Raggi X

I raggi X (o raggi Röntgen) sono quella porzione di spettro elettromagnetico con lunghezza d'onda compresa approssimativamente tra 10 nanometri (nm) e 1/1000 di nanometro (1 picometro), classificati come radiazioni ionizzanti, avendo un potere di penetrazione molto elevato: solo spessori dell'ordine di centimetri di piombo o di decimetri di calcestruzzo possono fermarli.

A lunghezza d'onda superiore a 0,1 nm sono chiamati raggi X molli; a lunghezze minori, sono chiamati raggi X duri. I raggi X duri si affiancano ai raggi gamma, più energetici, ma vengono distinti da essi a seconda della loro origine: i fotoni X sono prodotti da variazioni della cinetica degli elettroni, mentre quelli gamma da transizioni e decadimenti all'interno di un nucleo atomico (origine nucleare), o dall'annichilazione tra un positrone ed un elettrone.

Sono usati principalmente per fini medici (attraverso le radiografie), nell'analisi chimica con la spettrofotometria XRF e nell'analisi della struttura dei materiali con la cristallografia a raggi X e con la spettroscopia di assorbimento dei raggi X. Le ricerche puntano a visualizzare strutture in vivo sempre più minute e in laboratorio si riescono a raggiungere risoluzioni di 62 nanometri.

Storia

Nell'aprile 1887, Nikola Tesla iniziò a studiare i raggi X usando sia i propri apparecchi che i tubi di Crookes. Dai suoi resoconti tecnici, si vede che inventò e realizzò uno speciale tubo a raggi X con un singolo elettrodo. I tubi di Tesla differivano dagli altri per non avere un elettrodo bersaglio. Spiegò tutto questo nella sua lezione sui raggi X del 1897, all'Accademia delle Scienze di New York. Il termine moderno per questo processo è "bremsstrahlung", dove un'emissione secondaria di raggi X energetici viene prodotta quando particelle cariche (per esempio elettroni) passano attraverso la materia. Nel 1892 Tesla aveva compiuto numerosi esperimenti in tal senso, ma non rese pubblici i suoi risultati. I suoi esperimenti successivi lo portarono ad avvertire la comunità scientifica per primo dei rischi biologici connessi all'esposizione dei raggi X.

Hermann von Helmholtz formulò una descrizione matematica dei raggi X. Ipotizzò una teoria della dispersione prima che Röntgen facesse le sue scoperte e annunci. La sua formula era basata sulla teoria elettromagnetica della luce.

William Crookes investigò sugli effetti di scariche di energia in gas nobili. Costruì quello che adesso è chiamato un tubo di Crookes, poi evolutosi in tubo radiogeno: un cilindro di vetro al cui interno è fatto il vuoto, contenente degli elettrodi a cui vengono applicate correnti ad alta tensione. A pressione ambientale esso emetteva luce visibile, che variava di tipo col decrescere della pressione, fino ad affievolirsi sotto vuoto spinto, per poi spegnersi. Trovò che, disponendo delle pellicole fotografiche vicino al tubo, alcune venivano impressionate, ma non investigò questo aspetto. Difatti, in realtà l'emissione luminosa non si interrompeva come inizialmente aveva creduto, ma diventava invisibile solo all'occhio umano (dato che i raggi emessi lo attraversavano).

Nel 1892, Heinrich Hertz dimostrò che i raggi catodici potevano passare attraverso fogli di metallo molto sottile (come l'alluminio). Philipp von Lenard, uno studente di Hertz, continuò ad investigare. Sviluppò una nuova versione del tubo catodico, e studiò la penetrazione dei raggi X attraverso vari metalli. Lenard, però, non si rese conto della natura della radiazione che stava producendo, che pensava invece fosse di tipo noto.

Sul ruolo di Wilhelm Röntgen nella scoperta dei raggi X non si hanno testimonianze certe in quanto Röntgen, nel suo testamento, espresse il desiderio che tutta la sua corrispondenza scientifica venisse bruciata. Secondo quanto ricostruito l’8 Novembre del 1895, Röntgen stava facendo degli esperimenti con un tubo fluorescente, una capsula di vetro attraverso cui veniva fatta passare una corrente elettrica. Il fisico distogliendo lo sguardo dall'apparecchio notò che uno degli schermi posti a poca distanza dal tubo, stava brillando. Questa luce era visibile solo in una certa posizione dove è situata una parte sensibile della retina. Röntgen aveva coperto il tubo con degli spessi fogli di cartoncino nero: ciò che illuminava lo schermo era invisibile a occhio nudo e in grado di penetrare lo strato di carta che copriva il tubo. Ripetendo l’esperimento più volte, si accertò di non aver commesso errori e chiese alla moglie di mettere la mano tra il tubo e la pellicola. Così facendo il fisico ottenne la prima radiografia della storia.

