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Un importante passo avanti nella conoscenza dei fenomeni radioattivi si ebbe quando i fisici atomici, dopo aver raggiunto, con l’elaborazione della meccanica quantistica, una soddisfacente teoria dei moti delle particelle che compongono l’edificio atomico, si rivolsero allo studio delle caratteristiche del nucleo, cominciando a elaborare una fisica nucleare.
La prima reazione nucleare artificiale (trasmutazione di nuclei stabili) fu ottenuta da Rutherford nel 1919. Egli si servì delle particelle a emesse dal Po214 per disintegrare alcuni nuclei di azoto secondo lo schema:
7N14 + 2He4 ®8O17 + 1H1 + Q
Per interazione di una particella a con un nucleo di azoto si forma un isotopo dell’ossigeno e un atomo di idrogeno. Q, l’energia della reazione nucleare., è negativo, quindi è necessario un contributo energetico pari almeno al valore assoluto di Q, contributo che verrà fornito dall’energia cinetica delle particelle a incidenti sull’azoto. La reazione può essere espressa anche nella forma sintetica 7N14(a , p) 8O17 , utilizzando per l’elio e per l’idrogeno la notazione a e p in luogo dell’atomica 2He4 e 1H1 . Oltre al processo (a , p) esistono molte altre reazioni nucleari che possono mutare un nucleo stabile in un altro:
| Z,A iniziali | Reazione | Z,A finali |
Z,A Z,A Z,A Z,A Z,A Z,A |
(a , p) (a , n) (n, g ) (n, p) (n, a ) (g , n) |
Z+1, A+3 Z+2, A+3 Z, A+1 Z-1, A Z-2, A-1 Z, A-1 |
Fu però solo dopo i lavori dei coniugi Frédéric Joliot e Iréne Curie, genero e nipote della grande Marie Curie, che si capì come fosse possibile trasformare un elemento stabile in uno radioattivo.
Nel 1934 essi scoprirono infatti la possibilità di produrre con mezzi artificiali la radioattività (un nuclide radioattivo) partendo da elementi normalmente non radioattivi. Esponendo per esempio una certa quantità di alluminio (non radioattivo) ai raggi della più forte sorgente radioattiva disponibile allora al mondo (raggi alfa), i Joliot-Curie avevano visto l’alluminio (13Al27) trasformarsi in una sostanza radioattiva che non esisteva in natura: un isotopo del fosforo (15P30), elemento simile all’alluminio.