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Alla scoperta dei raggi X

Pubblicato il Pubblicato in Eureka, Recenti, Scienza e Salute
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Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923) è stato un fisico tedesco, scopritore dei raggi X. Tale scoperta gli valse il Premio Nobel per la Fisica nel 1901, il primo mai assegnato nella storia

I raggi X furono osservati per la prima volta dal fisico tedesco Wilhelm Conrad Röntgen, l’8 Novembre del 1895. Tale scoperta segnò l’inizio di un cambiamento rivoluzionario nel mondo della fisica e fu un significativo progresso scientifico che rese visibile l’invisibile. I raggi X possono essere considerati una versione super-potente della luce ordinaria. Immaginate di poter vedere attraverso attraverso organi, oggetti e quant’altro si possa desiderare: chi non penserebbe di avere i superpoteri?

In realtà, dal punto di vista fisico, si tratta di una forma di radiazione elettromagnetica ad alta energia simile alle onde radio, agli infrarossi (IR), alla luce visibile, alla radiazione ultravioletta e alle microonde che vengono prodotte solo artificialmente grazie al tubo radiogeno. Questo, noto anche come tubo di Coolidge dal nome del suo inventore, non è altro che un’ampolla di vetro all’interno della quale, grazie ad un vuoto spinto, si verifica l’impatto tra un fascio di elettroni e un bersaglio fatto di tungsteno.

 

Schema del Tubo di Coolidge
Schema del tubo di Coolidge

 

È noto a tutti che alcuni materiali come il vetro o la plastica, a differenza di altri come il legno o i metalli, possono essere attraversati dalla luce normale molto facilmente. Più o meno allo stesso modo, esistono dei materiali che possono essere facilmente attraversati dai raggi X e materiali che ne fermano il passaggio. Quando i raggi X penetrano in un materiale, devono aprirsi la strada attraverso una grande mischia di atomi ed emergere dall’altra parte. Ciò è possibile solo grazie alla presenza di elettroni che sfrecciano intorno ai nuclei degli atomi.

 

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Radiografia del torace

 

Ecco spiegato perché i tessuti duri come le ossa o i denti, essendo più densi, assorbono maggiormente i raggi X e nelle immagini radiografiche appaiono di colore bianco, mentre i tessuti molli come la pelle o i muscoli permettono ai raggi X di oltrepassarli e appaiono di colore nero. Infatti, i raggi X tendono ad oltrepassare i materiali costituiti da atomi più leggeri, con relativamente pochi elettroni (come la pelle, costruita da molecole a base di carbonio), ma sono bloccati da atomi più pesanti che possiedono un sacco di elettroni (come ad esempio il piombo). Dallo studio della carie alla rilevazione di eventi in galassie lontane, poi, i raggi X sono utili in molti modi e vengono applicati in diversi ambiti: la medicina, la ricerca scientifica, l’astronomia e l’industria.

 

  • MEDICINA

Uno dei primi utilizzi dei raggi X riguarda proprio la medicina poiché, in tale ambito, essi si sono rivelati molto utili sia per le diagnosi che per il trattamento di alcune patologie. Grazie ai raggi X si possono vedere ossa rotte, diagnosticare tumori o malattie polmonari come la tubercolosi e l’enfisema. Tuttavia, dal momento che i raggi X sono altamente energetici, possono danneggiare i tessuti viventi attraversandoli. Da un lato, questo significa che i raggi X devono essere usati con molta cautela, utilizzando le giuste precauzioni, ma d’altro canto ciò significa che i raggi X possono anche essere utili per sterilizzare attrezzature mediche (perché distruggono i germi) e trattare alcuni tipi di tumori (radioterapia). In seguito alla scoperta di Röntgen, già qualche settimana dopo un medico di Montréal utilizzò questa nuova tecnologia per ottenere immagini della gamba di un suo paziente ferito da un’arma da fuoco. Nonostante le immagini fossero sbiadite, rivelarono la posizione del proiettile consentendone la rimozione senza ricorrere all’amputazione.

