Raggi X
Che cosa sono i raggi X?
I raggi X (o raggi Röntgen, dal nome del loro scopritore) sono radiazioni elettromagnetiche caratterizzate da lunghezze d'onda comprese tra 10-9 e 10-11 m.
Sono raggi simili alla luce del visibile e ai raggi UV dai quali differenziano per avere una minore lunghezza d'onda e, conseguentemente, una maggiore frequenza; i raggi X hanno però maggiori lunghezze d'onda (e conseguentemente frequenze più basse) rispetto ai raggi gamma.
I raggi X di lunghezza d'onda maggiore si dicono "molli", mentre quelli di piccola lunghezza d'onda, più energetici, sono detti "duri"; i primi vengono utilizzati a scopo diagnostico, i secondi nella cura del cancro, perché in grado di uccidere le cellule tumorali.
Come possono essere prodotti i raggi X?
I raggi X possono essere prodotti in vario modo. Ad esempio, facendo passare i raggi gamma attraverso il sistema di elettroni interni di un atomo, può succedere che alcuni di essi (gli elettroni) siano espulsi dall'atomo stesso; quest'ultimo, per ristabilizzarsi, può emettere raggi X.
Succede infatti che le particelle incidenti strappano dagli atomi gli elettroni dei livelli più interni, il cui posto viene rimpiazzato da elettroni situati nei livelli energetici più esterni: in questo passaggio si producono fotoni di elevata frequenza (raggi X).
Tale fenomeno è possibile in tutti gli elementi chimici ma è particolarmente evidente nel caso dei metalli pesanti colpiti da raggi catodici (elettroni veloci).
In pratica, invece, i raggi X vengono prodotti tramite l'utilizzo di tubi ad alto vuoto (tubi per raggi X) in cui gli elettroni emessi da un catodo e accelerati verso un anodo, vanno a colpire un bersaglio metallico (anticatodo, che può coincidere con l'anodo). Tra anodo e catodo si applicano elevate differenze di potenziale (oltre 25 kV) per ottenere elevate energie degli elettroni (e quindi dei raggi X prodotti).
Quello descritto è il metodo impiegato nella produzione di raggi X in medicina: gli elettroni, prodotti in un tubo a vuoto per effetto termoionico, vengono accelerati fino ad una velocità pari al 63% circa della velocità della luce, in uno spazio di pochi centimetri, e successivamente proiettati contro un bersaglio in lega di tungsteno, in genere ruotante per diminuirne l'usura, montato su un supporto di rame, per disperdere meglio il calore.
La scoperta dei raggi X
I raggi X furono scoperti per caso nel 1895 da Wilhelm Conrad Röntgen, mentre faceva esperimenti sui raggi catodici con un tubo a vuoto. Il fisico si accorse che, nonostante quest'ultimo fosse ben schermato, su una lastra di platinocianuro di bario che si trovava per caso nelle vicinanze si osservava una intensa fluorescenza; dovevano quindi essere state emesse delle radiazioni molto potenti, che riuscivano a oltrepassare lo schermo protettivo.
Mentre lavorava, si accorse anche di un altro fatto, ancora più sorprendente: su una delle lastre fotografiche si vedeva l'ombra delle ossa della propria mano! Questo lo convinse definitivamente di trovarsi di fronte a un fenomeno nuovo e importante.
Dopo un mese di studio intenso, comunicò i risultati delle sue ricerche, con una memoria che destò grande interesse nella comunità scientifica; dopo soli tre mesi, in un ospedale di Vienna veniva eseguita la prima radiografia della storia.
Radiografia di un piede.
Altre informazioni riguardanti la scoperta dei raggi X le puoi trovare nel seguente video:
Proprietà dei raggi X
I raggi X godono di tutte le proprietà delle radiazioni elettromagnetiche.
Di seguito elenchiamo le principali:
- possono essere diffratti utilizzando i cristalli come reticoli di diffrazione;
- hanno un notevole potere penetrante;
- sono assorbiti in maniera selettiva dai diversi elementi (l'assorbimento è maggiore all'aumentare del numero atomico dell'elemento).
Sin dagli anni settanta i raggi X sono classificati come agenti cancerogeni noti. Le prime osservazioni sull'influenza dei raggi X sulla materia vivente risalgono invece a qualche anno dopo la riscoperta delle leggi di Mendel, ossia verso il 1903. Già allora, utilizzando sorgenti di raggi X, alcuni ricercatori avevano osservato che piccole dosi di tali radiazioni eccitavano i processi vitali, mentre dosi elevate immobilizzavano le attività e potevano anche distruggere i tessuti.
Applicazioni dei raggi X
I raggi X trovano impiego:
- nell'analisi non distruttiva dei materiali;
- nell'analisi cristallografica;
- in radiografia medica;
- in radioterapia.
Ricapitolando
Per lunghezze d'onda intorno ai 10-10 m abbiamo i raggi X: la lettera X ricorda infatti il 10 latino.
Poiché la lunghezza d'onda di questa radiazione è molta piccola essa viene assorbita molto poco dalla materia in particolare viene assorbita da quegli elementi che hanno un numero atomico molto grande.
Proprio per questo i raggi X vengono utilizzati per fare le radiografie perché attraversano gli strati molli del nostro corpo ma vengono assorbiti dal calcio delle ossa.
Il passaggio però attraverso gli strati molli del nostro corpo quali tessuti e organi può danneggiare il DNA dando vita a replicazioni cellulari errate e quindi l'insorgere di tumori.
I raggi X vengono impiegati molto in medicina per indagini diagnostiche sull'interno del nostro corpo come radiografie e TAC. Questo tipo di esami è necessario quando bisogna individuare rotture ossee oppure presenze di tumori in zone del corpo che altrimenti sarebbero impossibili da vedere: bisogna sempre valutare i rischi benefici prima di eseguire un esame del genere. Anche negli aeroporti per il controllo bagagli sono utilizzati raggi X.
La produzione di raggi X avviene solitamente per radiazione da franamento; un fascio elettronico viene accelerato e poi viene fatto sbattere ad altissima velocità contro una lastra di piombo da questa vengono emessi raggi X per radiazione di frenamento.
Un'altra modalità di produrre raggi X è il sincrotrone cioè un anello circolare in cui vengono fatte viaggiare cariche elettriche ed in corrispondenza delle parti curve a seconda dell'energia che le cariche possiedono possono emettere raggi X utilizzati per finalità di studio e di indagine della materia.
La lunghezza d'onda dei raggi X infatti corrisponde tipicamente alle distanze interatomiche delle molecole e pertanto sono un ottimo strumento di indagine dello studio dei reticoli cristallini ad esempio.
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