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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.

spettro elettromagnetico

Spettro elettromagnetico.

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).

Tubo per raggi X

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.

Il fisico tedesco Wilhelm Conrad Röntgen.

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

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.

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