La radioattività
Il nucleo atomico
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Struttura atomica
Elementi e isotopi
Decadimento radioattivo
Effetti delle radiazioni
sull’uomo
La radioattività
La radioattività è il fenomeno per cui alcuni nuclei, non stabili, si
trasformano in altri emettendo particelle.
La radioattività è antica quanto l’Universo ed è presente
ovunque: nelle stelle, nella Terra e nei nostri stessi corpi.
Scoperta della radioattività: fine dell’800 ad
opera di Henry Bequerel e dei coniugi Pierre
e Marie Curie, che ricevettero il Premio Nobel
per la Fisica per le loro ricerche nel
1903.
La radioattività
Essi scoprirono che alcuni minerali, contenenti uranio e
radio, avevano la proprietà di impressionare delle lastre
fotografiche poste nelle loro vicinanze. Le lastre
fotografiche, una volta sviluppate, presentavano delle
macchie scure.
Per questa loro proprietà, elementi come l’uranio, il radio e
il polonio (gli ultimi due scoperti proprio da Pierre e Marie
Curie) vennero denominati “attivi” e il fenomeno di
emissione di particelle venne detto radioattività.
L’atomo
La materia che ci circonda (aria, acqua,
terra, oggetti ed esseri viventi) è costituita
da atomi, che a loro volta sono fatti da un
nucleo
estremamente
piccolo,
delle
dimensioni di un Fermi (1 fm = un milione
di miliardi di volte più piccolo di un metro)
e di carica positiva, circondato da una nuvola
di elettroni di carica negativa .
Z protoni
N neutroni
Z elettroni
Il nucleo dell’atomo è costituito dai protoni,
carichi positivamente, e dai neutroni, che
sono invece privi di carica elettrica e perciò
neutri (come dice il loro stesso nome). Il
numero di protoni è uguale al numero di
elettroni, così che l'atomo è elettricamente
neutro.
Quello che cambia da un elemento all’altro è il numero dei protoni
(e quindi degli elettroni) e dei neutroni che l’atomo contiene.
Il numero totale di protoni nel nucleo viene chiamato “numero
atomico” e si indica con la lettera Z. Esso determina di quale
elemento chimico si tratta: così ad esempio l'elemento chimico con
8 protoni è l'ossigeno, quello con 26 protoni è il ferro, quello con
79 protoni è l'oro, quello con 92 protoni è l'uranio e così via.
TAVOLA PERIODICA
DI MENDELEEV
Isotopi
Mentre il numero di protoni di un elemento chimico è fisso
il numero di neutroni può essere variabile. In questo caso
parliamo di “isotopi” di un elemento chimico.
Ad esempio: il ferro presente in natura è costituito da 4
isotopi, tutti con 26 protoni ma con 28, 30, 31 e 32
neutroni rispettivamente.
Gli isotopi presenti in natura sono quasi tutti stabili.
Tuttavia, alcuni isotopi naturali, e quasi tutti gli isotopi
artificiali, presentano nuclei instabili, a causa di un eccesso
di protoni e/o di neutroni.
Cos’è un decadimento radioattivo?
Tale instabilità provoca la trasformazione spontanea in altri
isotopi, e questa trasformazione si accompagna con
l'emissione di particelle. Questi isotopi sono detti isotopi
radioattivi, o anche radioisotopi o anche, radionuclidi.
La trasformazione di un atomo radioattivo porta alla
produzione di un altro atomo, che può essere anch'esso
radioattivo oppure stabile. Essa è chiamata disintegrazione o
decadimento radioattivo.
L'unità di misura della radioattività è il becquerel (Bq).
1 Bq corrisponde a 1 disintegrazione al secondo.
Periodo di dimezzamento
Il tempo medio che occorre aspettare per avere tale
trasformazione può essere estremamente breve o
estremamente lungo. Esso viene detto “vita media” del
radioisotopo e può variare da frazioni di secondo a
miliardi di anni (per esempio, il potassio-40 ha una vita
media di 1.8 miliardi di anni).
Un altro tempo caratteristico di un radioisotopo è il
“tempo di dimezzamento”, ovvero il tempo necessario
affinché la metà degli atomi radioattivi inizialmente
presenti subisca una trasformazione spontanea.
Quali sono gli effetti della
radioattività?
Le radiazioni prodotte dai radioisotopi interagiscono con la
materia con cui vengono a contatto, trasferendovi energia. Tale
apporto di energia, negli organismi viventi, produce una
ionizzazione delle molecole (cioè la produzione di una coppia di
ioni, positivo e negativo, da un atomo elettricamente neutro): da
qui la definizione di radiazioni ionizzanti. La dose di energia
assorbita dalla materia caratterizza questo trasferimento di
energia. Gli effetti possono essere irrilevanti o più o meno
dannosi, a seconda della dose di radiazioni ricevuta e del tipo di
radiazioni.
