NOTA - REAZIONI NUCLEARI ELEMENTI PER LA RADIOPROTEZIONE

Come tutti probabilmente sanno l’atomo è formata da protoni, di carica positiva, da elettroni, di carica negativa, e da neutroni, che non presentano carica.

I protoni e i neutroni formano il nucleo degli atomi e sono perciò chiamati anche nucleoni, mentre gli elettroni ruotano attorno al nucleo.

Il diverso numero di questi componenti fondamentali dell’atomo permette di classificare gli elementi presenti in natura.

Infatti gli elementi presenti sulla tavola periodica degli elementi sono classificati tramite il loro numero atomico Z, che rappresenta il numero di protoni, e quindi di elettroni, presenti in un atomo di quell’elemento.

Inoltre ogni nucleo è caratterizzato da un numero di massa A che rappresenta il numero di nucleoni, cioè di protoni e neutroni, presenti al suo interno.

Per esempio, un atomo di elio (He) che ha due protoni, due elettroni e due neutroni ha numero atomico Z=2 e numero di massa A=4.

In fisica un elemento K con numero atomico Z e numero di massa A.

In natura esistono elementi che hanno un dato numero atomico, il quale fa si che essi occupino una determinata posizione nella tavola periodica.

Ma se si confronta questo elemento con uno avente uguale numero atomico si può scoprire che il primo elemento ha un numero di massa diverso dal secondo elemento: il primo elemento è quindi un isotopo, cioè è una variante di un elemento chimico che presenta il suo stesso numero di elettroni e di protoni, ma diverso numero di neutroni.

Gli isotopi sono molto importanti all’interno delle reazioni nucleari, poiché sono il loro carburante necessario.

Non tutti gli isotopi sono presenti in natura: alcuni infatti vengono creati in laboratorio tramite tecniche particolari (con laser, con acceleratori di particelle, con metodi elettromagnetici).

Per fare qualche esempio, l’idrogeno (H), che possiede un elettrone e un protone e che è chiamato anche prozio, ha come isotopi il deuterio (D), con Z=1 e A=2, e il trizio (T), con Z=1 e A=3.

Consideriamo il nucleo di un atomo di deuterio, il quale possiede un protone e un neutrone.

Esso ha una massa di 3,3434 x 10⁻²⁷ Kg, mentre la somma delle masse di un neutrone e di un protone è uguale a 3,3473 x 10⁻²⁷ Kg.

Si vede quindi che nella massa del deuterio mancano 0,0039 x 10⁻²⁷ Kg. Questa mancanza di massa può essere spiegata se si considera la formula fondamentale della relatività di Einstein: E=mc².

In questa formula E rappresenta l’energia, m la massa e c la velocità della luce; questa formula teorizza che la massa può essere trasformata in energia e viceversa.

Quindi applicando questa formula alla situazione del deuterio scopriamo che la massa scomparsa si è trasformata in energia dispersa nell’ambiente: questa energia è uguale a 2,22 MeV (eV è una unità di misura dell’energia delle particelle subatomiche. 1 MeV corrisponde a 10⁶ eV, mentre 1 GeV corrisponde a 10⁹ eV).

Questa massa che manca, o difetto di massa, corrisponde all’energia che viene liberata nel corso della formazione del deuterio e l’energia liberata è l’energia di legame del nucleo, cioè è l’energia che occorre fornire al nucleo per separare i nucleoni.

L’energia di legame è quella che viene prodotta nelle reazioni nucleari. Si vedrà più avanti come avvengono nel dettaglio queste reazioni.