Isotopi radioattivi: usi

Gli isotopi radioattivi sono isotopi instabili di alcuni elementi in cui il nucleo instabile si trasforma in quello di un atomo più stabile

Alla fine dell’800 scienziati quali Becquerel e Marie e Pierre Curie scoprirono che talune specie erano in grado di emettere radiazioni penetranti e questi ultimi diedero al fenomeno il nome di radioattività.

Negli ultimi 100 anni la chimica nucleare è entrata nella nostra vita apportando mutamenti epocali.

I danni prodotti dalla radioattività sono noti a tutti:

• bombe di Hiroschima e Nagasaki
• disastro della centrale di Chernobyl
• recente emergenza nucleare dovuta alla centrale di Fukushima.

Tutti ormai sanno che l’assorbimento di radiazioni produce effetti lesivi sull’organismo con danni gravi, irreversibili e talvolta letali.

Gli isotopi radioattivi, tuttavia, sono anche usati per i loro effetti positivi nei campi più svariati: dalla medicina, all’agricoltura, industria, fino a quello dell’archeologia.

Isotopi radioattivi di uso comune

Iodio 131

In campo medico già nel 1941 fu usato lo iodio 131 nel trattamento dell’ipertiroidismo nella sindrome di Graves.
Nella diagnostica per immagini queste sono ottenute per mezzo delle radiazioni emesse da radiofarmaci distribuiti nell’organismo.

I radiofarmaci sono selezionati in modo che si concentrino nell’organo oggetto di studio o che si comportino come tracciante di una particolare funzione biologica. Con questa metodologia si ottengono le scintigrafie che presentano un ampio campo di applicazione. Esse infatti  consentono di studiare numerose funzioni fisiologiche e loro eventuali alterazioni.

Oltre che nel campo diagnostico la medicina nucleare è usata anche quale terapia.

Oltre che il già citato iodio 131 usato in campo endocrinologico, è utilizzato:

• il radiofosforo in campo ematologico
•  i radiocolloidi sia in campo reumatologico per la terapia della sinovite cronica da artrite reumatoide che in campo oncologico.

Fosforo 32

Nell’agricoltura il fosforo 32 è utilizzato per studiare il metabolismo delle piante. Una soluzione di fosfato, contenente l’isotopo ³²P è iniettata nella pianta la quale lo utilizza come nel caso pel fosforo 31, l’isotopo più comune del fosforo non radioattivo.

Un contatore Geiger è usato per tracciare il movimento del fosforo 32 all’interno della pianta in modo da poter studiare come le piante utilizzano l’elemento per crescere e riprodursi. Lo zolfo 35 è anch’esso usato in campo agricolo per studiare vantaggi e svantaggi dei fungicidi.

I raggi γ sono usati per uccidere i batteri presenti negli alimenti aumentandone la loro conservabilità e riducendone le infestazioni parassitarie.
In campo industriale risulta utile un rivelatore di fumo prodotti da una combustione indesiderata.

Un rivelatore di fumo a ionizzazione è costituito da due elettrodi a cui è applicata una ddp e che sono posti vicino a una sorgente radioattiva che ionizza l’aria circostante e quindi tra i due elettrodi scorre una corrente elettrica debole e costante.

La specie radioattiva è l’americio 241 è in grado di emettere particelle α più di altri elementi. Il fumo assorbe le particelle α e quindi la corrente elettrica diminuisce e la diminuzione rilevata fa scattare l’allarme.

Carbonio 14

Gli isotopi radioattivi e in particolare il Carbonio 14 sono usati per la datazione dei reperti archeologici.

Il fatto che la concentrazione di ¹⁴₆C sia rimasta presumibilmente stazionaria nel corso degli ultimi 50.000-100.000 anni fornisce infatti la base di un metodo messo a punto dal chimico statunitense W.F. Libby tra il 1945 e il 1955 per datare campioni di materiale organico.

Infatti un tessuto vivente come, ad esempio una pianta, che produce il materiale organico come, nella fattispecie il legno, è in equilibrio con l’atmosfera durante la sua vita e quindi il legno contiene una certa concentrazione di ¹⁴₆C corrispondente a quella della CO₂ utilizzata dalla pianta per sintetizzarlo.

Morta la pianta, cessano gli scambi gassosi e la concentrazione di ¹⁴₆C va continuamente decrescendo a causa del suo decadimento: per esempio i campioni di petrolio sono assolutamente privi di ¹⁴₆C in quanto formulati in ere geologiche così lontane che tutto il ¹⁴₆C in essi contenuto è, nel frattempo, decaduto.

Tempo di dimezzamento degli isotopi radioattivi

 La concentrazione di¹⁴₆C decresce secondo la legge

N = N_oe^-0.693(t/T)

dove T, tempo di dimezzamento del ¹⁴₆C corrisponde a 5730 anni. Misurando con contatori molto sensibili il numero N di atomi di carbonio contenuti in ogni grammo di carbonio del reperto che si intende datare, e assumendo che il loro numero iniziale N_o fosse uguale al numero di atomi di ¹⁴₆C contenuti in ogni grammo di C che si trova negli organismi attuali, assumendo cioè che il flusso dei raggi cosmici sia rimasto invariato, è possibile calcolare t, ovvero l’età del reperto.

Per esempio un manufatto ligneo datato 5000 anni contiene una quantità di carbonio pari a circa la metà di quella iniziale dal momento che l’età dell’oggetto è vicina a quella di dimezzamento del ¹⁴₆C. L’applicabilità del metodo di datazione con il radiocarbonio, che ha importanti riflessi storici e archeologici, si estende a un massimo di 20.000-25.000 anni.