Decadimento alfa

Decadimento alfa Forma di radioattività che consiste nell’emissione di una particella alfa da parte di un nucleo instabile. Questa, costituita da due protoni e due neutroni, è sostanzialmente un nucleo di elio. Il decadimento trasforma un nucleo padre, di numero atomico Z e numero di massa A, in due frammenti, di cui uno, detto nucleo figlio, con numero atomico Z-2 e numero di massa A-4, e l’altro, la particella alfa, con numero atomico 2 e numero di massa 4. Ad esempio, il radio 226 decade producendo un nucleo di radon 222 e una particella alfa, secondo la reazione: ²²⁶Ra → ²²²Rn + a.

Il tempo di dimezzamento di questa reazione è di circa 1.600 anni (dopo 1.600 anni, un campione di radio risulta decaduto per metà); l’energia liberata, di 4,8 MeV.

Il decadimento alfa interessa numerosi nuclidi tra quelli più pesanti del piombo (Z > 82). Solo per nuclei così pesanti, infatti, la scissione è conveniente dal punto di vista energetico. Più precisamente, la condizione necessaria perché il decadimento si verifichi è che la somma delle masse dei prodotti sia minore della massa del nucleo padre; la differenza tra le masse viene convertita in energia e liberata nel corso del decadimento sotto forma di energia cinetica dei prodotti (in realtà la particella alfa, che è molto più leggera del nucleo figlio, si porta via il 98% dell’energia disponibile).

La maggior parte degli emettitori alfa appartengono alle quattro serie radioattive, le famiglie di radionuclidi che si trasformano l’uno nell’altro attraverso decadimenti radioattivi successivi.

Il decadimento alfa si può considerare un tipico esempio di effetto tunnel quantistico. La teoria che ne spiega il meccanismo fu formulata nel 1928 da George Gamow e discende dall’ipotesi che la particella alfa esista preformata nel nucleo padre ancora prima del decadimento.

Secondo la teoria, la particella, all’interno del nucleo, si trova in quella che viene definita una buca di potenziale, una sorta di trappola energetica delimitata da una parete altissima che si innalza in corrispondenza della superficie del nucleo. Questa parete, definita “barriera di potenziale”, corrisponde fisicamente all’attrazione esercitata sulla particella dagli altri costituenti del nucleo, attrazione che impedisce la fuoriuscita dal nucleo. Al di là della barriera agisce la forza di repulsione coulombiana, che di per sé tenderebbe a favorire l’allontanamento della particella alfa dal nucleo; ma bisogna prima superare la barriera. L’unico meccanismo capace di spiegare il superamento della barriera di potenziale da parte della particella alfa è, appunto, l’effetto tunnel.

Se analizzato dal punto di vista classico, il decadimento alfa non trova invece alcuna spiegazione: secondo le leggi della meccanica newtoniana, infatti, se una particella non ha energia sufficiente, non è possibile che vinca le forze di attrazione nucleare esercitate su di essa dagli altri nucleoni.