Spettrometria Gamma di RadioIsotopi

In questo post proponiamo l’analisi spettrometrica di alcuni radioisotopi artificiali. Per le misurazioni è stato utilizzato l’apparato DIY descritto nel seguente post : Spettrometria Gamma DIY.

Cesio (¹³⁷Cs)

Il Cesio-137 (Cs-137), o radio cesio è un isotopo radioattivo del cesio che si forma come uno dei più comuni prodotti di fissione dalla fissione nucleare dell’ uranio-235 e altri isotopi fissili nei reattori nucleari e le armi nucleari. E’ tra i più problematici dei prodotti di fissione ad emivita medio-breve perché si diffonde facilmente in natura, a causa della elevata solubilità in acqua dei composti chimici più comuni di cesio. Piccole quantità di cesio-134 e cesio-137 sono state rilasciate nell’ambiente durante quasi tutti i test di armi nucleari e di alcuni incidenti nucleari.

Il Cesio 137 ha un tempo di dimezzamento di circa 30,17 anni. Circa il 95 per cento decade per emissione beta ad un isomero nucleare metastabile di bario: bario-137m (Ba-137m). Il resto popola direttamente lo stato fondamentale di bario-137, che è stabile. Ba-137m ha una emivita di circa 153 secondi ed è responsabile per tutte le emissioni di raggi gamma in campioni di cesio-137. Un grammo di cesio-137 ha una attività di 3.215 terabecquerel (TBq).
L’energia del fotone di Ba-137m è 662 keV.

Sodio (²²Na)

L’isotopo Na-22 decade (nel 99.95% dei casi) con emivita di 2,6 anni, per emissione di positroni o cattura elettronica verso il primo stato eccitato del ²²Ne a 1.274 MeV (il quale successivamente si rilassa per emissione di fotone gamma). I positroni emessi dalla sorgente si annichilano nel materiale che fa da supporto alla sorgente, producendo 2 gamma di energia 0.511 MeV ciascuno, secondo il processo :

e⁺  +  e^– —> 2 γ

I due fotoni gamma a 0.511 MeV vengono emessi a 180 gradi l’uno dall’altro. Questo permette di effettuare misure di correlazione e coincidenza.

Americio (²⁴¹Am)

L‘americio è l’elemento chimico di numero atomico 95. Il suo simbolo è Am. L’americio è un elemento metallico sintetico della famiglia degli attinidi, ottenuto bombardando il plutonio con neutroni. L’emissione alfa dell’Am-241 è circa il triplo di quella del radio. Pochi grammi di Am-241 emettono radiazione gamma intensa che crea seri problemi di esposizione a chi deve maneggiare l’elemento. L’americio può essere prodotto in quantità dell’ordine dei chilogrammi, principalmente sotto forma dell’isotopo Am-241.
Trova applicazioni domestiche in alcuni modelli di rivelatori di fumo, dove viene usato in qualità di sorgente di radiazioni ionizzanti. L’americio è usato per costruire alcuni tipi di parafulmine, grazie proprio a questa capacità di ionizzare l’aria circostante favorendo così il passaggio di corrente. Am-241 è stato anche usato come sorgente portatile di raggi gamma per l’uso in radiografia.

L’americio decade seconda la catena 4n + 1 del Np-237 viene comunemente chiamata “serie nettunio” o “cascata nettunio”. In questa serie, solo due degli isotopi coinvolti si trovano naturalmente, vale a dire gli ultimi due: bismuto-209 e tallio-205. Un rilevatore di fumo contenente americio-241 nella camera di ionizzazione accumula una quantità significativa di nettunio-237 come decadimento dell’americio. I seguenti elementi sono anche presenti, almeno transitoriamente, come prodotti di decadimento del nettunio: attinio, astato, bismuto, francio, piombo, polonio, protoattinio, radio, tallio, torio e uranio. Dato che questa serie è stata studiata solo recentemente, i suoi nuclidi non hanno nomi storici. Una caratteristica unica di questa catena di decadimento è che non include il gas nobile radon, e quindi non vi è la migrazione attraverso la roccia come nelle altre tre catene di disintegrazione. L’energia totale rilasciata dal californio-249 al tallio-205, compresa l’energia persa per neutrini, è 66,8 MeV.

Radio (²²⁶Ra)

Il radio è l’elemento chimico di numero atomico 88. Il suo simbolo è Ra. La parola radioattività deriva proprio dal nome di questo elemento (per ragioni storiche) anche se non è l’elemento con la maggior radioattività conosciuto. Di colore bianco, annerisce per esposizione all’aria. È un metallo alcalino-terroso presente in tracce nei minerali dell’uranio. Il suo isotopo più stabile, ²²⁶Ra, ha un’emivita di 1602 anni e decade in radon.

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