Let's measure Radiation: the radioactivity of everyday objects 放射線を測って見よう

This post is based on a stand the JEM-EUSO group  prepared for RIKEN open campus, in April 2012. 

The poster prepared fo RIKEN open campus 2012. Click to enlarge
Special thanks to I. Kaneko for the graphic layout and to H. Miyamoto
for the Japanese translation.

Polonium creeps into tobacco
Tobacco is the single largest source of radiation affecting to man, both in Europe and Asia and worldwide. In fact cigarettes contain polonium-210, which accumulates on the tobacco leaves due to the fertilizer used, apatite, which also includes radium and lead-210.Smoking, polonium is deposited at bifurcations of the bronchi with the lungs, one of the places where they originate many of the cancers of smokers.

Smoking a pack of cigarettes a day, we are exposed to 100 mSv each year (compared to a threshold of 15mSv and an average of 1mSv). Consequently the risk of getting cancer is 25 times greater than those subject only to environmental radon. Note that these figures are for deaths due to radiation and do not include those for cancer directly caused by carcinogenic substances in the smoke. Moreover, the tar in cigarette smoke also has the effect of fixing the particles of radon in the lungs by preventing the body to eject the radioactive material  and increasing the damage compared to a non-smoker who is exposed to the same quantity of radon. It is estimated that every year in Europe, a tenth of deaths from lung cancer, about 20,000 cases are due to exposure to radon and polonium. From these estimates we can conclude that fifty years of smoking have caused – only for the radiation component - a million deaths in Europe.

In detail, the probability of contracting lung cancer before 75 years at concentrations of 0, 100 and 400 Bq/m3 radon is equal to, respectively, 0.4%, 0.5% and 0.7% for non-smokers. For those who smoke a pack of cigarettes a day the risk rises to 10%, 12% and 16%. An estimated 20,000 deaths in Europe each year from lung cancer are due to exposure to radon (9% of all deaths from lung cancer, representing 2% of deaths from all cancers). 

肥料からポロニウムを吸収 

タバコは単体で人体に最大の影響を及ぼす放射線源で、その影響はヨーロッパやアジア、世界各国に及びます。

タバコを製造する際に使用するタバコの葉には放射性物質が含まれています。特にポロニウム210やラジウム、鉛210を含んでいて、そのほとんどが土壌と肥料から吸収したものです。

喫煙により、ポロニウムは肺につながる気管支の分岐に蓄積されます。喫煙者のがんの多くが発症する部位の一つです。

たばこを1日1箱吸うと、１年間に100ミリシーベルトの放射線を浴びることになります（法で定められた年間許容量は20ミリシーベルト、日本の平均自然放射線量は1ミリシーベルト）。結果として、自然界のラドンからの放射線のみを浴びている場合と比べてがんになるリスクが25倍になります。ただし、これらの図は放射線による死亡率を表したもので、タバコに含まれる発がん性物質によるがんは含まれていません。更にタバコの煙に含まれるタールは放射性物質を体外に排出する働きを妨げるため、肺の中のラドンの粒子を固定し、同量のラドンに曝された非喫煙者に比べて、よりダメージが大きくなります。ヨーロッパでは毎年肺がんによる死亡件数のうち１０％に当たる２万人がラドンやポロニウムの放射によるものであると見られています。これらの見積もりから50年間の喫煙による志望者数は（放射性物質によるものだけで）ヨーロッパにおいて 100 万人に上ることになります。

より詳しく述べると、75歳以下の肺がんの発症率は、非喫煙者の場合、1立方メートル当り0、100、400ベクレルのラドンに被ばくした場合、それぞれ全体の0.4％、 0.5％、 0.7％なのに対して、喫煙者の場合はリスクがそれぞれ10％、 12％、 16％に上がります。ヨーロッパにおける年間2万件の肺がんによる死亡推定件数はラドンの被ばくによるものです（肺がん死亡件数のうち9％がラドン被ばくによるもので、これは全てのがんによる死亡率の2％にあたります）

Food

All food contains small amounts of radioactive material: for instance  bananas contain about 125Bq/kg of potassium-40 (which means that a kilogram of bananas contains 125 Potassium nuclei that decay each second). Brazil nuts can contain up to 260 Bq/kg of radium. Currently all food limits are at 100 Bq/kg or below for cesium. It should be noted that there may be a difference in the total dose depending on the speed of the various radioactive substances are expelled from the body (for example, the potassium is removed rela

tively fast, while cesium may remain in the human body for a longer period).

