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La radioattività è un processo di decadimento di nuclei atomici, in cui un atomo dell’elemento viene convertito in uno o più atomi di un altro elemento. Il sottoprodotto del decadimento è quindi la radiazione ionizzante, ovvero una particella che trasporta l’energia in eccesso rilasciata durante il decadimento. Alcuni elementi radioattivi si trovano normalmente in natura, come l’uranio o il radon. Sono responsabili della radioattività naturale cui siamo esposti durante la nostra vita. Tuttavia, una radiazione può essere generata artificialmente, ed è definita radiazione artificiale.

Una radiazione è una corrente di particelle che emana da un materiale soggetto a decadimento radioattivo. Tuttavia, non tutti i materiali trasmettono le stesse particelle. Esistono tre tipi fondamentali di radiazioni:
Alfa, in cui le particelle sono nuclei di elio,risultano così poco penetranti che possono essere respinte dalla carta.
Beta, in cui le particelle sono elettroni o positroni e possono essere respitne da un sottile strato di metallo.
Gamma, in cui le particelle sono fotoni e possono essere fermate solo da uno spesso strato di piombo o materiale simile.

I nuclei degli atomi sono composti da due tipi di particelle: protoni e neutroni, il numero di protoni indica quale sia l’elemento del nucleo. Il rapporto tra il numero di protoni e neutroni nel nucleo determina quindi se possa avvenire un decadimento radioattivo. In parole semplici, se l’elemento non è soddisfatto del suo numero di neutroni, è radioattivo.

Nella vita quotidiana e nella scienza, sembrava che il mondo fosse governato dalla meccanica newtoniana fino all’inizio del XX secolo. Ciò significa che i corpi cambiano posizione e velocità in base a come le forze lavorano tra di loro. Tuttavia, molti esperimenti molto accurati hanno portato gli scienziati a creare un altro sistema di rappresentazione del mondo: la meccanica quantistica. In un mondo quantistico, non ha senso parlare di velocità o traiettoria nel modo in cui siamo abituati. Al contrario, introduciamo la possibilità che alcuni corpi esistano in luoghi diversi. Ad esempio, se prendiamo un nucleo dell’atomo caricato positivamente e lo circondiamo di elettroni con carica negativa, il sistema non si comporta come un’analogia del sistema solare in miniatura. Gli elettroni non ruoteranno attorno al nucleo seguendo orbite diverse. Il modo migliore per immaginare l’atomo è come una nuvola di elettroni attorno al nucleo. La densità della nuvola determina la probabilità di trovare un elettrone in una determinata posizione.

I nuclei degli atomi radioattivi, naturali o artificiali, decadono in nuclei di altri nuclidi (atomi con diverso numero di particelle nel nucleo). Molti di tali decadimenti, tuttavia, producono nuclei a loro volta radioattivi. In tal caso, il nucleo decade ancora e ancora fino a divenire stabile. Questa è definita catena di decadimento. In una camera a nebbia, ad esempio, possiamo vedere il decadimento del radon 220 in polonio 216, che è comunque instabile e decade quasi immediatamente in piombo 212. Dopodiché vediamo due particelle alfa, una per ogni decadimento, che partono quasi dallo stesso punto. La linea di decadimento del radon procede quindi attraverso tre ulteriori scomposizioni fino al prodotto finale, piombo 208, stabile.

La radiazione è onnipresente, ma una sovraesposizione dell’organismo ha un effetto negativo sulla sua salute. Le radiazioni sono un buon servo ma anche un cattivo padrone. Se vogliamo utilizzare le radiazioni a nostro vantaggio, dobbiamo anche garantire la sicurezza di tutte le persone e dell’ambiente. La catastrofe di Chernobyl non è stata solo una coincidenza di incidenti, ma, soprattutto, un grave fallimento nel rispettare le procedure di sicurezza che si applicano al funzionamento di una centrale nucleare. Se vengono seguite tutte le procedure, le centrali nucleari sono una fonte di energia molto sicura, come dimostrato dalle centrali elettriche di tutto il mondo.

PET: la tomografia ad emissione di positroni è un metodo diagnostico basato su materiale radioattivo con una breve emivita. È immesso nel corpo e si concentra in tessuti metabolicamente attivi come i tumori cancerosi. Rilevando la direzione delle particelle radioattive, siamo in grado di determinare la posizione del tumore. La terapia protonica, al contrario, è un metodo curativo in cui il tumore viene irradiato da un flusso di protoni. I protoni sono usati perché hanno meno effetti collaterali rispetto ad altre forme di radiazioni.

