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Elettromagnetiche e particellari: Space Risks
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Bene, questo è un campo assai delicato e complesso che richiede, per essere ben sviluppato, competenze tecniche precise e io non sono un esperto tecnico di radiazioni.
Eviterò quindi di divulgare informazioni parziali e discutibili e mi limiterò a una visione generale senza entrare troppo nello specifico (perché ce ne sarebbe…), per poter dare un quadro che si integri con gli altri tre episodi di questa parentesi su Magnetosfera e Fasce di Van Allen (Sole e Meteo Spaziale, Riconnessione magnetica, Flares e Cme), poiché ciò che mi preme è arrivare finalmente alla spettacolare Aurora.
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“Radiazioni”, che gran confusione
Tra i tanti argomenti fonte di confusione nei non esperti, c’è anche quello di queste benedette radiazioni: un termine vago che da solo non spiega un bel niente.
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Per iniziare è importante dire che la radioattività è un fenomeno naturale. Qualsiasi cosa sulla Terra, inclusi i nostri corpi, contiene una certa percentuale di elementi radioattivi.
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“Radiazione di fondo” è chiamata la radiazione ionizzante naturale sulla Terra, le cui principali fonti sono i raggi cosmici e il decadimento degli isotopi radioattivi.
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Innanzitutto, quante radiazioni ci “colpiscono” quotidianamente sulla Terra?
Siamo attraversati in ogni momento dallo sciame secondario di Raggi cosmici sulla superficie della Terra…
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…oltre che da particelle solari..
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Le particelle dei raggi cosmici attraversano i nostri corpi a centinaia ogni secondo…
Addirittura il nostro stesso corpo emana radiazioni Infrarosse; la Terra stessa emana radiazioni, dalle rocce e dal sottosuolo (telluriche).
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Non si trovano quindi solo dove si fanno le lastre o nelle centrali nucleari o nelle Fasce di Van Allen
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La pericolosità, al di là del tipo di radiazione e della quantità, sta nel tempo di esposizione.
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In qualunque luogo della Terra, noi riceviamo una dose quotidiana di radiazione ambientale che arriva fino a massimo 360 millirem ALL’ANNO (4-5 radiografie toraciche, 3.6 milliSievert), ed è indipendente dalla nostra volontà.
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Sulla Terra esiste ovunque il fenomeno della radioattività naturale che causa in media un’esposizione di 2,4 mSv L’ANNO (3,3 mSv per l’Italia; 6,2 per gli USA; mSv sono milliSievert – Marco Zambianchi)
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Rem e MilliSievert! Qualche riferimento.
REM = Roentgen Equivalent Man (si usa solo per radiazioni X e gamma)
mSv = milliSieverts (dose biologica equivalente, dice non solo quante radiazioni una persona ha ricevuto, ma anche quanto danno quel particolare tipo di radiazione può infliggere – M. Zambianchi)
- radioattività naturale annua sulla Terra:
— Italia 3,3 mSv (4-5 radiografie toraciche)
— USA 6,2 mSv - irraggiamento durante 3 radiografie al petto 1 mSv
- irraggiamento durante 1 singola radiografia al petto 0,01 REM
- dose giornaliera mortale = 500 REM = 5 Sv (sievert)
- un uomo in 1 anno può assorbire fino a 50 REM
Chiaramente la radiazione ionizzante viene anche prodotta artificialmente usando tubi a raggi X, acceleratori di particelle, e uno qualsiasi dei vari metodi con i quali vengono prodotti artificialmente i radioisotopi. (Simona Romaniello)
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Cos’è una radiazione?
È semplicemente l’energia emessa da una sostanza o un corpo sotto forma di:
- onde (energia ondulatoria)
- corpuscoli (energia corpuscolare, associata all’emissione di particelle alfa o beta)
La radioattività è il fenomeno per cui alcuni nuclei instabili si trasformano spontaneamente in altri, emettendo particelle (INFN Gran Sasso).
Qualunque corpo con una temperatura > allo Zero assoluto emette ad esempio radiazione Infrarossa IR.