私たちが普段口にする食べ物は全て微量の放射性物質を含んでいます。例えばバナナは1kg当り125Bqのカリウム40を含んでいます（バナナに含まれるカリウムは、毎秒1kg当り125個ずつ崩壊しながら放射線を出します）。同様にブラジルのナッツには１kg当たり260Bq以下のラジウムが含まれています。現在全ての食物において、セシウムの含有量は  １kg当り100Bq以下に制限されています。ここで注意しなければならないのは、取り込まれた放射性物質が私たちの体から排出されるまでの時間によって、私たちの体が浴びる総放射線量が変わるということです（例えば、セシウムが長く体内に留まるのに対して、カリウムは比較的早く体外に排出されます）。

Sei anni di PAMELA nello spazio

Oggi PAMELA festeggia sei anni di vita:  il 15 giugno 2006 è infatti stata lanciata dal cosmodromo di Baikonur (Kazakistan), dalla  stessa rampa usata per il satellite  Sputnik e per il volo   di Yuri Gagarin.

PAMELA è uno spettrometro magnetico rivolto allo studio di raggi cosmici ed alla ricerca di antimateria nello spazio. 

PAMELA sulla rampa di lancio,  14/6/2012

Lo strumento, del peso complessivo di 470 kg ed alto circa 1.3 m,   è   composto da una serie di  rivelatori rivolti allo studio di elettroni, positroni, protoni nei raggi cosmici in un ampio intervallo energetico, misurando  la componente di antimateria  ad un'energia e  con una precisione   sino ad ora mai raggiunte.   In sei anni le misure di PAMELA hanno rivoluzionato le conoscenze sui raggi cosmici nella nostra galassia, scoprendo una nuova componente di positroni, di protoni ed elio ed una fascia di antimateria intorno al nostro pianeta. 

La Soyuz pochi secondi prima del lancio (giugno 2006)

Lancio (foto F. Cafagna)

Alcuni   raggi cosmici osservati con PAMELA. Sinistra:  Elettrone di 0.171 GV. La particella entra dall’alto della figura colpendo due barre dello scintillatore posto in cima (S1) e sopra il magnete (S2). La sua traiettoria -  curvata dalla presenza del campo magnetico -  è rivelata delle microstrip al silicio del tracker. La particella interagisce successivamente con lo scintillatore di fondo (S3) prima di essere assorbita dal calorimetro tracciante al silicio tungsteno. Centro:  Positrone di 0.169 GV. Le interazioni con l’apparato sono simili a quelle dell’evento precedente ma la curvatura è nel verso opposto. Destra: un protone di 36 GV. La sua alta energia fa sì che la curvatura nel magnete sia molto ridotta. E’ visibile lo sciame adronico prodotto dall’interazione con il calorimetro, la carica rilasciata nello scintillatore di coda (S4) ed i neutroni prodotti nello sciame e rivelati nel rivelatore di neutroni.




Qui abbiamo festeggiato i 2000 giorni e qui i cinque anni. Con la nuova candelina rinnoviamo tanti auguri di lunga vita: i prossimi anni saranno fondamentali per lo studio dell'attuale ciclo solare....

Simple astronomy with digital camera / デジカメで手軽に天文学

This post is based on a stand the JEM-EUSO group  prepared for RIKEN open campus, in April 2012. 

After the Venus passage we do not need to stop with backyard astronomy: With current quality of digital cameras everyone can take good astronomical pictures. They will not be detailed as those of Hubble Space Telescope, but you can have a lot of fun discovering the universe with your own eyes.

