Radiazione

Radiazione    Fis. Emissione e propagazione di energia sotto forma di onde (per es. onde elettromagnetiche oppure sonore) o di particelle subatomiche.   � Radiazione corpuscolare, radiazione formata da particelle atomiche e subatomiche come elettroni, protoni, ecc. (La distinzione tra radiazioni ondulatorie e radiazioni corpuscolari non è netta perchè, in accordo con la meccanica quantistica, le particelle subatomiche manifestano in certi casi un comportamento ondulatorio e viceversa.) � Radiazione cosmica, sin. di raggi cosmici.   � Radiazione di frenamento, espressione italiana corrispondente al termine ted. bremsstrahlung. � Radiazione nera, radiazione elettromagnetica emessa da un corpo nero . � Radiazioni nucleari, raggi a, b e g emessi nel decadimento dei nuclei radioattivi, o, in senso generale, radiazioni corpuscolari generate nelle reazioni nucleari o prodotte dagli acceleratori di particelle. � Radiazione penetrante, radiazione elettromagnetica o di altra natura che può attraversare uno strato più o meno spesso di un materiale. (La penetrazione e quindi anche l'assorbimento di una radiazione dipendono dalla natura della radiazione e dal tipo di materiale usato; le radiazioni elettromagnetiche sono in generale tanto più penetranti quanto minore è la loro lunghezza d'onda. L'assorbimento delle radiazioni corpuscolari ionizzanti dotate di energie non relativistiche è, in un dato mezzo, una funzione crescente della carica elettrica delle particelle ionizzanti e diminuisce al crescere della loro energia.) � Radiazione di sincrotrone, radiazione elettromagnetica emessa da una particella carica che si muove in un'orbita circolare. (Questa radiazione è particolarmente intensa per elettroni che si muovono con velocità relativistica [prossima cioè alla velocità della luce] in un campo magnetico; si osserva sia negli acceleratori di elettroni sia nelle radiazioni extraterrestri.) � Radiazioni visibili, radiazioni elettromagnetiche capaci di impressionare la retina provocando uno stimolo nell'apparato visivo umano. � Pressione di radiazione, forza esercitata su un elemento unitario di superficie di un corpo investito dalla radiazione. (Le radiazioni solari esercitano su di una superficie sita sulla Terra, e investita normalmente, una pressione di 0,4 mmg/m²; tra gli effetti direttamente osservabili prodotti dalla pressione di radiazione uno dei più noti è l'azione repulsiva esercitata sulla coda delle comete durante il loro passaggio in prossimità del Sole.).

— Astron. Radiazione fossile, particolare tipo di radiazione che sarebbe caratteristico di un corpo nero a circa 3 K, scoperta da Arno A. Penzias e Row W. Wilson nel 1965. (La scoperta di tale radiazione, che ha il massimo compreso tra 1 mm e 3 cm di lunghezza d'onda, viene considerata una delle principali prove della teoria dell'universo in espansione.)

u Fisica

Il  termine radiazione si riferisce a un insieme di fenomeni fisici cui è associato uno stato di propagazione: luce, raggi X, raggi infrarossi, raggi ultravioletti, radiazioni corpuscolari dovute all'emissione di particelle da parte della struttura atomica o nucleare della materia. Fino alla scoperta della radioattività si conoscevano solo le radiazioni di natura elettromagnetica come la luce. Si deve a J. C. Maxwell la teoria secondo la quale questi fenomeni sono tutti descrivibili in termini di propagazione di un campo elettromagnetico che nel vuoto avviene a una velocità costante c¿ 300.000 km/ s. (In un mezzo di indice di rifrazione n la velocità di propagazione è data da c/n.) Le diverse radiazioni elettromagnetiche sono caratterizzabili tramite il valore n della loro frequenza o della corrispondente lunghezza d'onda l c/ n.

Le radiazioni elettromagnetiche note individuano un intervallo molto esteso di lunghezze d'onda; si va dalle radioonde lunghe in cui l può raggiungere qualche decina di chilometri ai raggi g (l ¾10-3 Ε per i g emessi dai nuclei radioattivi e l ¾ 10-5 Ε nei raggi g della radiazione cosmica): i limiti che dividono i diversi tipi di radiazione corrispondono generalmente a differenze nei processi di emissione e di assorbimento da parte della materia e il più delle volte non possono essere precisamente definiti come accade, ad esempio, per il passaggio dalle onde radio alle onde infrarosse o dalle onde ultraviolette ai raggi X.

L'analisi delle radiazioni elettromagnetiche si effettua mediante spettrografi che sfruttano processi di rifrazione (nei prismi) o di diffrazione (nei reticoli) o mediante metodi interferometrici.

Le radiazioni corpuscolari sono dovute invece alla propagazione di fasci di particelle (elettroni, protoni, neutroni, nuclei di elio, mesoni, ecc.) sovente dotate di velocità molto elevate ma sempre inferiori a c in conformità a uno dei postulati fondamentali della teoria della relatività .