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Altro sinonimo di radioattività? Il decadimento radioattivo dei “radioisotopi” (o radionuclìdi)
I “radioisotopi” o “isotopi radioattivi” sono dei nuclei atomici instabili (cioè con troppi protoni e/o neutroni – alcuni isotopi naturali e quasi tutti quelli artificiali sono instabili)…
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… che decadono/si decompongono emettendo energia sottoforma di radiazioni (alfa, beta, gamma), per poter raggiungere uno stato “stabile” trasformandosi, in uno o più passaggi, in altri isotopi.
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Il tempo medio (“vita media”) di tali trasformazioni può essere estremamente breve o estremamente lungo, variando da frazioni di secondo a miliardi di anni (potassio-40 ha vita media 1,8 miliardi di anni)
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In ogni caso, tutti gli elementi della Tavola Periodica che hanno un numero superiore ad 84 sono estremamente radioattivi.
Quindi sono 2 i tipi di radiazione!
Radiazione elettromagnetica è radiazione “ondulatoria” relativa a campi elettromagnetici che si propagano nello spazio.
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Radiazione particellare è radiazione “corpuscolare” dovuta alle collisioni di particelle ad alta energia con altre particelle o corpi neutri (come succede ad esempio nelle eruzioni di massa coronale).
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Non tutta la radiazione è letale: “quando” una radiazione diventa pericolosa?
Dipende dall’energia che essa veicola. Radio, Microonde, Infrarossi, luce Visibile e la componente UV-A NON sono radiazioni ionizzanti
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Parentesi flash Smartphone:
le radiazioni a radiofrequenze (RFR), che comprendono le onde radio e le microonde, corrispondono a 30 kHz – 300 GHz dello spettro elettromagnetico. Esse hanno sufficiente energia per spostare gli atomi in una molecola, ma NON abbastanza per ionizzarli (ovvero per dividere gli elettroni).
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Queste radiazioni hanno come conseguenza più evidente il riscaldamento dei tessuti corporei, se a contatto per tempi sufficienti con il corpo, e sono oggetto di attenta e costante ricerca per eventuali effetti negativi sull’organismo umano, di cui ancora non esistono riscontri.
La radiazione diventa pericolosa e letale quando è ionizzante!
La radiazione ionizzante è la radiazione che trasporta abbastanza energia da liberare elettroni da atomi o molecole, ionizzandoli. Elevata energia che produce o facilita la ionizzazione, la quale strappa o aggiunge elettroni agli atomi o molecole, causando danni ai tessuti biologici.
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Ionizzazione è la generazione di 1 o più ioni, grazie alla rimozione o addizione di elettroni da una entità molecolare neutra (atomo o molecola). Ciò avviene per collisione tra particelle (radiazione corpuscolare) o per assorbimento di radiazioni ondulatorie.
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Le radiazioni ionizzanti producono effetti/danni sull’individuo (Space Risks) sia:
- direttamente/immediatamente, colpendo la cellula, ad esempio con lesioni della cute, dell’apparato digerente, alterazioni delle cellule del sangue
- indirettamente, ionizzando l’acqua, la quale a sua volta genera dei radicali liberi che attaccano il bersaglio cellulare; effetti tardivi come tumori, ereditari come sterilità, da irradiazione dell’embrione e del feto con malformazioni
(Ufficio scolastico per la Lombardia, Brescia)
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Da cosa è causata la ionizzazione?
Esistono molte cause di ionizzazione, tra le quali, oltre a quelle chimiche, appunto:
- interazione con radiazioni elettromagnetiche (assorbimento di radiazioni visibile, UV, X, Gamma, che sono le componenti ionizzanti)
- urto con particelle cariche (elettroni, ioni, nuclei atomici, collisioni nucleari, radiazione corpuscolare)
- agitazione termica (elevato innalzamento delle temperature,come avviene nelle stelle, nei laboratori di fisica o nell’industria: come idea si parla di plasmi freddi, quelli che raggiungono temperature tra 500 e 800°C, mentre i plasmi caldi intorno ai 10.000°C)
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Per capirci, il caso più diffuso ed universale di ionizzazione è il plasma, il 4° stato della materia, dovunque presente nel Cosmo…
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…gas ionizzato costituito da protoni + (ioni) ed elettroni – slegati tra loro e che si muovono a velocità pazzesche, e globalmente neutro (la carica elettrica totale è nulla).
