Emivita (fisica)
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L'emivita (o tempo di dimezzamento) di un isotopo radioattivo è definita come il tempo occorrente perché la metà degli atomi di un campione puro dell'isotopo decadano in un altro elemento. L'emivita è una misura della stabilità di un isotopo: più breve è l'emivita, meno stabile è l'atomo. Il decadimento di un atomo viene detto spontaneo in quanto è possibile determinare la probabilità di decadimento, ma non si può predire quando un determinato atomo decadrà.
(Si veda l'ultima sezione dell'articolo per la generalizzazione del concetto di emivita in altre materie scientifiche)
Tutti gli atomi di una data sostanza radioattiva hanno la stessa probabilità di disintegrarsi in un dato tempo, di modo che un campione apprezzabile di materiale radioattivo, contenente milioni di atomi, subisca un cambiamento o una disintegrazione, con un tasso costante. Questo tasso con cui il materiale si trasforma è espresso in termini di emivita, il tempo richiesto per la disintegrazione di metà degli atomi inizialmente presenti. Questo tempo è costante per ogni dato isotopo.
L'emivita dei materiali radioattivi varia da frazioni di secondo per i più instabili, fino a miliardi di anni per quelli che sono solo leggermente instabili. Il decadimento si dice avvenga da un nucleo genitore che produce un nucleo figlio. Il decadimento può produrre particelle alfa, particelle beta e neutrini. Raggi gamma possono essere prodotti al termine dell'eccitazione del nucleo, ma questo avviene solo dopo che il decadimento alfa o beta ha avuto luogo. Il decadimento radioattivo risulta in una perdita di massa, che viene convertita in energia (energia di disintegrazione) secondo la formula E = mc2. Spesso il nucleo figlio è anch'esso radioattivo, e così via lungo una linea di varie generazioni successive di nuclei, fino al raggiungimento di un nucleo stabile. Nella tabella seguente sono mostrate le tre serie di decadimento riscontrabili in natura:
| Serie | Isotopo di partenza | Emivita (in anni) | Isotopo stabile finale |
|---|---|---|---|
| Radio | Uranio-238 | 4,47 × 109 | Piombo-206 |
| Attinio | Uranio-235 | 7,04 × 108 | Piombo-207 |
| Torio | Torio-232 | 1,41 × 1010 | Piombo-208 |
Nota: esistono altri isotopi radioattivi naturali (come il Carbonio-14) ma non fanno parte di una serie.
[modifica] Altre applicazioni del concetto di emivita
Il concetto di emivita non è ristretto solo al decadimento dei nuclei radioattivi. La regola è utile in molti processi nei quali il tasso di cambiamento delle proprietà di un sistema dipendono da questa proprietà. In alcune reazioni chimiche, il tasso della reazione dipende dalla concentrazione di un particolare reagente. Durante lo sviluppo della reazione questa concentrazione diminuisce, causando una diminuzione conseguente del tasso di reazione. Si scopre così che il tempo occorrente per dimezzare il tasso della reazione è costante, se il reagente è di primo ordine rispettivamente al tasso. Le reazioni catalizzate da enzimi ricadono in questa categoria.
