| Istituto Nazionale di Fisica Nucleare - INFN |
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SAMADHA è un progetto dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) di dosimetria ambientale, dedicato al monitoraggio della dose dovuta ai raggi cosmici in zone in alta quota in Sud America, nella regione dell'Anomalia Magnetica del sud Atlantico. I raggi cosmici sono particelle energetiche (per la maggior parte protoni) che arrivano dallo spazio e bombardano costantemente la Terra. Quando entrano in atmosfera interagiscono con i nuclei di azoto e ossigeno, dando origine a cascate di particelle secondarie: elettroni, muoni, raggi gamma, neutroni e vari tipi di mesoni. Le particelle che arrivano al suolo contribuiscono alla dose totale dovuta alla radiazione ionizzante di origine naturale, con intensità crescente con la quota sul livello del mare a causa del minore assorbimento atmosferico. Benché il flusso al suolo dei neutroni sia più basso rispetto a quello di altre particelle secondarie, il loro contributo alla dose è molto importante, per via dei gravi danni biologici che le loro interazioni possono causare alle nostre cellule. |
 Immagine: NASA |
 Immagine: British Geological Survey (bgs.ac.uk) |
L'Anomalia Magnetica del Sud Atlantico (SAA = South Atlantic Anomaly) è un’ampia regione
che si estende su parte dell’Oceano Atlantico e del Sud America, dove, a causa
dell’inclinazione dell'asse del campo geomagnetico rispetto all’asse di rotazione della Terra
e dello spostamento del centro del dipolo rispetto al centro terrestre,
il campo magnetico ha i valori più bassi di tutto il pianeta.
La figura a lato mostra una mappa del campo geomagnetico sulla superficie terrestre. Il campo ha valori minimi (zona blu) in corrispondenza del Sud America e dell'adiacente Oceano Atlantico. A causa di questa asimmetria del campo geomagnetico, la SAA è la regione in cui le fasce di Van Allen si avvicinano maggiormente alla superficie terrestre. |
 Immagine: NASA |
Le fasce di Van Allen (Radiation Belts) sono due regioni di forma toroidale che avvolgono la Terra, entro le quali vi è una altissima densità di raggi cosmici intrappolati dal campo geomagnetico. Nella fascia interna, più vicina alla superficie terrestre, le particelle intrappolate sono per lo più protoni, mentre nella fascia esterna si trovano maggiormente elettroni. Nella regione della SAA i punti estremi (detti mirror points) della fascia di Van Allen interna si avvicinano alla superficie terrestre fino a una distanza di circa 200 km, generando un serbatoio di particelle energetiche sopra gli strati più alti dell’atmosfera. L’attività solare, perturbando il campo geomagnetico, influenza l’estensione e i flussi di particelle nelle fasce di Van Allen, favorendo improvvisi rilasci di particelle dalle regioni di intrappolamento. |
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Secondo i dati registrati dal satellite Pamela (Adriani et al. 2015), lo spettro energetico dei protoni intrappolati
nella fascia interna di Van Allen si estende fino a qualche GeV. In caso di “precipitazioni” di protoni dovute a perturbazioni magnetiche causate dall’attività solare, le interazioni dei protoni più energetici con i nuclei dell’atmosfera potrebbero produrre particelle secondarie in grado di raggiungere il suolo, che si sommerebbero al flusso standard dei raggi cosmici. L'osservazione di questi fenomeni, in particolare sotto forma di flussi di neutroni, sarebbe favorita ad alta quota a causa del minor assorbimento atmosferico. Il flusso di neutroni aumenta infatti di un fattore 25-30 passando dal livello del mare a 5000 metri. La figura a lato mostra come varia la dose oraria in funzione della quota sul livello del mare, dovuta ai vari tipi di particelle secondarie dei raggi cosmici, secondo alcune simulazioni Monte Carlo (Ferrari et al. 1999). La figura si riferisce a una zona con rigidità magnetica simile a quella delle zone interessate. I neutroni danno il contributo maggiore alla dose dalle quote montane fino a più di 30 km di altezza. |
 Grafico di Ferrari et al.(1999) |
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Il progetto SAMADHA è dedicato al monitoraggio dosimetrico nelle zone andine entro
la regione della SAA, per studiare eventuali variazioni della dose dovute alla vicinanza
delle fasce di Van Allen alla superficie terrestre.
L’interesse del progetto va ben oltre il puro dato scientifico, se si considera che nella regione andina vivono milioni di persone a quote estremamente elevate. Si pensi all’altipiano boliviano, situato a oltre 4000 metri, con un milione di persone nella sola città di El Alto, o ad agglomerati urbani come la Rinconada in Perù, posto oltre i 5000 metri, dove vivono circa 30000 persone. La località scelta per le misure è il laboratorio di alta quota di Chacaltaya in Bolivia (5240 m), situato all’interno della SAA, dove vengono eseguiti vari tipi di misure dosimetriche, pubblicate qui, aggiornate ogni ora. Nel Laboratorio della Testa Grigia (3480 m) del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) a Plateau Rosa (Cervinia) vengono eseguite ulteriori misure dosimetriche come termine di contronto al di fuori della SAA, pubblicate qui, aggiornate ogni ora. Le misure di SAMADHA costituiscono il primo monitoraggio in alta quota nella regione della South Atlantic Anomaly, estendendo così la mappatura dosimetrica dell’emisfero Sud iniziata con i progetti INFN HALCORD e CORA nella base argentina di Marambio in Antartide e che proseguirà nel 2022-2023 con il progetto CORDIAL, finanziato dal Progetto Nazionale Ricerche in Antartide (PNRA) per misure nella base antartica italo-francese Concordia a Dome-C. |
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