ràggio

Lessico

sm. [sec. XIII; latino radíus].

1) Ciascuna delle linee rette lungo le quali sembrano propagarsi da un corpo luminoso, specialmente celeste, la luce, il calore e simili: i del Sole, delle stelle; un pallido di luna; esporsi ai solari; “l'alba rideva, e parea ch'ella / tutti i raggi del sole avesse intorno” (Tasso). Con senso più strettamente scientifico, in fisica, direzione di propagazione dell'energia corrispondente a una data radiazione, in particolare elettromagnetica; spesso anche inteso nel senso di radiazione. In quest'ultimo senso, per i raggi ultravioletti, anche in astronomia, vedi ultravioletto, per i raggi infrarossi, anche in astronomia, vedi infrarosso, per i raggi X, vedi oltre, per i raggi gamma, vedi oltre. Per i raggi X in astronomia, vedi X, raggi; per i raggi gamma in astronomia, vedi gamma.

2) Con valore assol., il Sole, la sua luce, la luce del giorno: svegliarsi ai primi . Per estensione, luce improvvisa e di breve durata, sprazzo: un di luce entrò nella stanza; fig., irradiazione di luce spirituale, illuminazione improvvisa: un di speranza, di bontà.

3) In geometria, ciascuno dei segmenti, tutti uguali fra loro, che congiungono i punti di una circonferenza o di una sfera con i rispettivi centri. Seguito da altra determinazione assume diversi significati: A) di curvatura di una curva è il reciproco della curvatura della curva in un suo punto; raggio di curvatura di una superficie in un punto è il raggio di curvatura di una sezione piana della superficie in quel punto. B) vettore, in un sistema di coordinate polari è il vettore OP congiungente il polo O con un punto P qualsiasi del piano. C) Trasformazione per vettori reciproci, è sinonimo di inversione.

4) Con accezioni analogiche: A) in fisica atomica, di Bohr, il raggio dell'orbita dell'elettrone dell'atomo di idrogeno più prossima al nucleo. B) Negli autoveicoli, di sterzatura, quello del cerchio descritto dalla ruota direttrice esterna del veicolo quando gira su se stessa con volante ruotato al massimo; un piccolo raggio di sterzatura indica che un'auto può facilmente manovrare in aree ristrette. C) In astronomia, nell'orbita di un corpo celeste attorno a un altro, segmento che congiunge i centri di massa dei due corpi. D) In idraulica si definisce idraulico il rapporto tra l'area della sezione trasversale di una corrente liquida e il suo perimetro. Negli impianti idrici è un parametro che viene introdotto nel caso di condotte o canali non circolari per dare una dimensione lineare, idraulicamente significativa, sostitutiva del diametro.

5) Per estensione, zona circostante un determinato punto di riferimento: non si trovava una fontana nel di dieci chilometri. In particolare, riferito a un mezzo di trasporto, d'azione, la distanza massima percorribile in modo da poter ritornare al punto di partenza senza rifornirsi di combustibile o carburante. Nell'uso militare: d'azione di un proiettile, di una bomba ecc., la distanza massima a cui arriva l'efficacia del proiettile o delle schegge della bomba. Fig., spazio circoscritto entro cui sono riscontrabili l'efficacia di un'azione, l'influenza, la potenza di qualcuno o di qualche cosa: l'organizzazione ha un vasto d'azione. Nelle loc.: a largo , su vasto , su una vasta zona di ricerca.

