Particelle alfa e radiazioni alfa spiegate

Oltre alle particelle beta, ai raggi gamma e ai neutroni, le particelle alfa sono un tipo di radiazione, chiamata anche radiazione alfa. Come con la maggior parte delle forme di radiazione, le particelle alfa vengono emesse da elementi radioattivi.

Le particelle alfa sono relativamente pesanti e lente rispetto ai loro compagni, quindi rappresentano un piccolo pericolo per l'uomo a meno che non vengano ingerite.

Tuttavia, sono spesso usati nella ricerca. Le particelle alfa sono state cruciali nella scoperta di Ernest Rutherford del nucleo atomico, che è stata la base del suo modello atomico.

Cosa sono le particelle alfa?

Le particelle alfa sono particelle cariche positivamente che comprendono due protoni, due neutroni e zero elettroni. La massa di una singola particella è 4 amu (6,642104 g), secondo Britannica (si apre in una nuova scheda) Le particelle alfa sono emesse da elementi radioattivi pesanti (sia naturali che artificiali), inclusi uranio, radio e plutonio. Per questo motivo, questi elementi sono anche chiamati emettitori alfa.

Una particella alfa è comunemente rappresentata dal simbolo , la lettera greca alfa da cui prende il nome la particella. È stato il primo tipo di radiazione nucleare ad essere scoperto, prima delle particelle beta e dei raggi gamma. Ma poiché una particella alfa è identica al nucleo di un atomo di elio-4, a volte è rappresentata come He2+, cioè un atomo di elio-4 doppiamente ionizzato.

Spiegazione dell'esperimento di lamina d'oro di Rutherford

Tra il 1898 e il 1899, il fisico Ernest Rutherford, che stava studiando la radioattività all'Università di Cambridge in Inghilterra, stabilì che c'erano almeno due tipi di radiazioni (si apre in una nuova scheda), che chiamò alfa e beta. La particella alfa porterebbe alla sua scoperta del nucleo atomico e lo aiuterebbe a sviluppare il modello atomico di Rutherford, un cambiamento radicale nella comprensione degli atomi da parte dell'umanità.

Nel 1911, Rutherford pubblicò ufficialmente un documento (si apre in una nuova scheda) in cui dichiarava l'esistenza di un nucleo caricato positivamente al centro di un atomo (sebbene non lo chiamasse formalmente nucleo a questo punto). Dal 1907, Rutherford, Hans Geiger ed Ernest Marsden hanno eseguito una serie di esperimenti di diffusione di Coulomb (si apre in una nuova scheda) presso l'Università di Manchester in Inghilterra. Quegli esperimenti prevedevano la ripresa di particelle alfa su una sottile lamina d'oro, quindi l'osservazione di dove andavano quelle particelle dopo la collisione con la lamina.

Gli esperimenti di scattering di Rutherford hanno coinvolto una tecnica chiamata spettrometria di retrodiffusione di Rutherford (RBS). Qui vengono sparati ioni ad alta energia e viene misurata la distribuzione di energia. (Credito immagine: DKN0049 tramite Getty Images) (si apre in una nuova scheda)

A quel tempo, il modello atomico "plum pudding" di JJ Thompson era la teoria dominante della struttura atomica e suggeriva che gli atomi fossero sfere perfette di materiale caricato positivamente in cui gli elettroni negativi fluttuavano con una distribuzione relativamente uniforme.

Se quel modello fosse vero, le particelle alfa sarebbero passate attraverso la pellicola negli esperimenti Coulomb di Rutherford. Ma Rutherford e i suoi colleghi hanno osservato che alcune delle particelle alfa rimbalzavano sulla lamina in direzioni diverse. Rutherford ha quindi teorizzato che gli atomi avessero un nucleo denso circondato da elettroni orbitanti, le particelle alfa attraversavano il This Web tra gli elettroni e rimbalzavano sul nucleo.

Che cos'è il decadimento alfa e come si verifica?