Il fisico decise di chiamare i misteriosi raggi che avevano “stampato” la mano della moglie, “X” come il simbolo matematico che indica una quantità sconosciuta. Quello che il fisico tedesco aveva scoperto, era che in certe condizioni gli elettroni emessi dai tubi con cui stava eseguendo l’esperimento si trasformano in una radiazione elettromagnetica con la capacità di penetrare quasi qualsiasi materiale. Altra cosa che Röntgen non sapeva era che quel tipo di raggi hanno effetti simili ai raggi gamma, le radiazioni più pericolose tra quelle emesse durante le fissioni nucleari. Nel 1901 il fisico tedesco ricevette il Premio Nobel aprendo un ampio studio sui suddetti raggi, sull'utilizzo di questi e sui fenomeni radioattivi. Nel 1912 il fisico Max von Laue (1879-1959), riuscì a dimostrare che i raggi x subiscono una diffrazione attraverso un cristallo: si capì così che i raggi x hanno un'origine ondulatoria. Undici anni dopo si provò definitivamente che le vibrazioni elettromagnetiche dei raggi x sono del tutto analoghe a quelle costituenti i raggi luminosi e gli ultravioletti: l’unica differenza tra i raggi x e quelli ultravioletti e luminosi era quindi la lunghezza d'onda. I raggi x vennero quindi utilizzati a fini pratici per applicazioni nel campo della radioscopia e radiografia che utilizzano le due più importanti proprietà dei raggi x: l’attitudine ad impressionare le lastre fotografiche e quella ad attraversare parecchie sostanze non trasparenti ai normali raggi luminosi.

L'uso dei raggi X per scopi medici fu iniziato da John Hall-Edwards a Birmingham, Inghilterra. Nel 1908 dovette farsi amputare il braccio sinistro a causa di una dermatite causata dai raggi X.

Reazioni alla scoperta

Appena pochi giorni dopo la consegna del rapporto preliminare scritto da Röntgen, la notizia della scoperta fece il giro del mondo e il 5 gennaio 1896 comparvero i primi articoli sulla stampa ("Press" di Vienna) e dieci giorni dopo se ne interessò anche il New York Times. Il tenore degli articoli non fu gradito a Röntgen, che ravvisò sia un eccessivo tono sensazionalistico sia una marcata attenzione posta nei riguardi delle fotografie, a scapito di quello che secondo lo scienziato avrebbe dovuto essere il vero obiettivo delle inchieste e cioè la natura e le qualità dei raggi.
Inoltre qualche suo eminente collega, come ad esempio Lord Kelvin, si mostrò inizialmente scettico e non mancarono neppure numerose vignette umoristiche che evidenziarono un alto grado di fraintendimento sul senso della scoperta, e infine un buon numero di ciarlatani, come una ditta londinese che pubblicizzò la messa in commercio di una "biancheria a prova di raggi X"; o dei religiosi francesi che si appropriarono del fenomeno, sostenendo addirittura di poter fotografare l'anima.

Raggi X e raggi gamma, come le radiazioni ionizzanti in genere, sono classificati dagli anni settanta secondo lo IARC come agenti cancerogeni noti, nell'impiego radiologico e tomografico, e al contempo uno dei metodi di indagine più utili. Prima di sottoporsi a esami controproducenti, occorre che un esperto valuti il rapporto rischi-benefici, evitando che l'eccesso diagnostico si trasformi in una concausa della malattia.

Gli studi degli epidemiologi Alice Stewart e George Kneale hanno documentato tra il 1953 e il 1956 il rischio di malformazioni e di cancro nei neonati, se questi o le donne in gravidanza vengono sottoposti ai raggi X.

Voci correlate

• Tubo radiogeno
• Radiazioni ionizzanti
• Diffrattometria a raggi X
• Astronomia a raggi X
• Spettrofotometria XRF
• Bioimmagine
• Radiografia
• Radiologia
• Radioterapia
• Scanner a retrodiffusione di raggi X
• Generatore di raggi X

Altri progetti

• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su raggi X

Collegamenti esterni

• (EN) Raggi X, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
• (EN) IUPAC Gold Book, "X-radiation", su goldbook.iupac.org.
• La scoperta dei raggi X raccontata l'otto novembre 2021 al programma Wikiradio su RAI Radio 3, da Massimo Pinto