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Dicevo, 2 sono i tipi di radiazioni:
– quelle elettromagnetiche
che sono onde di varia lunghezza e intensità, differenziate nello spettro in:
— Radio (che consentono le telecomunicazioni in generale)
— Microonde (che consentono le comunicazioni satellitari)
— InfraRossi (la componente termica che ha anche varie applicazioni tecniche)
— Luce Visibile (la sezione più minuscola, grazie alla quale “vediamo” il mondo)
— UltraVioletti (la componente meno dannosa – UVA – è quella che ci “abbronza” la pelle, ma con le dovute precauzioni)
A partire dalle UV-B fino alle Gamma si tratta di radiazioni ionizzanti quindi nocive alla salute per l’alto potere penetrante.
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— UltraVioletti (le componenti più pericolose e ionizzanti – UVB, UVC – sono usate in medicina, nella ricerca, nell’industria manufatturiera e nell’edilizia, sempre con adeguate protezioni)
— X (raggi ionizzanti usati in medicina, nella ricerca, nell’industria manufatturiera e nell’edilizia, sempre con adeguate protezioni)
— Gamma (raggi ionizzanti usati in medicina,nella ricerca, nell’industria manufatturiera e nell’edilizia, sempre con adeguate protezioni)
![](https://i0.wp.com/www.blogparsec.it/wp-content/uploads/2020/04/radiazioni-ionizzanti.jpg?fit=672%2C425)
– quelle particellari
cioè una gamma differenziata di particelle corpuscolari ad alta energia che provocano radiazioni nell’avvicinamento…
…o scontro/collisione con altre particelle.
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Da alcuni di questi scontri deriva un fenomeno che è assai famoso, scopo di questa serie di post.
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Dirai tu a questo punto: “vabbè, cosa vuoi che facciano qualche milione di queste particelle che tra l’altro sono pure invisibili e impalpabili…!”
Qualche esempio particolare e meno conosciuto di queste radiazioni:
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- i raggi UV provenienti dal Sole (radiazioni solari)
- la radiazione tellurica del gas Radon (prodotto dal decadimento dell’Uranio-238 e del Torio-232, che si trovano in moltissimi materiali, soprattutto nelle rocce)
- poco conosciuti i “muoni” , raggi gamma provenienti dal Sole
- poche persone hanno sentito parlare di radiazioni telluriche generate direttamente dal terreno come:
- il Radio-226
- il Polonio-210 (decadimenti di Uranio e Torio)
- lo Stronzio-87
- il Cesio-133
- e il Potassio-40 (presente nel nostro corpo e in generale nella materia biologica, nei cibi, nella crosta terrestre e nell’acqua di mare. Per esempio, nel corpo umano si hanno circa 5.000 decadimenti di 40K al secondo)
(UTC e LNGS)
… e una segnalazione eloquente per risponderti:
![](https://i0.wp.com/www.blogparsec.it/wp-content/uploads/2020/04/terrore-2.jpg?resize=512%2C512)
La radioattività conseguente al decadimento dell’Uranio-238 e del Torio-232 , presenti nel mantello terrestre spesso quasi 3.000 km, su cui poggia la sottile crosta che noi calpestiamo, è molto probabilmente la responsabile di buona parte del calore sprigionato dalle viscere della Terra e quindi dell’energia che alimenta vulcani, terremoti e il campo magnetico terrestre.
![](https://i0.wp.com/www.blogparsec.it/wp-content/uploads/2020/04/11_Terra_UranioTorio.jpg?resize=590%2C332)
Radiazioni particellari: di che tipo di particelle si tratta?
Le particelle subatomiche (più piccole dell’atomo) ionizzanti più comuni comprendono:
- le particelle alfa (nuclei di Elio) – α
- le particelle beta (elettroni-) – β
- i neutroni (neutroni liberi) – n
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Nell’immagine sopra c’è la radiazione Gamma – γ, il fotone, che è un’onda elettromagnetica:
– è priva di carica elettrica e ha natura ondulatoria come la luce
– nei decadimenti alfa e beta il nucleo di partenza si trasforma in altro nucleo più stabile e nel farlo emette particelle.
