Tipi di radiazioni e particelle nucleari

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Tipi di radiazioni

I principali tipi di radiazioni e/o particelle sono:

  • alfa
  • beta
  • gamma
  • neutroni

Questi tipi di radiazioni e/o particelle hanno proprietà e comportamenti differenti. In particolare diverso è il potere di penetrazione e l’energia che rilasciano durante il loro passaggio nei differenti materiali.
Nel caso dei tessuti biologici tale interazione può portare a un danneggiamento delle cellule. Nella maggior parte dei casi il danno viene riparato dai normali meccanismi di difesa dell'organismo ma, a volte, in funzione anche dell’entità e della durata dell’esposizione, le cellule interessate possono risultare compromesse, con conseguenze sulla salute degli individui esposti.   Immagine interazione radiazioni-materia

 

Radiazioni alfa

Le radiazioni alfa sono nuclei di elio (He), costituite quindi da due protoni e due neutroni. Ad esempio l’isotopo 226 del radio (Ra-226), instabile, che ha un tempo di dimezzamento di circa 1600 anni, durante il suo processo di trasformazione verso forme più stabili, emette questo tipo di radiazioni trasformandosi nell’isotopo 222 del radon (Rn-222).

 

 


 

  

 

Radiazioni beta

 

 Esistono due tipi di radiazioni beta: b+ e b-, costituite rispettivamente da elettroni o positroni (elettroni con carica positiva) e sono prodotte a seguito di due tipi di trasformazioni nucleari:

 

- un neutrone si trasforma in un protone (con carica positiva) e in un elettrone che viene espulso dal nucleo (Affinché il processo sia fisicamente possibile viene espulso anche un antineutrino).

Il numero di protoni aumenta e quindi l’atomo si trasforma in un elemento diverso (ossia con un numero atomico diverso), come mostrato nell’esempio:

 

 Carbonio-14Azoto-14+elettrone (beta)
Numero atomico6 protoni7 protoni  
 8 neutroni7 neutroni  

 

- un protone si trasforma in un neutrone (con carica neutra) e in un positrone che viene espulso dal nucleo. (Affinché il processo sia fisicamente possibile viene espulso anche un neutrino). Il numero di protoni diminuisce e quindi l’atomo si trasforma in un elemento diverso (ossia con un numero atomico diverso), come mostrato nell’esempio:

 

 Carbonio-10Boro-10+positrone (beta+)
Numero atomico6 protoni5 protoni  
 4 neutroni5 neutroni 

 

 

Le radiazioni beta hanno energie inferiori a quelle delle radiazioni alfa. A causa alla presenza del neutrino (o dell’antineutrino), le particelle beta vengono emesse con uno spettro continuo in energia, caratterizzato da una energia massima. Questa varia da alcune migliaia di elettron volt (KeV) fino ad alcuni milioni di elettron volt (MeV).
Poiché la loro massa è inferiore rispetto alle alfa, il loro potere penetrante è superiore: alcuni metri in aria, alcuni millimetri nei tessuti biologici.

 

Radiazioni gamma

Le radiazioni gamma sono costituite da radiazione elettromagnetica emessa da un nucleo instabile durante il suo decadimento. Ad esempio il cesio 137 (Cs-137) decade nel bario137 che si trova in uno stato eccitato definito metastabile (Ba-137m). Il Ba-137m si trasforma nello stato stabile attraverso emissione di radiazione gamma:

 

Ba-137m  =>  Ba-137 + radiazione gamma


Le energie delle radiazioni gamma variano generalmente da alcune decine di migliaia di elettron volt (keV) fino a circa 2000 keV.
Essendo prive di massa il loro potere penetrante è molto superiore rispetto alle radiazioni alfa e alle radiazioni beta: fino a centinaia di metri in aria, attraversano facilmente il corpo umano e sono fermate da alcuni centimetri di piombo o decimetri di cemento.

 

Neutroni

I neutroni sono, insieme ai protoni, particelle che costituiscono il nucleo degli atomi.
Le più importanti sorgenti di neutroni sono costituite dai reattori nucleari che sfruttano i processi di fissione per la produzione di energia.
Ad esempio la reazione di fissione nucleare per l’uranio 235 è così schematizzabile:

n + 235U  => X + Y + 2,5n + energia

in cui  X ed Y indicano generici prodotti di fissione, e 2,5 sono i neutroni (in media) liberati.
Alcuni  prodotti di fissione si trovano in uno stato altamente eccitato e possono, a loro volta, emettere altri neutroni per decadimento come ad esempio nel caso del kripton 87: Kr 87      =>    Kr 86 + n
   

Le energie dei neutroni all’interno dei reattori variano da meno di 0,1 elettron volt (eV) fino a circa 10 MeV.
L'assenza di carica elettrica dà ai neutroni un elevato potere di penetrazione della materia dipendente dalla loro energia.
In natura i neutroni sono presenti per effetto delle interazioni nucleari delle particelle o radiazioni presenti nel cosmo con l’atmosfera.