Radiazione elettromagnetica

In questo appunto viene descritto il concetto fisico, matematico e chimico di radiazione elettromagnetica e di radiazione ionizzante, attraverso le formule principali e i concetti chiave relativamente alle onde per comprendere appieno l'argomento.

La radiazione elettromagnetica

La radiazione elettromagnetica è una forma di trasmissione di energia attraverso lo spazio vuoto oppure attraverso un mezzo in cui i campi elettrici e magnetici si propagano sotto forma di onde.

Un’onda è una perturbazione che trasmette energia attraverso un mezzo.
Un’onda è formata da creste e ventri. La cresta è il punto più alto rispetto a un’immaginaria linea centrale dell’onda, mentre i ventri sono i punti più bassi.
L’altezza massima al di sopra della linea centrale, oppure la profondità massima al di sotto, viene detta ampiezza. La distanza tra i punti più alti di creste successive viene detta lunghezza d’onda, ed è indicata dalla lettera greca lambda λ.
Un’altra caratteristica è la frequenza, che consiste nel numero di creste o ventri che passano in un dato punto nell’unità di tempo (il numero di onde che, per secondo, passa in un punto). È rappresentata dalla lettera greca nu ν.
L’unità del sistema internazionale (SI) per la frequenza è l’hertz, mentre l’unità del SI per la lunghezza d’onda è il metro.
Il prodotto della frequenza per la lunghezza d’onda rappresenta la velocità dell’onda.
Più nello specifico, per Radiazione, definita anche come “Onda elettromagnetica”, si intende il trasporto di energia nello spazio: non è necessario un mezzo affinché si verifichi il trasporto, queste onde si possono propagare anche nel vuoto. È un fenomeno ondulatorio e come tale, si associa alla radiazione una lunghezza d’onda λ, una frequenza ν ed una velocità di propagazione v, ottenuta come segue:

Caratteristica distintiva di tutte le onde è la loro velocità di propagazione (c), essa corrisponde alla velocità della luce, che è uguale a

.

Ne consegue che lunghezza d’onda e frequenza siano inversamente proporzionali.
Frequenze di luce differenti corrispondono a colori differenti, e l’intervallo completo di tutte le frequenze è lo spettro elettromagnetico.

Per ulteriori approfondimenti sulla frequenza, vedi qui

Per ulteriori approfondimenti sulla lunghezza d'onda, vedi qui

Per ulteriori approfondimenti sulla velocità della luce, vedi qui

Spettro di Radiazioni Elettromagnetiche

Dopo aver introdotto il concetto di radiazione elettromagnetica è possibile andare a definire lo spettro di radiazione elettromagnetica. Osservando lo spettro di radiazioni elettromagnetiche si possono fare differenti conclusioni, riportante di qui a seguire relativamente alla costruzione dello spettro di radiazioni in funzione della lunghezza d'onda e della frequenza d'onda.
All’aumentare della lunghezza d’onda diminuisce la frequenza e anche viceversa. È possibile individuare diverse tipologie di radiazioni in base alla regione dello spettro a cui è associata una ben determinata fascia di lunghezza d’onda e frequenza. Nello specifico qui di seguito alcune tra le principali tipologie di radiazioni elettromagnetiche:

• Raggi γ: non è altro che uno spettro di radiazioni con frequenza
  [math]10^{24}-10^{20}[/math]
  e lunghezza d’onda
  [math]10^{-16}-10^{-12}[/math]
  . Vengono utilizzati ad esempio in Medicina Nucleare.
• Raggi X: non è altro che uno spettro di radiazioni con frequenza
  [math]10^{19}-10^{17} [/math]
  e lunghezza d’onda
  [math]10^{-11}-10^{-9}[/math]
  . Vengono utilizzati ad esempio nella Radiologia convenzionale e digitale e nella Tomografia computerizzata (TC).
• Radiofrequenze: utilizzate nella Risonanza magnetica.

Sorgente, detettore e rivelatore

Un’onda elettromagnetica è una perturbazione generata da una “Sorgente”, che si manifesta come variazione di intensità del campo elettromagnetico ad essa associata, e dunque anche del campo magnetico. La sorgente emettitore di radiazione elettromagnetica indirizza l’onda verso un mezzo, mentre un sistema “Detettore”, ovvero un “Rivelatore”, rivela le variazioni che ha subito quel mezzo a causa della radiazione che lo ha attraversato.

Il concetto di radiazione ionizzante

È necessario, infatti, introdurre il concetto di Radiazione ionizzante. Per radiazione ionizzante si intende un’onda elettromagnetica a cui è associata un’energia tale da provocare il fenomeno della ionizzazione del mezzo, ovvero della materia colpita che è stata attraversata dalla radiazione. Le radiazioni ionizzanti si distinguono in tre differenti tipologie le quali vengono descritte qui di seguito:

• Radiazione direttamente ionizzante: si verifica una ionizzazione diretta della materia causata dalla radiazione che possiede una certa carica o massa, un esempio sono le particelle α o β, particelle cariche che collidono con la materia attraversata.
• Radiazione indirettamente ionizzante: si verifica quando le radiazioni incidenti con la materia sono prive di carica, ad esempio Raggi X o i Raggi γ, che possiedono un’energia sufficiente a ionizzare la materia, non per collisione diretta con la materia, ma grazie alla generazione di particelle cariche secondarie, che una volta generate collidono e ionizzano il mezzo attraversato.

L’ultima classificazione da fare riguarda le radiazioni corpuscolate e non corpuscolate. Per radiazione corpuscolata si intende quella radiazione dotata di massa o di particelle cariche elettricamente o i neutroni. Per radiazione non corpuscolata si intendono le radiazioni non cariche e prive di massa, dunque i Raggi X e i Raggi γ.

Approfondimenti

In fisica il concetto di onde è fondamentale. Qui brevemente vengono ripresi i concetti base relativamente alle onde, quindi in merito al concetto di interferenza tra le onde. Il fenomeno deve essere attenzionato nel campo delle radiazioni elettromagnetiche.
Se due onde sono sovrapposte, allora si ha un’interferenza tra esse. Questa interferenza può essere positiva o negativa.
L’interferenza è detta costruttiva se le onde sono in fase, ovvero se le creste e i ventri di due onde coincidono e si combinano per produrre creste più alte e ventri più profondi.
L’interferenza è invece detta distruttiva se le onde si incontrano in modo tale che le creste di una corrispondano con i ventri dell’altra e viceversa. In questo caso le onde si dicono fuori fase, e si cancellano l’una con l’altra.
Altro fenomeno che interessa le onde elettromagnetiche è il fenomeno della diffrazione. La diffrazione consiste nella dispersione delle componenti di diversa lunghezza d’onda per l’interferenza prodotta dalla riflessione sulla superficie.

Per ulteriori approfondimenti sul sistema internazionale, vedi qui

Per ulteriori approfondimenti sui raggi x, vedi qui

Per ulteriori approfondimenti sulle onde, vedi qui