6) Qualsiasi elemento che, come il raggio di una circonferenza o di una sfera, partendo da un centro vada irraggiandosi verso l'esterno. In particolare: A) asticella metallica (di legno nei carri), di piccola sezione, che collega il mozzo al cerchione nelle ruote dei veicoli. B) Al pl., ant., lancette dell'orologio. C) In selenologia, particolari formazioni di colore chiaro, presumibilmente costituite da depositi superficiali, particolarmente evidenti durante le fasi di Luna piena; i raggi si dipartono da alcuni dei maggiori crateri quali Copernicus e Tycho. D) In anatomia, midollare, lo stesso che piramide renale del Ferrein. E) In geofisica, sismico, concetto fisico al quale si riconduce la propagazione di un'onda sismica all'interno della Terra. Analogamente ai raggi luminosi, i raggi sismici subiscono i fenomeni di riflessione e rifrazione, seguono percorsi all'interno della Terra che coincidono con il tempo di propagazione minimo possibile. Il concetto di raggio sismico permette di trattare le onde sismiche da un punto di vista matematico, applicando le leggi fisiche dell'ottica. Grazie a questo concetto, le onde sismiche sono validi strumenti per l'indagine della struttura dell'interno della Terra. Pennello di , fascio di raggi sismici che partono da una sorgente; parametro del , costante p risultante dalle legge di Snell modificata per una sfera, il cui valore è dato dal rapporto tra dT e dα, dove dT rappresenta il variare del tempo e dα il variare dell'angolo al centro che sottende l'arco di sfera percorsa dall'onda sismica.

7) In botanica: A) fiori del , quelli che compongono la parte periferica, detta appunto raggio, del capolino di molte Composite Asteracee quando essi si distinguono da quelli centrali (fiori del disco) per essere ligulati; anche i rami primari delle infiorescenze a ombrella composta, che sostengono all'apice un'ombrelletta, si dicono raggi e i peduncoli di ciascun fiore si dicono raggi secondari. B) midollare, formazione caratteristica della struttura secondaria delle Gimnosperme e delle Dicotiledoni. Risulta costituito da cellule parenchimatiche allungate in senso radiale, cioè perpendicolarmente all'asse dell'organo (fusto o radice). Nelle Gimnosperme le cellule dei raggi midollari sono delle tracheidi regredite. Essi possono essere formati da una sola assise di poche cellule o da più assise di cellule. Sono prodotti dall'attività del cambio e servono per gli scambi orizzontali e per l'accumulo dei materiali di riserva. Si distinguono in raggi primari, derivati direttamente dalla struttura primaria, e in raggi secondari, derivati dal cambio.

8) In zoologia, ognuno degli assi perpendicolari all'asse oro-aborale negli animali a simmetria raggiata. Nei Pesci, struttura scheletrica di sostegno delle pinne; i raggi possono essere molli e flessibili e talvolta trasformati in robuste spine; in alcuni Pesci (Scorpenidi, Trachinidi ecc.) possono essere collegati a ghiandole velenifere. branchiali, strutture scheletriche che sostengono le branchie dei Pesci Condritti. branchiostegi, pezzi scheletrici dell'opercolo dei Pesci.

Fisica: generalità

Nell'aspetto ondulatorio della radiazione, il raggio è la retta perpendicolare alla superficie d'onda in ogni punto. La nozione di raggio luminoso rettilineo era tipica dell'ottica geometrica, ossia dell'ottica corpuscolare nel senso dei filosofi greci e di I. Newton (vedi luce). L'ottica ondulatoria nel significato di C. Huygens ha limitato la nozione di raggio luminoso rettilineo al caso in cui l'onda elettromagnetica incontri ostacoli o fori o fenditure di dimensioni molto grandi rispetto alla lunghezza d'onda della radiazione. Nell'ottica corpuscolare, nel senso quantistico, il raggio è la traiettoria dei fotoni. In acustica, analogamente al caso ottico, è la direzione di propagazione dei raggi infrasonori, sonori, ultrasonori; nell'aspetto ondulatorio della radiazione sonora il raggio è normale alla superficie d'onda; la nozione di rettilineità del raggio ha lo stesso limite definito per le onde elettromagnetiche. Nell'acustica corpuscolare, nel senso quantistico, il raggio è la traiettoria dei fononi. Sia in ottica sia in acustica, nella riflessione si parla di incidente e riflesso; nella rifrazione di incidente e rifratto. In ottica si parla inoltre di ordinario e straordinario nella doppia rifrazione, di polarizzato e non polarizzato nella polarizzazione.

Fisica: raggi canale o positivi

I canale, o positivi, sono un fascio di particelle positive che emerge dal foro, o canale, praticato nel catodo di un tubo a gas rarefatto (tubo a canale) durante la fase di scarica nel gas di riempimento fra gli elettrodi. Il fascio è costituito da ioni positivi, atomici e molecolari, di carica di diversa entità, dovuti al gas sede della scarica. Il fascio di raggi canale provoca luminosità nella zona retrostante il catodo e genera una macchia luminosa sulla parete di vetro del tubo se il potenziale fra gli elettrodi è sufficientemente alto. I raggi canale furono osservati per la prima volta da E. Goldstein nel 1886; hanno la proprietà di rendere luminose alcune sostanze fluorescenti, di intaccare targhette metalliche bersaglio e di impressionare materiale fotografico sensibile. La zona della loro origine è principalmente ubicata nella regione di bagliore negativo nei tubi a scarica in gas rarefatti, dove gli ioni positivi che si producono sono attratti dal catodo che superano per inerzia attraversando il canale predisposto. Per determinare i parametri caratteristici (carica e massa) delle particelle costituenti i raggi canale, si possono effettuare misurazioni di deflessione da parte di campielettrici e magnetici, metodo usato anche per i raggi catodici. Esperimenti in tal senso furono eseguiti da W. Wien e da J.J. sir Thomson nel 1900; fu verificato che le deviazioni del fascio avvengono in senso opposto a quelle dei raggi catodici.

Fisica: raggi catodici

Sono radiazioni emesse dal catodo di un tubo a scarica in gas rarefatto, detto pertanto tubo a catodici. I raggi catodici furono studiati alla fine del sec. XIX principalmente da J.B. Perrin, P.E.A. von Lenard e Thomson e risultano costituiti da elettroni. Sono emessi perpendicolarmente alla superficie del catodo e si propagano in linea retta; possono essere anche estratti dal tubo in cui sono prodotti mediante una finestrella di alluminio dello spessore di ca. 0,001 mm. Rendono fluorescenti alcune sostanze, come per esempio il solfuro di zinco, e rendono incandescente una placchetta metallica se concentrati. Il processo fondamentale alla base della produzione è la ionizzazione per urto tra gli elettroni emessi dal catodo e le molecole del gas di riempimento del tubo in seguito al quale vengono strappati elettroni da atomi e molecole del gas stesso con formazione di ioni. Gli ioni negativi vengono attirati dall'anodo, quelli positivi cadono sul catodo e provocano emissione di ulteriori elettroni.

Fisica: raggi cosmici

I cosmici sono radiazioni di energia elevatissima, di origine cosmica, che colpiscono la Terra. La loro esistenza fu osservata per la prima volta all'inizio del sec. XX, quando si rilevò che elettroscopi carichi e perfettamente isolati a poco a poco perdevano la loro carica e che la velocità con cui si verificava il fenomeno dipendeva dall'altitudine a cui si operava. La causa di ciò venne attribuita a una radiazione proveniente dallo spazio extraterrestre. Esperimenti successivi, come quelli di R.A. Millikan (1925) e di J. Clay (1927) mostrarono l'alto potere penetrante e la natura corpuscolare di queste radiazioni. Negli ultimi decenni del sec. XX si sono fatte osservazioni e misurazioni molto precise grazie allo sviluppo di tecnologie che permettono l'osservazione delle radiazioni negli strati superiori dell'atmosfera. Al di là dell'atmosfera i raggi cosmici consistono principalmente di protoni di grande energia, ma in tale radiazione, detta radiazione primaria, sono presenti anche nuclei di elio e di elementi più pesanti. Gli elementi chimici che costituiscono i raggi cosmici sono praticamente tutti quelli del sistema periodico, dall'idrogeno fino all'uranio. Gli studi effettuati con palloni di alta quota e con satelliti artificiali hanno permesso di stabilire che ca. l'1% dei raggi cosmici è costituito da elementi più pesanti dell'elio. L'abbondanza degli elementi più comuni (come il carbonio, l'ossigeno, il magnesio, il silicio e il ferro) è ca. la stessa di quella del sistema solare. Lo studio dell'abbondanza isotopica relativa ha portato invece a risultati più interessanti: nei raggi cosmici la proporzione in cui gli isotopi sono presenti nei diversi elementi è anche notevolmente diversa da quella che si ha nel Sistema Solare. Ciò ha portato all'ipotesi che i nuclei degli elementi che formano i raggi cosmici siano stati sintetizzati in modo diverso dagli elementi del Sistema Solare e che questo ultimo sia atipico nell'Universo. I raggi cosmici rifletterebbero invece la composizione del mezzo interstellare della Galassia. Giungendo sulla Terra queste particelle colpiscono e frantumano i nuclei degli elementi che formano l'atmosfera trasformando i frammenti in altrettanti proiettili energetici. Si origina così un processo a cascata con la formazione di sciami di centinaia di particelle proiettate in avanti e costituenti la radiazione secondaria. Studiando l'assorbimento in piombo della radiazione secondaria a livello del mare, si è scoperta l'esistenza di due componenti: l'una, detta componente molle, è capace di attraversare solo pochi centimetri di piombo ed è formata principalmente da elettroni positivi e negativi e da raggi γ. L'altra, detta componente dura, attraversa spessori di piombo maggiori di un metro ed è costituita in gran parte di particelle μ, o muoni. L'energia dei raggi cosmici ha uno spettro continuo che va da energie dell'ordine di 10⁶ eV sino a oltre 10²⁰ eV. Tale spettro ha un andamento esponenziale decrescente. Il flusso della radiazione con energia superiore a 10¹¹ eV si mantiene costante, mentre le componenti di minore energia sono influenzate dall'attività solare. La direzione della radiazione primaria incidente è isotropa; la variazione dell'attività solare influisce solo debolmente su tale isotropia. Prima di colpire l'atmosfera, i raggi cosmici primari subiscono l'azione del campo magnetico terrestre. Questo tende a deflettere le traiettorie delle particelle cariche in arrivo e, secondo la loro energia, le può anche respingere nello spazio. A causa dell'andamento delle linee di forza del campo magnetico terrestre, la radiazione cosmica che raggiunge la nostra atmosfera è più intensa ai poli che all'equatore (effetto di latitudine). L'intensità dei raggi cosmici varia anche con l'altitudine sul livello del mare e con la longitudine (effetto Est-Ovest). La radiazione cosmica è un fenomeno che interessa tutta la Galassia e, limitatamente alle componenti più energetiche, si osserva anche nello spazio extragalattico, fatto basilare nelle ricerche per identificare l'origine della radiazione. L'osservazione di raggi cosmici di altissima energia perpendicolari al piano della Galassia, provenienti dal polo nord galattico, fa pensare che questa componente potrebbe essere originata nel superammasso di galassie della Vergine, che si trova appunto in quella direzione .

Fisica: raggi molecolari

I molecolari sono fasci di particelle con carica non netta: sono comunemente chiamati fasci molecolari anche quando consistono di singoli atomi di gas o vapore considerati molecole monoatomiche. I neutroni, che sono particelle senza carica elettrica netta e con massa approssimativamente uguale a quella dell'atomo di idrogeno, possono essere considerati per questo motivo come atomi con numero atomico 0. Un fascio di raggi molecolari si può preparare mediante immissione di particelle del materiale desiderato in un tubo a vuoto in cui, a una pressione 10 milioni di volte più bassa di quella atmosferica, possono compiere un percorso di circa un metro senza collidere. In tal modo sono spesso studiate molecole monoatomiche di vapori di metalli.

Fisica: raggi alfa

I alfa sono costituiti da particelle alfa (simbolo α), cioè da nuclei di elio 4 emessi da certi elementi radioattivi naturali con velocità fino a un massimo di ca. l'8% di quella della luce. Sono prodotti in fasci di energia ben determinata (spettro α) dal decadimento di livelli nucleari eccitati. La misurazione esatta delle energie delle particelle α mediante appositi spettrografi consente di assegnare ai livelli nucleari energie ben definite. Le particelle α sono facilmente assorbite da spessori costituiti da sottili lamine metalliche o da pochi centimetri di aria. Le particelle α perdono parte della loro energia causando ionizzazione di atomi posti sul loro cammino. L'effetto di sparpagliamento per urti elastici (straggling) produce una distribuzione di lunghezze di percorsi delle α intorno a un valore medio R (detto range medio) tale che la metà delle particelle lo supera, mentre l'altra metà viene arrestata prima. Lo straggling si manifesta in modo più evidente verso la fine del percorso, quando la ionizzazione specifica delle α (numero di coppie di ioni formati per unità di percorso) è maggiore . Si può calcolare il numero totale di ioni prodotti in un dato gas da una particella α tenendo conto che in tale gas le particelle α hanno le seguenti proprietà generali: hanno praticamente la stessa profondità di penetrazione; hanno traiettoria rettilinea; in prossimità della sorgente non si ha, tranne che per un'esigua frazione, il fenomeno della diffusione; verso la fine del percorso si riscontra una diffusione parziale.

Fisica: raggi beta

I beta sono costituiti da particelle beta (elettroni positivi β⁺ o negativi β^-) emesse a seguito del decadimento di nuclidi radioattivi naturali (β^-) e artificiali (β^- e β⁺). Sin dalla sua scoperta, la caratteristica peculiare della disintegrazione spontanea β di un nucleo fu individuata nella distribuzione continua dell'energia degli elettroni emessi in contrasto con lo spettro discreto dei raggi α già osservati. Ciò condusse a seri problemi teorici. In addizione allo spettro continuo primario di energia, alcune righe nette sono talvolta visibili nello spettro; sono chiamate righe secondarie o righe di spettro e sono dovute a elettroni extranucleari coinvolti nel processo di conversione interna. Ogni spettro continuo β arriva fino a un valore massimo dell'energia (E_max) delle β emesse che è caratteristico del nuclide radioattivo emittente. Nel 1934 sembrava ci fossero solo due modi per spiegare l'energia dello spettro continuo delle β: o introdurre una non conservazione dell'energia durante il processo di decadimento β, o considerare l'ipotesi del neutrino, suggerita da W. Pauli e successivamente applicata con successo da E. Fermi. Quest'ultimo postulò che una seconda particella, il neutrino, è emessa nel corso del decadimento β ed è portatrice dell'energia mancante rispetto a E_max. Il neutrino, che non era stato rivelato sperimentalmente, doveva avere proprietà difficili da determinare. Risultò subito evidente che la carica elettrica doveva essere neutra e che la massa doveva essere molto piccola (praticamente nulla) in confronto a quella dell'elettrone. La prima proprietà emerge dal principio di conservazione della carica durante il processo β. Ciascun decadimento β è accompagnato dall'emissione di una quantità di energia caratteristica del nuclide padre, che si ripartisce fra l'elettrone e il neutrino. La velocità e il momento delle particelle β possono essere misurati mediante appositi spettrografi come per le α. Si è trovato che le β emesse da un nucleo radioattivo naturale hanno velocità fino a ca. 0,99 volte la velocità della luce (c). In generale la loro energia è inferiore a 4 MeV ed è perciò minore di quella delle α, che è quasi sempre superiore a 4 MeV. Mentre un'α di 4 MeV di energia ha la velocità di ca. 1/20 c, una β di 4 MeV ha una velocità di ca. 0,99 c, per cui deve essere trattata con le equazioni della teoria della relatività. I raggi β interagiscono con la materia fino a perdere tutta la loro energia cinetica, con un meccanismo sia di urto con gli elettroni orbitali, che porta a perdita di energia per eccitazione e ionizzazione dell'atomo bersaglio, sia di interazione con i nuclei, che porta a emissione di raggi X (Bremsstrahlung). Quest'ultimo processo è prevalente quando i raggi β hanno energie elevate. I raggi β sono molto più penetranti degli α; infatti, una particella α di 3 MeV ha un range di ca. 2,8 cm e produce 4000 coppie di ioni/mm in aria, mentre una β di pari energia ha, nello stesso mezzo, un range di ca. 100 cm e produce solo 4 coppie di ioni/mm. A causa della loro piccola massa e della loro alta velocità, gli elettroni attraversando un assorbitore sono soggetti a numerose deviazioni anche di notevole entità, cosicché il loro effettivo percorso è maggiore, da 1 a 4 volte, della loro profondità di penetrazione, cioè dello spessore di materiale attraversato.

Fisica: raggi gamma

I gamma (γ), come pure i raggi X, sono costituiti da onde elettromagnetiche, sono cioè della stessa natura della luce visibile, delle onde radio, delle microonde e del calore raggiante, da cui differiscono fisicamente solo per la lunghezza d'onda λ inferiore a ca. 10^-10 m, cioè 1 Å, ovvero 0,1 nanometri. Sono prevalentemente di natura ondulatoria, mentre i raggi α e β sono prevalentemente di natura corpuscolare; ciò vuol dire che, per quanto sia gli uni sia gli altri possano comportarsi come onde e come corpuscoli, tuttavia per i raggi γ e i raggi X non è possibile definire una massa a riposo diversa da 0. I raggi γ sono emessi da un nucleo radioattivo eccitato quando questo decade a un livello energetico inferiore. Sono neutri e quindi non è possibile analizzarli con spettrometri magnetici. Sono molto penetranti e il loro assorbimento da parte del materiale attraversato è regolato dalla legge esponenziale I/I₀=e; la formula dà l'intensità I di un fascio di raggi γ di intensità iniziale I₀ che ha attraversato uno spessore x del materiale assorbitore. La costante di proporzionalità μ è chiamata coefficiente di assorbimento. Ponendo I=Bhf, con B flusso di fotoni per unità di area e di tempo, h costante di Planck e f frequenza della radiazione γ, la legge può essere scritta B/B₀=e. Le proprietà dei raggi γ sono uguali a quelle dei raggi X; i nomi sono diversi solo per distinguerne l'origine (i raggi γ provengono dai nuclei, mentre i raggi X hanno origine extranucleare). I raggi γ interagiscono con la materia in modo essenzialmente diverso dai raggi α e β per i quali è determinante la perdita di energia per ionizzazione diretta, o primaria. I raggi γ provocano prevalentemente ionizzazione indiretta tramite le particelle secondarie cariche prodotte nei tre processi principali responsabili del loro assorbimento da parte della materia e cioè: assorbimento fotoelettrico, scattering Compton da parte di elettroni atomici, produzione di coppie elettrone-positrone come risultato dell'interazione fra i raggi γ e il campo elettrico del nucleo atomico. Il coefficiente di assorbimento μ, che appare nella formula e che dipende anche dall'energia E dei raggi incidenti, è composto pertanto da tre distinti coefficienti di assorbimento relativi ai tre processi μ(E)=τ(E)+δ(E)+k(E), rispettivamente. Nel processo fotoelettronico tutta l'energia hf del fotone incidente è trasferita a un elettrone legato che è emesso dall'atomo con energia cinetica T=hf-I, dove I è il potenziale di ionizzazione per un elettrone. L'elettrone può essere emesso dall'assorbitore, se questo è sottile, o riassorbito immediatamente, dato il range molto corto degli elettroni nei solidi. Per fotoni a bassa energia (50 keV nell'alluminio e 500 keV nel piombo) l'effetto fotoelettronico dà il contributo principale al coefficiente di assorbimento. Con l'aumentare dell'energia della radiazione, lo scattering Compton sostituisce l'effetto fotoelettronico come mezzo principale di assorbimento. A più alte energie ambedue i processi divengono secondari se comparati con il processo di formazione di coppie. In questo processo un fotone γ viene assorbito dal campo coulombiano di un nucleo atomico e vengono creati un elettrone e un positrone. L'energia totale della coppia è uguale all'energia hf del fotone incidente; l'energia cinetica T dello coppia è T=hf-2m₀c², trascurando la piccola energia di rinculo del nucleo. Per la produzione di coppie è necessario che hf sia maggiore di 2m₀c², ossia di 1,02 MeV, in quanto 1,02 MeV è l'energia necessaria per produrre la massa a riposo delle due particelle create. Per misurare l'energia dei raggi γ possono essere usati diversi metodi. Poiché i raggi γ sono costituiti da radiazioni elettromagnetiche, se ne può dedurre l'energia misurandone la lunghezza d'onda usando cristalli come reticoli di diffrazione (spettrometri a cristallo). Raggi γ di moderata energia sono spesso studiati per mezzo dell'osservazione dei fotoelettroni e degli elettroni Compton emessi da appositi materiali chiamati radiatori e misurati da spettrometri magnetici. Per energie superiori a 2 o 3 MeV vengono usati spettrometri a coppia in cui gli elettroni delle coppie emesse dal radiatore vengono focalizzati mediante campo magnetico in opposte direzioni, a seconda del segno, e analizzati mediante tecniche di coincidenza per consentire la valutazione dell'energia di due particelle appartenenti alla stessa coppia. Le energie dell'elettrone e del positrone vengono valutate mediante il loro Hr (prodotto dell'intensità del campo magnetico, H, in cui sono immersi per il raggio di curvatura, r, a essi imposto dal campo stesso) e, aggiungendo a Hr le loro masse a riposo (1,02 MeV), si ottiene l'energia del raggio γ. Anche metodi di assorbimento possono essere usati per determinare l'energia dei raggi γ. Un ulteriore metodo è quello dello spettrometro a scintillazione. In questo strumento un contatore a scintillazione agisce come contatore proporzionale per misurare le energie degli elettroni prodotti dalla radiazione γ e quindi l'energia dei raggi γ. .

Fisica: raggi delta

I delta (δ) sono costituiti da elettroni prodotti per ionizzazione e aventi energia sufficiente a produrre ionizzazione secondaria. Nelle relativamente infrequenti collisioni centrali subite da una particella ionizzante nell'attraversamento della materia, l'elettrone estratto può essere emesso con grande energia cinetica. Tali elettroni costituiscono appunto i raggi δ. Durante un processo di collisione, un'apprezzabile frazione dell'energia cinetica della particella primaria, circa la metà, viene perduta nel processo di produzione dei raggi δ. Questi, a loro volta, perdono energia in modo simile a tutti gli altri elettroni aventi la stessa energia. La ionizzazione totale provocata da una particella primaria nell'attraversamento della materia è dunque costituita dalla somma della ionizzazione primaria prodotta dalla collisione della particella primaria con gli elettroni atomici e della ionizzazione secondaria prodotta dai raggi δ. Per esempio, nell'idrogeno la ionizzazione primaria è circa la metà di quella totale, nell'aria è di circa un terzo, mentre negli elementi più pesanti è una frazione ancora minore.

Fisica: raggi X

I X, o röntgen sono radiazioni elettromagnetiche di lunghezza d'onda compresa tra il limite inferiore dell'ultravioletto, ca. 10² Å e 10^-2 Å; il limite inferiore delle lunghezze d'onda dei raggi X cade dunque all'interno del dominio dei raggi γ. La radiazione X è emessa a seguito di transizioni da un livello energetico a un altro minore in atomi determinati, oppure è generata da accelerazioni subite da elettroni o da altre particelle cariche nel loro passaggio attraverso la materia (Bremsstrahlung). Si distinguono tradizionalmente in duri e molli; i primi sono più energetici e per questo penetrano più profondamente negli assorbitori. Lo studio delle scariche elettriche nei gas mediante tubi di Crookes aveva posto casualmente in evidenza l'annerimento di lastre fotografiche esposte in vicinanza dei tubi. W.K. Röntgen, nel 1895, studiò il fenomeno e denominò raggi X i raggi provenienti dai tubi e responsabili dell'effetto osservato; la radiazione risultava molto penetrante e in grado di rendere conduttori i gas per ionizzazione. Fu accertato che i raggi X venivano prodotti dall'urto di raggi catodici su un ostacolo. A seguito della scoperta della radioattività naturale si constatò che la radiazione X era simile alla radiazione γ della radioattività naturale. Nel 1912, dopo esperimenti di diffrazione su cristalli, ne fu stabilita la natura ondulatoria e furono individuati come radiazione elettromagnetica. La produzione dei raggi X è generalmente realizzata mediante bombardamento di una targhetta bersaglio, detta anticatodo, da parte di elettroni emessi da un catodo per effetto termoelettronico e accelerati da un forte campo elettrico (la differenza di potenziale fra catodo e anticatodo è dell'ordine delle decine di migliaia di volt); tutto l'apparato è racchiuso in un tubo a vuoto. L'emissione radiativa dell'anticatodo consta di uno spettro continuo comprendente radiazioni di tutte le lunghezze d'onda con inizio da una lunghezza d'onda minima dipendente soltanto dalla tensione applicata, e di uno spettro discreto, sovrapposto al precedente con righe ben determinate dipendenti dalla natura dell'anticatodo. Lo spettro continuo è composto da radiazione di Bremsstrahlung, cioè da radiazione elettromagnetica emessa durante il frenamento degli elettroni proiettile nell'anticatodo. L'esistenza di una lunghezza d'onda minima e il suo valore si spiegano ricorrendo alla teoria