– nel decadimento gamma, invece, il nucleo non si trasforma, bensì passa semplicemente in uno stato di energia inferiore ed emette un fotone. questo decadimento o radiazione di solito accompagna una radiazione alfa o una beta (INFN).
Qual è il loro potere penetrante?
- radiazione o decadimento ALFA (nuclei di Elio), basso:
può essere infatti bloccata da pochi cm di aria o da un foglio di carta o una mano
- radiazione o decadimento BETA (elettroni -), medio:
percorre qualche metro nell’aria; può essere bloccata da un foglio di alluminio o da un grosso pezzo di legno
![](https://i0.wp.com/www.blogparsec.it/wp-content/uploads/2020/04/decadimenti-1.jpg?resize=325%2C214)
- radiazione o decadimento GAMMA (fotoni ad alta energia), alto:
può arrivare a centinai a di metri nell’aria, in base all’energia; per bloccare questa radiazione particellare occorrono diversi centimetri di piombo oppure innovativi sistemi di radioprotezione
![](https://i0.wp.com/www.blogparsec.it/wp-content/uploads/2020/04/schermature.jpg?resize=672%2C482)
- radiazione di NEUTRONI (n) costituiti da neutroni liberi:
è bloccata da elementi leggeri, come l’idrogeno, che li rallenta e/o li cattura, così come un forte spessore di cemento, acqua o paraffina
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Ci sono poi anche i raggi cosmici galattici che consistono in nuclei carichi energetici come protoni +, nuclei di elio, e ioni.
![](https://i0.wp.com/www.blogparsec.it/wp-content/uploads/2020/04/raggicosmici_base2-2.jpg?resize=468%2C631)
Altre particelle subatomiche ionizzanti che esistono naturalmente sono:
- i muoni – μ
- i mesoni – η
- i positroni – e+
- e ulteriori particelle che costituiscono i raggi cosmici secondari, quelli che si ottengono dopo lo scontro dei raggi cosmici con l’atmosfera.
![](https://i0.wp.com/www.blogparsec.it/wp-content/uploads/2020/04/raggicosmici_tabellasimboli.jpg?resize=196%2C248)
In che modo sono pericolose queste particelle energetiche? Space Risks
Le radiazioni spaziali passano attraverso la materia e penetrano nel corpo umano. Le particelle energetiche colpiscono i tessuti viventi, compromettendo la normale funzione delle cellule e persino uccidendole. Il danno da radiazioni al corpo umano si estende a: cervello, cuore e sistema nervoso centrale.
![](https://i1.wp.com/www.blogparsec.it/wp-content/uploads/2020/04/rischiSpaziali_creditESA-1.jpg?fit=672%2C672)
Malattie degenerative come cancro e tumori possono essere provocate quando i protoni solari ultraenergetici colpiscono i tessuti del corpo umano con tale violenza che un elettrone può essere espulso da un atomo di una cellula, disintegrando la cellula.
![](https://i0.wp.com/www.blogparsec.it/wp-content/uploads/2020/04/ionization_gross.jpg?resize=633%2C417)
Spero che anche questo episodio ti abbia affascinato, fa infatti parte di una serie i cui riferimenti trovi qui sotto, che serve a dare un quadro panoramico per comprendere meglio il fenomeno fantastico e mozzafiato delle Aurore.
Arrivederci al prossimo, a breve.
La serie completa “In a nutshell” about Aurora
Link utili:
– Radioattività terrestre responsabile del calore interno della Terra, INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
– Radioattività, INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso LNGS
– le Radiazioni, di Marco Zambianchi
– Radiazioni e Fasce di Van Allen, di Simona Romaniello
– Rischi fisici delle radiazioni, Ufficio scolastico per la Lombardia, Brescia
effetti immediati e posticipati sul corpo umano
– Rischi spaziali, ESA
– Radiazioni naturali, Unione Tutela Consumatori
– CERN Consiglio Europeo per la Ricerca Nucleare
– “Rivelatori di Particelle”, lezione a slide di Riccardo Paramatti, Università Sapienza e INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Masterclass 2018
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