You only  need a tripod or a place to set your camera steady, any camera will work:

If your camera has fixed setting, choose night, or star.

If you can change settings manually usually it is better to choose largest aperture, long exposure, set the manual focus to infinity, ISO 400 or higher. 

Moon, stars, nebulae and the planets are easily accessible: start using the settings in the pamphlet  and experiment with your own!

The poster prepared fo RIKEN open campus 2012. Click to enlarge
Special thanks to I. Kaneko for the graphic layout and to H. Miyamoto
for the Japanese translation.

誰でもデジタルカメラで天体の写真をとることができます。ハッブル宇宙望遠鏡みたいな性能はなくても、自分の目でたくさんの天体を発見するのはすごく楽しいですよ。必要なのはカメラを固定する三脚だけ。どんなカメラでも大丈夫。

カメラを固定したら夜空に向けてみましょう。特定の星を選んで向けてみても良いです。手動でカメラの
設定を変えられるなら、絞りを最大、露光時間を最長、焦点を無限大に合わせて、ISOを400かそれ以上にすると良いでしょう。それが終わったらたくさんのターゲットの中から見たいものを選びましょう。

Piezonucleare, piezoelettrico, e i Simpsons

Il piezonucleare è giunto recentemente alla ribalta delle cronache scientifiche a seguito delle forti critiche mosse da tutto l'ambiente scientifico ai suoi proponenti. 

Il fenomeno della piezoelettricità, dal greco piezein  (πιέζειν - premere), consiste nella generazione di cariche elettriche quando si comprime un cristallo. Applicando pressione od un colpo secco  questi materiali si polarizzano elettricamente ed è possibile generare una scarica elettrica come negli accendigas piezoelettrici, che operano senza batterie. 

Una possibile centrale piezonucleare
da "I Simpsons" st4.ep17
(la citazione è di scientificast.it)

Il piezonucleare vorrebbe generare reazioni    nucleari   a partire da vibrazioni ultrasoniche o generando urti nei materiali che - a detta degli autori - subiscono fissione.

 Esiste pochissima letteratura al riguardo: un articolo del 2009 in cui  gli autori dichiarano di aver osservato solo l'emissione di neutroni e dunque di essere in presenza di un nuovo tipo di reazione nucleare. 

A questo articolo seguirono due secche smentite  qui e qui (questo è il link di un articolo completo in forma di preprint), che misero in evidenza vari errori sperimentali, procedurali e di concetto dell'analisi dei dati, Inoltre il primo gruppo fa notare come "extraordinary claims require extraordinary evidence" e che l'ipotesi di una  nuova forma di reazione nucleare va contro tutti gli studi effettuati nel cento anni a partire dai tempi di Madame Curie (la quale aveva anche investigato la possibilità di realizzare reazioni nucleari dagli urti  non trovando nulla).

Nel 2010 un altro gruppo ripete gli esperimenti e non osserva niente.

Nel 2011 viene pubblicato un altro articolo (Strain 47 (Suppl. 2), 282 (2011)) in cui si ribadisce la presenza di reazioni nucleari a partire da colpi di frattura. Anche questo articolo viene smentito in un recente preprint, in cui si mostra - con solo carta, forbici e colla - che i dati sono fortemente correlati nell'ultima cifra, quella meno significativa e dunque quella che dovrebbe avere una distribuzione casuale. La forte correlazione è indice di dati alterati erroneamente (nel migliore dei casi) o volutamente.

Le evidenze sperimentali sono quindi tutte a sfavore del piezonucleare. Tra l'altro basterebbe ricordare che urti e onde sonore  altro non sono che vibrazioni del reticolo cristallino e della struttura atomica dei corpi e sono migliaia se non milioni  di volte meno intense di quelle necessarie per raggiungere il nucleo ed eventualmente strappargli un neutrone. 

Come se non bastasse la spiegazione che gli autori danno di questo "nuovo fenomeno" è basata su fantomatiche generalizzazioni della relatività generale di Einstein, studi a loro volta con pessimi commenti da parte  di tutti i fisici teorici che si sono presi la briga di leggere gli articoli. 

