Radioattività — decadimento alfa, beta e gamma: equazioni di decadimento, leggi di conservazione (Z e A), potere penetrante, decadimento beta-plus e neutrino, attività e unità Becquerel

Trasformazioni nucleari

La radioattività è il processo con cui un nucleo instabile si trasforma in uno più stabile emettendo particelle o energia. In una reazione nucleare si conservano il numero di massa $A$ e la carica elettrica totale; il numero atomico $Z$ del nucleo può cambiare nei decadimenti beta.

• Alfa: emette $^4_2\mathrm{He}$; $^A_Z\mathrm{X}\rightarrow^{A-4}_{Z-2}\mathrm{Y}+^4_2\mathrm{He}$ perde 2 protoni e 2 neutroni; si ferma con un foglio di carta.
• Beta meno: un neutrone diventa protone, con elettrone e antineutrino; $^A_Z\mathrm{X}\rightarrow^A_{Z+1}\mathrm{Y}+e^-+\bar{\nu}_e$ potere penetrante medio, schermato da alluminio.
• Beta più: un protone diventa neutrone, con positrone e neutrino; $^A_Z\mathrm{X}\rightarrow^A_{Z-1}\mathrm{Y}+e^++\nu_e$.
• Gamma: un nucleo eccitato emette un fotone; $^A_Z\mathrm{X}^*\rightarrow^A_Z\mathrm{X}+\gamma$ non cambia $A$ né $Z$; serve piombo per fermarlo.

Attività ed emivita

L'attività misura i decadimenti al secondo: $R=\left|\frac{\Delta N}{\Delta t}\right|$ e si esprime in Becquerel ($1\ \mathrm{Bq}=1\ \mathrm{decadimento/s}$). L'emivita $T_{1/2}$ è il tempo per ridurre a metà i nuclei. Vale $N(t)=N_0 e^{-\lambda t}$ con $\lambda=\ln(2)/T_{1/2}$. Dopo 3 emivite, da 80 g restano 10 g.