E se un raggio cosmico ci colpisce?

I raggi cosmici sono nuclei atomici completamente ionizzati (cioè che hanno perso tutti i loro elettroni) che viaggiano nel cosmo a velocità molto elevate. Abbiamo visto come si distribuiscono in orbita LEO (come quella della Stazione Spaziale e dello Shuttle) aumentando di intensità vicino ai poli magnetici e come c’è una componente di protoni intrappolati nella fascia interna di radiazione che le orbite LEO attraversano nella zona dell’Anomalia Sud Atlantica.

Ma cosa succede quando i raggi cosmici attraversano la materia? La materia ordinaria è composta dagli stessi nuclei che formano i raggi cosmici, ma stavolta sono tenuti insieme ai loro elettroni dalla forza elettromagnetica  per formare gli atomi. La carica degli elettroni è uguale e opposta a quella dei nuclei corrispondenti in modo che l’atomo risulti complessivamente neutro. La cosa particolare e poco intuitiva è che la materia è fondamentalmente vuota. Infatti se guardiamo al più semplice degli atomi, l’atomo di idrogeno, troviamo un solo elettrone che orbita intorno ad un protone (descrizione classica): la dimensione dell’atomo equivale al raggio dell’orbita dell’elettrone che misura 5.3 * 10-11 m, mentre il nucleo, un protone nell’atomo di idrogeno, ha un raggio di 10-15 m. Per rendere le proporzioni significa che se il protone fosse una pallina da golf (circa 2 cm di raggio) l’elettrone si troverebbe a 1 km di distanza. Inoltre il protone ha una massa 2000 volte superiore a quella dell’elettrone, se pesasse cioè 1 kg, l’elettrone peserebbe solo mezzo grammo. Le proporzioni degli atomi più pesanti sono ovviamente diverse, ma gli ordini di grandezza sono questi. Confrontate le dimensioni e la distribuzione delle masse possiamo quindi ben dire che la materia è vuota.

Quindi quando una particella carica attraversa la materia ha più probabilità di interagire con la nuvola elettronica che con i nuclei. La particella subirà una perdita di energia e la sua traiettoria sarà deflessa. Questi due effetti sono dovuti principalmente a

  • collisioni anelastiche con gli elettroni atomici
  • collisioni elastiche con i nuclei

Altri processi meno importanti sono

Queste interazioni avvengono molte volte per unità di percorso e il loro effetto si cumula causando la perdita di energia e la deflessione totale. L’energia persa dalle particelle incidenti viene trasferita agli atomi causando la loro eccitazione o ionizzazione. La quantità di energia trasferita per ogni collisione è una piccolissima frazione dell’energia cinetica della particella. Ma il numero di collisioni è talmente elevato che si osserva una perdita di energia consistente anche attraverso piccoli spessori. Un protone da 10 MeV perde tutta la sua energia in 0.25 mm di rame. Il numero elevato di collisioni in uno spessore macroscopico rende abbastanza piccole le fluttuazioni statistiche permettendo di definire una perdita di energia media per unità di lunghezza, definita potere frenante o dE/dx.

Nel prossimo post parlerò più dettagliatamente della perdita di energia media, e scopriremo se sono più dannosi i raggi cosmici di alta o bassa energia e perché è così difficile schermare i raggi cosmici.

Questa voce è stata pubblicata in Divulgazione, Physics, Science e contrassegnata con , , . Contrassegna il permalink.

6 risposte a E se un raggio cosmico ci colpisce?

  1. Pingback: ALTEA: Riepilogo – Summary | Background noise

  2. Michael ha detto:

    Io so già la risposta, grazie ad una bella chiacchierata all’AstronautiCon😉

  3. Pingback: Come ALTEA vede i raggi cosmici: lo spettro di energia | Background noise

  4. Pingback: E se ci colpisce, quanta energia deposita? | Background noise

  5. Pingback: I rivelatori di particelle di ALTEA | Background noise

  6. Pingback: Bolle d’acqua. Proteggere gli astronauti dai raggi cosmici | Background noise

Lascia un commento

Inserisci i tuoi dati qui sotto o clicca su un'icona per effettuare l'accesso:

Logo WordPress.com

Stai commentando usando il tuo account WordPress.com. Chiudi sessione / Modifica )

Foto Twitter

Stai commentando usando il tuo account Twitter. Chiudi sessione / Modifica )

Foto di Facebook

Stai commentando usando il tuo account Facebook. Chiudi sessione / Modifica )

Google+ photo

Stai commentando usando il tuo account Google+. Chiudi sessione / Modifica )

Connessione a %s...