Anche in questo caso scale ed energie in gioco sono completamente diverse, questa volta di milioni di miliardi di volte: la relatività generale entra in gioco su scale di ammassi di galassie ed è debolissima su scale locali e nucleari. Perché sia così è uno dei più grandi misteri della fisica moderna, come pure il fatto che non è possibile al momento mettere insieme meccanica quantistica, che governa le reazioni nucleari, e relatività generale, che funziona su scale di ammassi di galassie o su tutto l'universo.  I migliori fisici teorici di tutto il mondo stanno lavorando seguendo strade diverse (le superstringhe, la gravità quantistica...) ma sono ben  lungi dall'aver trovato una soluzione come quella trionfalmente annunciate nei lavori citati

In conclusione: 1) Nessuno  è riuscito a riprodurre il fenomeno del piezonucleare ed anzi i test hanno dimostrato l'assenza di questo effetto.

2) Le teorie propugnate non sembrano avere alcun senso e non spiegare il fenomeno (assente).

Sono stati fatti vari paragoni con la fusione fredda (FF). Qui siamo più vicini all'astrologia, alla macumba o alla centrale a martelli dei Simpsons che alla FF. Per quanto contestati i risultati sperimentali della FF, almeno i ricercatori che lavorano in quel campo si muovono (chi più chi meno) nell'ambito del processo scientifico tentando  di riprodurre il fenomeno in maniera sistematica (anche se altrettanto non si può dire delle applicazioni tecnologiche).

Un bel riassunto della vicenda con una richiesta di chiarimento agli autori si trova qui, Un vivace dibattito prima che scoppiasse  il "caso" è riportato qui. Un'altra descrizione molto precisa è invece a questo indirizzo (segnalato da pierop nei commenti). Se siete interessati ai retroscena politici e di gestione degli enti di ricerca (ma è in prima battuta un  problema scientifico) ne hanno parlato il fatto, il sole 24 ore, e wired tanto per citarne alcuni.

Su youtube sono presenti anche vari video di presentazioni dei risultati del piezonucleare da parte degli autori.

Se poi siete interessati a firmare un appello al MIUR  (come ha fatto il sottoscrtto) andate qui.
[edit 10-6-2012] qui c'è una mia intervista sul bel podcast di scientificast.it
[edit 11-6-2012] qui una risposta di Carpinteri, che però non aggiunge informazioni sulla riproducibilità degli esperimenti o nuovi dati. 
[edit 15-6-2016] qui c'è un articolo su Nature (Italian scientists win battle to halt controversial research)
 che riporta la risposta del ministro. 

Lunar eclipse on June 4th 2012: (bad) photos

Tonight, on June 4th 2012 it will be possible from the East Asia/Pacific/America to assist to a partial lunar eclipse: it will not be as spectacular at the recent solar anular eclipse or the previous total  lunar eclipse in December 2011 but it will still be a beautiful sight.
[EDIT 22:01 4/6/2012]

20:43 JST 2.5s f5.6 iso 100

21:03 JST 6s f10 iso100 

Very bad weather, could only take two pictures with barely visible eclipse. Long term exposure helped to reduce the noise and smearing from the clouds.

The NASA website has all info on the event:

 Penumbral Eclipse Begins:    08:48:09 UT   17:48:09 JPN
 Partial Eclipse Begins:      09:59:53 UT   18:59:53 JPN
 Greatest Eclipse:            11:03:13 UT   20:03:13 JPN
 Partial Eclipse Ends:        12:06:30 UT   21:03:30 JPN                    Penumbral Eclipse Ends:      13:18:17 UT   22:18:17 JPN

Moonrise is at 18:43 so it will be possible to see the eclipse already ongoing some time after 7pm.
The Moon is very bright, so 1/125s exposure (largest aperture is best) should be enough and -  if you do not zoom too much - you will be able to take nice pictures even without tripod.
Next is the transit of Venus (link in italian) of June the 6th!

Position of the Moon behind the Earth in today's eclipse (from NASA website)