Le particelle elementari sono particelle che non hanno struttura interna, cioè che non possono essere divisi in altre sottosezioni. In precedenza, gli scienziati pensavano che i protoni, i neutroni, i fotoni e gli elettroni fossero le particelle di base. Oggi sappiamo che solo l’elettrone e il fotone sono particelle elementari e che il protone e il neutrone sono composti da quark e gluoni. Inoltre, sono state scoperte altre particelle elementari: muoni, tauoni, bosoni W +, W- e Z0, bosoni di Higgs e neutrini. Tutte le altre particelle sono quindi composte da quelle elementari.

Le particelle composite sono composte da particelle elementari. Ad esempio, le particelle alfa sono composte da due protoni e due neutroni, ciascuno dei quali protoni e neutroni è composto ancora di tre quark e gluoni.

Le banane sono un alimento ricco di potassio. Il potassio è casualmente uno degli elementi che mostra una radioattività relativamente alta a causa degli isotopi naturali. Il potassio-40 è unico in quanto può essere soggetto a decadimenti gamma, beta + e beta-. E proprio il decadimento beta+ è costituito di antimateria, vale a dire i positroni, che sono le antiparticelle degli elettroni. Ma non fatevi prendere dal panico, non è nelle capacità umane consumare abbastanza banane per subire alcun effetto legato alla radioattività.

Le radiazioni non provengono solo dal nostro pianeta, ma anche dallo spazio. Fortunatamente, la maggior parte è fermata dall’atmosfera o dal campo magnetico della Terra, che ci proteggono dai loro effetti collaterali. Le radiazioni secondarie derivano quindi dall’interazione dei raggi cosmici con le molecole d’aria nell’atmosfera. La particella che i fisici hanno chiamato Oh-My-God (in italiano Oh mio dio) è una particella rilevata da un rilevatore di radiazioni cosmiche nel 1992. Si è guadagnata questo nome perché la sua energia era di molte volte superiore a quella di qualsiasi altra particella osservata.

Il modello standard è l’attuale modello e interazione delle particelle generalmente accettato.
Potete immaginarlo abbastanza facilmente. Dividiamo ora le particelle del modello standard in due gruppi immaginari: mattoni e malta. Nei mattoni comprendiamo il primo gruppo di particelle che costituiscono il tessuto tramite cui è costruito l’universo. Tra le particelle della materia figurano quark e leptoni. La malta può quindi essere intesa come il secondo gruppo di particelle – i vettori di forza. È una specie di legante che tiene insieme gli oggetti nell’universo ed è responsabile delle loro interazioni.
Il modello standard include anche il bosone di Higgs, una particella che gli scienziati hanno cercato per oltre mezzo secolo ed è stato infine scoperto nel CERN nel 2013.
Il modello delle fisica delle particelle standard inizialmente sembrava essere la teoria definitiva per tutto ciò che può spiegare dalla fisica. Proprio come in tutti gli altri rami della fisica, questa teoria ha però incontrato situazioni non spiegabili. Ciò significa che non è giusto, ma il modello standard è molto utile e lascia spazio a ulteriori ricerche.

Le particelle più veloci che si possono incontrare sono i raggi cosmici o quelli accelerati artificialmente negli acceleratori di particelle. Come previsto dalla teoria della relatività speciale di Albert Einstein, a chi osserva sembra che il tempo scorra più lentamente per queste particelle. Le particelle non hanno orologi, ma se sono instabili, si può misurare il tempo di decadimento di tali particelle e confrontarlo con una particella che non si muove. Quindi scopriamo che le particelle in movimento decadono più lentamente ovvero il loro tempo scorre più lentamente.

L’elemento è radioattivo se non è soddisfatto dal numero di neutroni nel suo nucleo. Quindi, se vogliamo creare un elemento radioattivo, dobbiamo “forzare” alcuni neutroni o protoni. Tale trasformazione è chiamato trasmutazione e viene eseguita irradiando il materiale con radiazioni, ad esempio, particelle alfa, protoni o neutroni.

Con il decadimento radioattivo, dalla radiazione viene emessa molta energia. Tuttavia, l’energia delle particelle della radiazione non può essere utilizzata direttamente, quindi si lascia che venga assorbita da un materiale che si riscalda. Successivamente si elimina il calore, facendo evaporare l’acqua e quindi producendo elettricità con una turbina a vapore. Si può dire che è solo una centrale elettrica a carbone con un altro modo di riscaldare l’acqua.

Le radiazioni sono talvolta chiamate radiazioni ionizzanti. Questo nome si riferisce alla capacità di estrarre elettroni dalle molecole. Se ciò accade, si forma il cosiddetto radicale libero, che è un tipo di molecola molto reattiva. I radicali liberi all’interno delle cellule del nostro corpo possono quindi reagire con molecole di DNA che trasportano informazioni genetiche. Le cellule hanno molti meccanismi per far fronte a questo fenomeno, ma se tali interventi sono troppi, possono verificarsi cancro o malattie da radiazioni”.