Emissione di Bremsstrahlung e applicazioni astrofisiche

Bremsstrahlung è un termine tedesco che si può tradurre come radiazione di frenamento. Tale termine descrive il fenomeno per cui una carica in moto all’interno di un campo elettrico viene decelerata ed emette radiazione elettromagnetica. La radiazione emessa si manifesta sotto forma di fotone, la cui energia corrisponde alla variazione dell’energia cinetica della particella. Oltre allo studio dell’emissione da parte di una singola particella, è di particolare interesse analizzare le caratteristiche della radiazione in un plasma, dove numerose particelle possono emettere collettivamente per Bremsstrahlung. In alcuni casi, una sorgente che emette per Bremsstrahlung può essere parzialmente opaca alla propria radiazione, dando origine al fenomeno dell’autoassorbimento, che si verifica quando il mezzo stesso assorbe parte della radiazione emessa, modificando lo spettro osservato. L’elaborato è suddiviso in tre parti. Nella prima parte si analizzeranno due scenari principali di emissione: il caso di Bremsstrahlung termica, che avviene in un plasma in equilibrio termodinamico, dove la distribuzione delle velocità delle particelle segue la statistica di Maxwell-Boltzmann; e il caso di Bremsstrahlung relativistica, che si manifesta quando le particelle emittenti possiedono velocità relativistiche e la distribuzione delle energie segue una legge di potenza anziché una distribuzione termica. La seconda parte tratta due contesti astrofisici in cui il processo di Bremsstrahlung riveste un ruolo fondamentale: le regioni HII, vaste nubi di gas ionizzato legate alla formazione stellare; e i raggi cosmici, particelle altamente energetiche che interagiscono con l’atmosfera terrestre. In conclusione, viene analizzato l’impiego della Bremsstrahlung in ambito medico, con particolare attenzione alla produzione di raggi X per l’imaging diagnostico, illustrando brevemente i principi fisici alla base della loro generazione nei tubi radiogeni.