Es: le radiazioni ultraviolette dei raggi solari, che, per l'uomo, a
piccole dosi sono innocue, ma per esposizioni eccessivamente
prolungate possono provocare colpi di sole o bruciature della
pelle.
La misura della dose
I differenti tipi di radiazioni a seconda della loro natura,
della loro velocità, delle loro dimensioni, possono
trasferire una maggiore o minore quantità di energia ai
tessuti.
Per la misura delle dosi di radiazioni assorbite dall'uomo,
o più precisamente per una misura degli effetti biologici
dovuti alla dose di radiazioni assorbita, é stato
introdotto il concetto di equivalente di dose, che tiene
conto della dannosità più o meno grande, a parità di dose,
dei
vari
tipi
di
radiazioni
ionizzanti.
L'unità
di
misura
é
il
sievert
(simbolo:
Sv).
Esposizione dell’uomo alle radiazioni
Le radiazioni emesse da una sorgente radioattiva vengono
irraggiate nello spazio in tutte le direzioni. Una loro frazione
colpisce il soggetto esposto cedendogli energia.
I danni che esso ne riceve dipendono dall’energia, dal tipo di
radiazione, dagli organi che ne vengono colpiti.
L'uomo può essere esposto alla radioattività in due modi:
• per esposizione esterna, che avviene quando l'individuo si
trova sulla traiettoria delle radiazioni emesse da una
sorgente radioattiva situata all'esterno dell'organismo; si
parla,
in
questo
caso,
di
irradiazione.
ingestione inalazione
• per esposizione interna, che
si verifica quando la sorgente
radioattiva
si
trova
all'interno dell'organismo, a
causa di inalazione
per
respirazione, e/o ingestione,
ovvero
per
introduzione
attraverso una ferita; si
parla, in questo caso, di
contaminazione interna.
esalazione
cute
polmoni
linfonodi
ferita
apparato
gastro
intest.
polmoni
e
liquidi
intercell.
tiroide
..….......
ossa
fegato
feci
reni
urine
L'esposizione esterna cessa quando l'individuo si allontana dalla
sorgente ovvero vengono interposti opportuni schermi tra sorgente e
individuo.
L'esposizione interna cessa quando i radioisotopi respirati o ingeriti
o introdotti attraverso ferite sono completamente rimossi
dall'organismo (ad esempio: con l'urina, le feci, ecc.).
Effetti biologici delle radiazioni
Effetti biologici prodotti dalle radiazioni:
• tipo deterministico, riguardanti il cattivo funzionamento o la
perdita parziale o totale di funzionalità dei tessuti che
compongono i diversi organi;
• tipo stocastico, che portano in tempi molto più lunghi, ad
induzione di tumori e a disordini ereditari.
Le radiazioni interagiscono con la materia; in ultima analisi, ciò
che producono e' chiamato "ionizzazione", cioè la produzione di
una coppia di ioni (positivo e negativo) da un atomo
elettricamente neutro. Alla base di queste interazioni vi è un
trasferimento di energia ai tessuti, i quali reagiscono subendo la
ionizzazione.
Danni da radiazione
E' stato valutato che il danno maggiore che è causato dalle
radiazioni ionizzanti, è quello provocato al DNA, con
conseguente impossibilità di riproduzione cellulare o
modificazione dei geni.
Anche altre strutture vitali, come i cromosomi, possono
essere intaccate dalla ionizzazione dovuta a irraggiamento da
radiazioni; in questo caso, se il danno è irreparabile, la cellula
viene "inattivata".
Altri processi che si possono verificare e che causano una
modificazione del comportamento e della funzione di organi e
tessuto sono, per esempio, la variazione dei meccanismi di
comunicazione tra le cellule.
Altro tipo di processo, su tempi generalmente più lunghi, è la
trasformazione neoplastica, probabilmente risultante da
specifiche modificazioni del DNA, indotte anche da agenti
diversi. Attualmente si riconoscono diverse fasi di
formazione di tessuto canceroso, le prime delle quali non sono
necessariamente manifestazioni maligne. Si passa da una
iniziale variazione di interazione tra una cellula e l'altra, per
arrivare, attraverso ulteriori modificazioni, alla capacità della
cellula di riprodursi in cellule di potenziale maligno. Possono
occorrere diversi anni perché questo tipo di manifestazioni si
rendano visibili. L'intervallo tra l'insorgenza del danno ed il
suo riconoscimento è chiamato tempo di latenza. Questo
processo può avvenire in qualunque tipo di cellula, comprese
quelle germinali, nel qual caso il danno diventa trasmissibile
alle generazioni future, sotto forma di disordini ereditari, in
massima parte lesivi.