Cos’è la definizione di particella alfa

Le particelle alfa sono nuclei energetici di elio. La produzione di particelle alfa è definita decadimento alfa. Le particelle alfa sono costituite da due protoni e due neutroni legati insieme in una particella identica a un nucleo di elio. Le particelle alfa sono relativamente grandi e portano una doppia carica positiva. Non sono molto penetranti e un pezzo di carta può fermarli. Viaggiano solo pochi centimetri ma depositano tutte le loro energie lungo i loro percorsi brevi., Nei reattori nucleari sono prodotti ad esempio nel combustibile (decadimento alfa dei nuclei pesanti). Le particelle alfa sono comunemente emesse da tutti i nuclei radioattivi pesanti che si verificano in natura (uranio, torio o radio), così come gli elementi transuranici (nettunio, plutonio o americio). Le particelle alfa particolarmente energetiche (ad eccezione dei nuclei di elio accelerati artificialmente) sono prodotte in un processo nucleare, noto come fissione ternaria. In questo processo, il nucleo dell’uranio viene diviso in tre particelle cariche (frammenti di fissione) invece delle normali due., Il più piccolo dei frammenti di fissione molto probabilmente (90% di probabilità) è una particella alfa extra energetica.

Interazione di particelle alfa con la materia

Poiché l’interazione elettromagnetica si estende su una certa distanza, non è necessario che una particella alfa faccia una collisione diretta con un atomo. Possono trasferire energia semplicemente passando vicino., Le particelle alfa interagiscono con la materia principalmente attraverso le forze di coulomb tra la loro carica positiva e la carica negativa degli elettroni dagli orbitali atomici. In generale, le particelle alfa (come altre particelle cariche) trasferiscono energia principalmente da:

• Eccitazione. La particella carica può trasferire energia all’atomo, elevando gli elettroni a livelli di energia più elevati.
• Ionizzazione. Ionizzazione può verificarsi, quando la particella carica hanno abbastanza energia per rimuovere un elettrone. Ciò si traduce in una creazione di coppie di ioni nella materia circostante.,

La creazione di coppie richiede energia, che viene persa dall’energia cinetica della particella alfa causandone la decelerazione. Gli ioni positivi e gli elettroni liberi creati dal passaggio della particella alfa si riuniranno, rilasciando energia sotto forma di calore (ad esempio energia vibrazionale o energia rotazionale degli atomi). Ci sono notevoli differenze nei modi di perdita di energia e dispersione tra il passaggio di particelle cariche di luce come positroni ed elettroni e particelle cariche pesanti come frammenti di fissione, particelle alfa, muoni., La maggior parte di queste differenze si basa sulle diverse dinamiche del processo di collisione. In generale, quando una particella pesante si scontra con una particella molto più leggera (elettroni negli orbitali atomici), le leggi di conservazione dell’energia e della quantità di moto prevedono che solo una piccola frazione dell’energia della particella massiccia può essere trasferita alla particella meno massiccia. La quantità effettiva di energia trasferita dipende da quanto strettamente le particelle cariche passano attraverso l’atomo e dipende anche dalle restrizioni derivanti dalla quantizzazione dei livelli di energia.,

Vedi anche: Interazione di particelle cariche pesanti con la materia

Potenza di arresto – Bethe Formula

Una variabile conveniente che descrive le proprietà di ionizzazione del mezzo circostante è la potenza di arresto., Lineare il potere di arresto di un materiale è definita come il rapporto tra il differenziale di perdita di energia di particelle all’interno del materiale per il corrispondente differenziale lunghezza del percorso:

,dove T è l’energia cinetica della particella carica, nion è il numero di elettroni agli ioni di coppie formate per unità di lunghezza del percorso, e mi indica l’energia media necessaria per ionizzare un atomo in mezzo. Per le particelle cariche, S aumenta al diminuire della velocità delle particelle. L’espressione classica che descrive la perdita di energia specifica è conosciuta come la formula Bethe., La formula non relativistica fu trovata da Hans Bethe nel 1930. La versione relativistica (vedi sotto) è stata trovata anche da Hans Bethe nel 1932.

In questa espressione, m è la massa a riposo dell’elettrone, β è uguale a a v/c, che esprime la particella di velocità rispetto alla velocità della luce, γ ‘ e il fattore di Lorentz della particella, la Q è uguale alla sua carica, Z è il numero atomico del mezzo, e n è la densità di atomi nel volume. Per le particelle non relativistiche (le particelle cariche pesanti sono per lo più non relativistiche), dT/dx dipende da 1/v2., Questo può essere spiegato dal tempo maggiore che la particella carica trascorre nel campo negativo dell’elettrone, quando la velocità è bassa.

Il potere frenante della maggior parte dei materiali è molto elevato per le particelle cariche pesanti e queste particelle hanno intervalli molto brevi. Ad esempio, l’intervallo di una particella alfa da 5 MeV è approssimativamente di soli 0,002 cm in lega di alluminio. La maggior parte delle particelle alfa può essere fermata da un normale foglio di carta o tessuto vivente., Pertanto la schermatura delle particelle alfa non rappresenta un problema difficile, ma d’altra parte i nuclidi radioattivi alfa possono portare a gravi rischi per la salute quando vengono ingeriti o inalati (contaminazione interna).

Curva di Bragg

La curva di Bragg è tipica delle particelle alfa e di altre particelle cariche e descrive la perdita di energia delle radiazioni ionizzanti durante il viaggio attraverso la materia. Per questa curva è tipico il picco di Bragg, che è il risultato della dipendenza 1/v2 della potenza di arresto. Questo picco si verifica perché la sezione trasversale dell’interazione aumenta immediatamente prima che la particella si fermi. Per la maggior parte della pista, la carica rimane invariata e la perdita di energia specifica aumenta in base al 1 / v2., Vicino alla fine della pista, la carica può essere ridotta attraverso il prelievo di elettroni e la curva può cadere.

Anche la curva di Bragg differisce in qualche modo a causa dell’effetto del ritardo. Per un dato materiale l’intervallo sarà quasi lo stesso per tutte le particelle dello stesso tipo con la stessa energia iniziale. Poiché i dettagli delle interazioni microscopiche subite da qualsiasi particella specifica variano in modo casuale, è possibile osservare una piccola variazione nell’intervallo., Questa variazione è chiamata ritardo ed è causata dalla natura statistica del processo di perdita di energia che consiste in un gran numero di collisioni individuali.

Questo fenomeno, descritto dalla curva di Bragg, viene sfruttato nella terapia particellare del cancro, perché ciò consente di concentrare l’energia di arresto sul tumore riducendo al minimo l’effetto sul tessuto sano circostante.

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