Luigi è un insegnante:
Gentile collega, mi scuso per l'intromissione, ma vorrei chiederti un chiarimento sul decadimento del carbonio-14 che sto spiegando ai miei alunni di liceo classico. Essendo di tipo β–, un neutrone del C-14 diviene protone e si libera anche un elettrone (trascurando l'antineutrino). Si ha così N-14 che, non essendo uno ione, dovrà anche avere 7 elettroni e non 6 come in C. Pertanto l'elettrone liberato dovrebbe finire sull'atomo di azoto. Allora mi domando come si fa a rilevare la radiazione β del C-14 se tale radiazione viene catturata dal nuovo nucleo; ossia: cosa viene realmente rilevato quando si fa la datazione con il carbonio-14?
Ecco la mia risposta:
Nessuna intromissione, anzi! Questo spazio è rivolto in primo luogo alla scuola secondaria, essendo io stesso un insegnante in questo ordine di scuola. Ed è rivolto a tutte le sue componenti, non soltanto agli studenti. Gli stimoli provenienti dagli insegnanti non possono che essere bene accetti.
Venendo al merito, si tratta di una questione che può facilmente indurre una certa confusione. Forse il modo migliore per chiarirsi le idee è confrontare l'energia tipica di un elettrone emesso per decadimento β con quella di ionizzazione, cioè con l'energia di legame fra un elettrone e il nucleo dell'atomo a cui appartiene.
La prima energia è dell'ordine di pochi MeV, con 1 MeV = 106 eV = 1,6·10–13 J. L'energia di ionizzazione varia molto da atomo ad atomo e anche in base al livello energetico a cui ci si riferisce, ma supera di rado le poche centinaia di elettronvolt. Poiché 1 MeV è un milione di elettronvolt, si vede subito che le due energie hanno ordini di grandezza molto diversi.
La conseguenza di questa analisi è che l'elettrone osservato nel decadimento β è effettivamente l'elettrone creato dal decadimento di un neutrone nucleare e liberato dal nucleo. La sua energia cinetica è molto più grande di quella necessaria a sfuggire all'attrazione coulombiana del nucleo. L'atomo N-14 che risulta dal decadimento del C-14 si trova inizialmente in uno stato ionizzato; anche se questa condizione ha durata per lo più breve, in seguito all'interazione con gli ioni normalmente presenti nell'ambiente circostante.
Spero di avere fornito una risposta esauriente, che le sia utile nel lavoro didattico con i suoi studenti.