Nell'ambito della meccanica ondulatoria si è realizzata una sintesi nuova dei caratteri distintivi di questi due tipi di radiazione, suggerita da scoperte relative ai processi di interazione tra materia e radiazione che hanno portato ad associare a quest'ultima un aspetto discreto (quanto di radiazione o fotone) e alla propagazione di fasci di particelle subatomiche aspetti caratteristici dei fenomeni ondulatori (figure di interferenza ottenute con fasci di elettroni e neutroni).

v Effetti fisici delle radiazioni sulla materia

Le  radiazioni nucleari e ionizzanti, cioè quelle che producono ioni nel passaggio attraverso la materia (raggi X, g e particelle elettricamente cariche), producono diversi effetti chimici e fisici nei materiali che attraversano, come ad es. la dissociazione delle molecole, la produzione di radicali liberi e di ioni eccitati molto attivi. In particolare nei materiali a struttura cristallina si producono diverse alterazioni delle proprietà fisiche come la durezza, la conduttività elettrica e termica, le caratteristiche magnetiche, il carico di rottura, ecc. Queste alterazioni sono particolarmente intense nei materiali cristallini usati nei reattori nucleari, in cui i neutroni veloci hanno energie molto superiori alle energie di legame degli atomi o delle molecole che costituiscono il reticolo cristallino; in questo caso l'urto di un neutrone con uno di questi centri reticolari provoca il suo spostamento dalla posizione di equilibrio; i difetti che così si producono nella struttura reticolare determinano l'alterazione delle proprietà fisiche del materiale.

u Meteorologia

L'atmosfera  viene riscaldata prevalentemente dall'energia termica solare perchè quella irradiata dai pianeti, dagli astri o dalla Luna è pressochè insignificante. Durante il giorno, e in un luogo determinato, la quantità J di energia ricevuta dall'atmosfera si chiama radiazione effettiva. La relazione si scrive: J = S+D+A­R­T dove S è la radiazione del Sole; D, la radiazione diffusa dall'atmosfera; R, la radiazione diretta e diffusa per riflessione verso lo spazio dalla Terra e dall'atmosfera; A, l'irraggiamento proprio dell'atmosfera; T, l'irraggiamento proprio della Terra. (Tutti questi valori si esprimono in cal/cm²/min.)

L'insieme della radiazione solare diretta (S) e della radiazione diffusa emanata dall'atmosfera (D) costituisce la radiazione globale. La radiazione diffusa rappresenta il 63% circa dell'energia termica solare che raggiunge la Terra; la parte che arriva sulla superficie terrestre viene assorbita, trasformata in calore e successivamente irradiata nell'atmosfera attraverso un processo di trasferimento molto complesso. In questa maniera si mantiene un notevole scambio di energia tra il suolo e l'atmosfera. La radiazione solare diretta, nel suo cammino dall'esterno dell'atmosfera fino alla superficie terrestre, subisce diverse modificazioni dovute alla struttura dell'atmosfera terrestre. Principalmente si verificano un'intensa diffusione dovuta alla riflessione delle radiazioni in ogni direzione (circa il 23%) e un discreto assorbimento che avviene negli strati più bassi dell'atmosfera dove abbondano i cristalli di ghiaccio, le gocce d'acqua, il pulviscolo atmosferico e il biossido di carbonio che assorbono specialmente nell'infrarosso e trasformano le radiazioni in calore (circa il 14%). La superficie terrestre emette a sua volta radiazioni di grande lunghezza d'onda e riflette parte delle radiazioni di piccola lunghezza d'onda (albedo terrestre); l'albedo dipende dalla natura della superficie del suolo e dall'inclinazione dei raggi solari. Infatti quanto più bassa è la posizione del Sole tanto maggiore è lo spessore degli strati che la radiazione deve attraversare, per cui ne deriva che maggiore è l'azione riducente delle sostanze assorbenti. L'intenso raffreddamento, determinato dall'irraggiamento notturno del suolo, è favorito dal cielo sgombro di nubi, dall'aria secca e dall'assenza di vento o quasi; inoltre provoca un flusso di radiazioni tra il suolo e l'atmosfera diretto dal basso verso l'alto. Di giorno invece, e quando il cielo è coperto, il flusso è diretto dall'alto verso il basso determinando l'effetto serra, cosiddetto perchè le nubi e il vapore acqueo si comportano come i vetri di una serra.

La diffusione del calore sulla superficie terrestre segue precise modalità e si verifica fino a una certa profondità che è diversa a seconda della natura del suolo (terre, mari, sabbie, monti, ecc.). Nelle regioni aride e rocciose dei continenti si riscalda fortemente soltanto un sottile strato superficiale perchè tale terreno è un cattivo conduttore di calore; il riscaldamento durante il giorno è pertanto rapido e intenso ma con altrettanta rapidità il suolo si raffredda durante la notte. Ne consegue che di notte si ha un forte raffreddamento dei continenti con una elevata escursione termica.

Invece i mari e le superfici liquide si riscaldano molto lentamente durante il giorno a causa del maggior calore specifico dell'acqua rispetto a quello del terreno; parte della radiazione solare viene riflessa dalla superficie speculare dell'acqua, specie quando il Sole è basso sull'orizzonte; parte viene spesa per l'evaporazione dell'acqua e la rimanente penetra fino a 300 m di profondità. Durante la notte l'acqua si raffredda ma molto lentamente per cui l'escursione termica risulta assai limitata. Gli oceani, perciò, sono grandi serbatoi di calore che viene continuamente ceduto alle masse continentali mediante le correnti marine calde.