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Emmanuele De Vendittis » 2.Radioisotopi

Radioattività

Gli isotopi instabili di alcuni elementi vanno incontro a reazioni nucleari, in cui il loro nucleo instabile si trasforma in quello di un altro atomo più stabile.
Questa reazione è accompagnata da emissione di radioattività, sotto forma di particelle e/o energia e gli isotopi che la emettono sono chiamati radioisotopi.

Nelle reazioni nucleari si ha emissione di grandi quantità di energia (ΔE), correlata ad una variazione di massa nel nucleo (Δm):

ΔE =Δm • c²

Quali sono gli isotopi instabili?
Quali sono le particelle e le energie emesse?

Radioattività (segue)

L’instabilità dei radioisotopi dipende dal rapporto neutroni/protoni (N/Z) nel nucleo.
Gli isotopi di atomi leggeri hanno un rapporto N/Z ≈ 1.
Man mano che aumenta la pesantezza dell’atomo, la fascia di stabilità tende al rapporto N/Z ≈ 1,5.
Il nucleo di un isotopo instabile si trasforma in quello di un altro atomo più stabile mediante il decadimento radiattivo (cambia N/Z per rientrare nella fascia di stabilità).

Grafico del rapporto neutroni/protoni negli elementi naturali

Radioattività naturale

Esistono diversi tipi di radioattività naturale, connesse alla emissione di vari tipi di particelle

a) Emissione di particelle α (nuclei di He)
In questo isotopo instabile dell’Uranio varia N (146 → 144) e Z (92→ 90) e quindi anche A (238 → 234).
Le particelle α hanno scarso potere penetrante e quindi non sono molto pericolose per esposizione.
Esse però hanno un elevato potere ionizzante nei confronti di altri atomi

Emissione di particelle α (nuclei di He)

Radioattività naturale (segue)

b) Emissione di particelle β^– (elettroni)
In pratica un neutrone si trasforma in un protone ed un elettrone.

Nell’isotopo instabile del Carbonio ¹⁴C aumenta Z (6 → 7), diminuisce N (8 → 7), ma non varia A.
c) Emissione di particelle β⁺ (positroni)
In pratica un protone si trasforma in un neutrone emettendo la particella β⁺ (simile all’elettrone come massa, ma con carica positiva).
Nell’isotopo instabile del Carbonio ¹¹C diminuisce Z (6 → 5), aumenta N (5→ 6), ma non varia A.
Entrambe le particelle β (β⁺ e β^-) hanno maggiore potere penetrante rispetto alle particelle α, anche se sono pericolose solo per ingestione.

Emissione di particelle β^–(elettroni)

Emissione di particelle β⁺(positroni)

Radioattività naturale (segue)

d) Emissione di radiazioni γ (solo radiazione, niente massa)
Sone emesse da nuclei di atomi quando questi si trovano in uno stato eccitato.

In questo stato eccitato dell’atomo non varia nè Z nè A.
I raggi γ sono dotati di elevato potere penetrante e pertanto sono molto dannosi.

Emissione di radiazioni γ

Decadimento radioattivo

Le reazioni di decadimento radioattivo seguono cinetiche di 1° ordine

v = k • [radioisotopo]

Ogni isotopo radioattivo possiede un suo specifico tempo di dimezzamento

³H:   12 anni
¹⁴C:   5730 anni
³²P:   14 giorni

Cinetica di decadimento radioattivo

Impiego dei radioisotopi in medicina

I radioisotopi sono largamente utilizzati in medicina sia a scopo diagnostico (scintigrafie, dosaggi RIA) che terapeutico (radioterapia dei tumori).
E’ necessario conoscere le più comuni unità di misura della radioattività:

Curie (Ci): 3,7•10¹⁰ dps (disintegrazioni al secondo)
Bequerel (Bq): 1 dps
Roentgen (R): Intensità di raggi X o γ che provoca 2•10⁹ coppie ioniche in 1 ml di aria (molto usata negli studi radiografici)
RAD (radiation adsorbed dose): si riferisce alla dose di radiazione assorbita da un tessuto esposto a radiazione. 1 RAD corrisponde a 100 erg assorbiti da 1 g di tessuto
GRAY (Gy): 1Gy = 100 RAD

Impiego dei radioisotopi in medicina (segue)

Gli effetti dannosi delle radiazioni dipendono da:

quantità di radiazione assorbita (misurabile con il RAD);
tipo di radiazione (energia della radiazione).

Gli effetti biologici delle radiazioni possono essere valutati con migliore attendibilità utilizzando il:

REM (radiation equivalent for man): REM = RAD • n

in cui n è un numero relativo al tipo di radiazione (n = 1 per i raggi X, γ e per le particelle β; n = 10 per le particelle α).
Anche piccole dosi di radiazione, ma ripetute per lunghi periodi, possono provocare gravi conseguenze: