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Alla scoperta della potenza delle particelle alfa: perché generano radiazioni così intense?
Le particelle alfa, note anche come raggi alfa o radiazioni alfa, sono fondamentalmente particelle composte da due protoni e due neutroni e la loro forma è esattamente la stessa del nucleo di elio-4. Queste particelle vengono solitamente prodotte durante il decadimento alfa, ma possono essere ottenute anche con altri mezzi. Il nome deriva dalla prima lettera dell'alfabeto greco, "alfa", il cui simbolo è α o α2+. Poiché sono identici ai nuclei di elio, spesso vengono scritti come He2+ o 42He2+, che rappresentano ioni di elio con una carica di +2 (mancanti di due elettroni). Quando questo ione acquisisce un elettrone dall'ambiente circostante, la particella alfa diventa un normale atomo di elio (elettricamente neutro) 42He. La particella alfa ha uno spin netto pari a 0.
Le particelle alfa sono considerate particelle con una carica elettrica molto elevata, dotate di un'energia incredibile che può causare forti radiazioni.
Nel decadimento radioattivo alfa standard, la particella alfa ha in genere un'energia cinetica di circa 5 MeV e viaggia a circa il 4% della velocità della luce. Sebbene siano radiazioni di particelle altamente ionizzanti, la loro profondità di penetrazione è bassa (solo pochi centimetri nell'aria o bloccate dalla pelle). Tuttavia, le particelle alfa a lungo raggio derivanti dalla fissione ternaria hanno un'energia tre volte superiore e penetrano tre volte più in profondità. Circa il 10%-12% dei raggi cosmici che formano nuclei di elio hanno generalmente un'energia maggiore rispetto ai nuclei di elio prodotti attraverso processi di decadimento nucleare e quindi possono avere una penetrazione maggiore, in grado di attraversare il corpo umano e diversi metri di materiale schermante denso, che dipende dalla sua energia. Ciò vale in una certa misura anche per i nuclei di elio ad alta energia prodotti dagli acceleratori di particelle.
Ricordando il passato e il presente della particella alfa
Il termine particella alfa fu coniato per la prima volta da Ernest Rutherford quando descrisse le proprietà delle radiazioni dell'uranio e scoprì che tali radiazioni presentavano due caratteristiche diverse. La lunga storia delle esplorazioni ha permesso agli scienziati di comprendere meglio la natura delle particelle alfa. La fonte più famosa di particelle alfa è il processo di decadimento alfa degli elementi pesanti. Quando un atomo emette una particella alfa nel decadimento alfa, il numero di massa dell'atomo diminuisce di quattro a causa della perdita di quattro nucleoni nella particella.
Il decadimento alfa è una forma di trasformazione nucleare che modifica il numero atomico e la massa di un atomo.
La fonte principale di particelle alfa è il decadimento alfa degli elementi pesanti, come il decadimento di nuclidi radioattivi quali uranio e bario. Attraverso ulteriori esperimenti e ricerche, gli scienziati hanno scoperto che le particelle alfa possono perdere la loro carica positiva e acquisire elettroni dall'ambiente circostante, trasformandosi infine in atomi di elio neutri. Le proprietà di variazione di energia e di assorbimento fanno sì che le particelle alfa svolgano un ruolo importante nella fisica nucleare.
Effetti energetici e biologici delle particelle alfa
Ciò che affascina delle proprietà cinetiche e di assorbimento delle particelle alfa è l'energia rilasciata durante il loro decadimento alfa. L'energia cinetica tipica di una particella alfa è di 5 MeV, una quantità considerevole per una singola particella. Sebbene la loro massa maggiore li renda più lenti rispetto ad altri tipi comuni di radiazioni, le loro forti proprietà di assorbimento li rendono estremamente a corto raggio, in grado di penetrare la pelle solo per circa 40 micron, quindi non rappresentano una minaccia significativa per la vita in circostanze normali.
Sebbene le particelle alfa non rappresentino una grande minaccia per la vita in circostanze normali, possono causare gravi danni da radiazioni quando penetrano nel corpo.
Tuttavia, una volta che i radionuclidi alfa entrano nell'organismo, tramite inalazione, ingestione o iniezione, queste particelle alfa diventano sostanze radioattive estremamente distruttive. Studi hanno dimostrato che le particelle alfa causano danni cromosomici da 10 a 1000 volte maggiori rispetto alla stessa quantità di radiazioni gamma o beta, il che evidenzia i loro potenziali rischi per la salute umana.
Prospettive applicative delle particelle alfa
Con il progresso della scienza e della tecnologia, le particelle alfa hanno trovato ampia applicazione in vari campi tecnici. Ad esempio, alcuni rilevatori di fumo contengono tracce di emettitori alfa per migliorare le capacità di rilevamento. Nella cura del cancro, gli isotopi radioattivi emessi da radiazioni alfa vengono utilizzati anche per colpire tumori specifici, dimostrando il loro importante potenziale in medicina e nelle scienze biologiche.
Gli alfa-radioisotopi rappresentano possibili soluzioni per il trattamento di precisione del cancro negli esseri umani.
Sebbene le particelle alfa abbiano forti capacità di emissione di radiazioni, le loro caratteristiche consentono anche di sviluppare applicazioni sicure e controllabili. Quale tipo di progresso porterà alla ricerca scientifica la scoperta di nuovi materiali e nuovi metodi per gestire e utilizzare questa potente particella? Dobbiamo riflettere a fondo ed esplorare più possibilità.