quantistica. L'elettrone assorbito da un atomo del bersaglio potrà emettere un fotone di energia massima uguale all'energia cinetica dell'elettrone che è eV, in cui e è la carica dell'elettrone eV è la differenza di potenziale fra gli elettrodi del tubo a raggi X. Se f è la frequenza della radiazione emessa, hf ne sarà l'energia, che è pari anche a , in cui λ è la lunghezza d'onda. A un certo limite superiore di frequenza f posto dal valore dell'energia convertibile eV, corrisponde un limite inferiore di lunghezza d'onda λ, che è il limite inferiore dello spettro continuo di emissione. Praticamente, con V in volte λ in angstrom si avrà λ=1,21 Å, per V=10.000 volt, e λ=0,124 Å, per V=100.000 volt. L'esistenza dello spettro a righe sovrapposto a quello continuo e caratteristico di ogni elemento fu scoperta adoperando come bersaglio per i raggi catodici i vari elementi del sistema periodico. Studiando questi spettri a righe, H.G.J. Moseley trovò una semplice relazione: la radice quadrata della frequenza di una riga caratteristica dello spettro è una funzione lineare del numero atomico (legge di Moseley). In questo modo, lo spettro a righe dei raggi X poté essere usato per definire con precisione il posto di ogni elemento nella tavola periodica degli elementi. Questo posto coincide con quello definito dalle proprietà chimiche e con l'ordine stabilito dalla successione dei pesi atomici. Lo spettro a righe è dovuto alla ionizzazione di alcuni atomi dell'anticatodo da parte degli elettroni incidenti, quando gli elettroni espulsi provengono da strati interni; gli elettroni più periferici colmano il posto vuoto cambiando orbita con perdita di energia potenziale ΔW, emessa sotto forma di un fotone con lunghezza d'onda determinata da ΔW=hf=hc/λ. Le proprietà più interessanti dei raggi X sono date dal fatto che le loro lunghezze d'onda sono dell'ordine di grandezza delle distanze interatomiche nelle molecole (vedi cristallografia e Bragg). I raggi X, passando attraverso la materia, si attenuano con legge esponenziale I=I₀ e e i modi principali di interazione con l'assorbitore sono: deviazione, o scattering, elastica, effetto fotoelettronico ed effetto Compton. Per energie del fotone minori di 0,1 MeV in assorbitore con medio e alto numero atomico Z, prevale l'effetto fotoelettronico, per raggi X di bassa energia e assorbitori di alto Z è importante anche lo scattering elastico. § I raggi X non sono visibili a occhio nudo e sono pericolosi per gli organismi viventi, tanto che per il loro uso sono necessari opportuni mezzi di protezione e schermatura. Infatti essi, interagendo con la materia, provocano ionizzazione diretta e indiretta e il processo di ionizzazione infrange legami atomici e molecolari, provocando la rottura delle molecole, la dissociazione dei composti chimici e l'alterazione della struttura cristallina. Tutti questi eventi distruttivi a livello cellulare perturbano le funzioni vitali e riproduttive delle cellule stesse. I raggi X hanno la proprietà di rendere fluorescenti talune sostanze (platinocianuro di bario, solfuro di zinco ecc.) e su tale fenomeno sono basati i rivelatori per la radioscopia medica. Dopo l'attraversamento della materia la radiazione X che emerge è in grado di impressionare una lastra fotografica o di illuminare uno schermo fluorescente e, poiché le parti più assorbenti di un mezzo (ossa nel caso di un corpo umano) producono un'ombra, la radiografia o radioscopia è in grado di evidenziare particolari interni.

Bibliografia

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