rutherford

Le tre lettere greche $\alpha$, $\beta$, $\gamma$ furono introdotte da Ernest Rutherford tra il 1899 e il 1903 in base al potere penetrante delle radiazioni: la $\alpha$ è fermata da un foglio di carta, la $\beta$ da una lamina di alluminio di pochi millimetri, la $\gamma$ richiede una parete di piombo di diversi centimetri. Le loro identità — nuclei di elio, elettroni, fotoni — furono scoperte solo negli anni successivi (Simonyi 2012).

▶ I luoghi più radioattivi della Terra — Veritasium

Collegamenti

Argomenti: Fisica nucleare Concetti: Decadimento radioattivo Oggetti: Nucleo atomico

Esercizi collegati: Esercizio svolto — decadimento del radon in cantina · Dalla legge fenomenologica all’esponenziale · Vita media di un campione misto