Il decadimento alfa è il processo mediante il quale si formano le particelle alfa (si apre in una nuova scheda), secondo Britannica. Gli elementi radioattivi instabili chiamati radionuclidi emettono particelle dai loro nuclei per diventare più stabili, trasformandosi dall'elemento originale in uno nuovo. Tali emissioni sono radiazioni nel caso del decadimento alfa, le particelle alfa sono emesse dai nuclei degli elementi radioattivi pesanti.

Carica di radiazione alfa e potere penetrante

La radiazione alfa ha una carica positiva di due. Tra i principali tipi di radiazioni, le particelle alfa sono le più pesanti e le più lente, con una massa di 4 amu e velocità di espulsione di circa 12.400 miglia al secondo (20.000.000 km al secondo) secondo l'Agenzia australiana per la protezione dalle radiazioni e la sicurezza nucleare (apre in nuove scheda) .

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Nonostante siano altamente energetiche, le particelle alfa consumano la maggior parte di quell'energia subito dopo l'emissione, quindi non viaggiano più lontano di pochi centimetri al massimo. Hanno anche un potere di penetrazione estremamente basso che non possono penetrare nell'epidermide di un essere umano o nello strato esterno della pelle. Anche un pezzo di carta è sufficiente per bloccare una particella alfa secondo il Comitato di regolamentazione nucleare degli Stati Uniti (si apre in una nuova scheda).

Usi della radiazione alfa

In commercio, la radiazione alfa viene utilizzata principalmente (si apre in una nuova scheda) nei rilevatori di fumo (il fumo riduce le particelle alfa nel rilevatore, attivando l'allarme) e negli eliminatori statici (ionizzatori alfa).

C'è anche una ricerca in corso (si apre in una nuova scheda) sullo sviluppo di una terapia con particelle alfa per il trattamento del cancro. Gli studi clinici hanno riscontrato un certo successo nel trattamento del cancro alla prostata metastatico resistente alla castrazione. Per scopi di ricerca, le particelle alfa vengono utilizzate come proiettili, come nel caso dell'esperimento di lamina d'oro di Rutherford.

Pericoli delle radiazioni alfa

La radiazione alfa non è pericolosa per l'uomo esternamente a causa del suo basso potere di penetrazione; le particelle alfa non possono penetrare nella pelle. Possono, tuttavia, causare danni alla cornea (si apre in una nuova scheda) .

Il vero pericolo si verifica all'interno del corpo. Se un emettitore alfa (cioè un elemento radioattivo) entra nel tuo corpo attraverso l'ingestione, l'inalazione, una ferita o qualsiasi altro mezzo, si potrebbero causare gravi danni internamente ai tessuti viventi.

Risorse addizionali

Leggi di più sul lavoro di Rutherford con le particelle alfa in questa mostra online (si apre in una nuova scheda) del Center for History dell'American Institute of Physics. Puoi anche saperne di più sulla sua pagina biografica (si apre in una nuova scheda) della Fondazione Nobel Rutherford ricevette il Premio Nobel per la Chimica nel 1908 "per le sue indagini sulla disintegrazione degli elementi e sulla chimica delle sostanze radioattive".

Bibliografia

Agenzia australiana per la protezione dalle radiazioni e la sicurezza nucleare ( ARPANSA (si apre in una nuova scheda) ), "Particelle alfa".

Britannica, (si apre in una nuova scheda) "Decadimento alfa".

Britannica (si apre in una nuova scheda), "Particella alfa".

Agenzia per la protezione ambientale degli Stati Uniti (si apre in una nuova scheda) (EPA), "Nozioni di base sulle radiazioni".

Commissione di regolamentazione nucleare degli Stati Uniti (USNRC), "Nozioni di base sulle radiazioni. (si apre in una nuova scheda) "

Center for History, American Institute of Physics, "Il mondo nucleare di Rutherford (si apre in una nuova scheda)".

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