 

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TAC del torace

 

Tuttavia, dato che le radiografie non sono altro che immagini bidimensionali di una determinata parte del corpo, nel 1972 l’ingegnere britannico Godfrey Hounsfield (19192004) inventò la Tomografia Assiale Computerizzata (TAC), ottenendo immagini 3D delle parti interne del corpo di una persona grazie a sottili fasci di raggi X.

 

  • SICUREZZA

Le scansioni a raggi X che mostrano gli organi all’interno del corpo sono altrettanto utili per
controllare i bagagli negli aeroporti: i raggi X attraversano materiali morbidi come la pelle o la plastica, ma sono bloccati dal metallo di eventuali armi come pistole o coltelli. Tipicamente le valigie e le borse scorrono su nastri trasportatori, attraversano un grande scanner e le immagini dei loro contenuti appaiono immediatamente sullo schermo dei computer osservati dalle guardie di sicurezza. Anche la TAC è sempre più utilizzata negli scanner aeroportuali, poiché permette di misurare la densità dei liquidi trasportati nel bagaglio al fine di rilevare alcuni tipi di esplosivi in modo rapido ed efficace.

 

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  • APPLICAZIONI INDUSTRIALI

Se è possibile utilizzare i raggi X per studiare problemi polmonari o i bagagli all’aeroporto, perché non usarli per rilevare possibili guasti all’interno delle macchine? Questa è la teoria che sta alla base dei controlli non distruttivi grazie ai quali gli ingegneri utilizzano tanti tipi di attrezzature industriali a raggi X per rilevare eventuali difetti dei componenti metallici che altrimenti potrebbero passare inosservati. Ad esempio le pale delle turbine dei motori a reazione degli aerei sono testate in questo modo per assicurarsi che non vi siano eventuali problemi che potrebbero insorgere improvvisamente durante il volo.

Tante altre cose possono essere anche studiate con i raggi X. Ad esempio, i dipinti ad olio possono essere sottoposti a qualche scansione per dimostrare la loro autenticità (occasionalmente si possono osservare le versioni precedenti di un quadro o immagini completamente diverse dallo stesso artista sulla stessa tela). Inoltre, i raggi X sono utili anche per disegnare modelli in miniatura di circuiti integrati (chip di silicio) utilizzando una tecnica chiamata litografia a raggi X.

 

  • RICERCA SCIENTIFICA

A parte la medicina, un altro uso originale dei raggi X riguarda lo studio della struttura interna dei materiali. Se si spara un fascio di raggi X ad un cristallo, gli atomi si disperdono in modo molto preciso, lanciando una sorta di ombra del modello interno del cristallo da cui è possibile misurare la distanza tra un atomo e i suoi vicini. Questo processo è chiamato diffrazione a raggi X, e, grazie alla scienziata inglese Rosalind Franklin, ha giocato un ruolo estremamente importante nella scoperta della struttura del DNA nel 1950.

 

  • ASTRONOMIA

Siamo abituati all’idea di guardare attraverso telescopi per vedere la luce degli oggetti, anche molto distanti nello spazio; ma non tutti i telescopi funzionano in questo modo. I radiotelescopi, per esempio, sono più simili a gigantesche antenne satellitari in grado di catturare le onde radio fuori da quelle fonti lontane. Anche i raggi X, attraverso lo spazio, possono essere studiati in modo simile con telescopi sintonizzati per riconoscere la loro particolare frequenza. Purtroppo per gli astronomi, ma forse per fortuna a vantaggio della nostra salute, l’atmosfera terrestre assorbe i raggi X provenienti dallo spazio prima che raggiungano la superficie del nostro pianeta.

Ciò significa che si possono studiare le fonti di raggi X con i telescopi situati nello spazio, invece di quelli posti sulla Terra.

 

L'immagine del Sole ai raggi X ottenuta grazie al telescopio Nustar
L’immagine del Sole ai raggi X, ottenuta grazie al telescopio Nustar

 

 


 

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About Lorena Sparacello

REDATTRICE | Nata a Palermo nel 1993, cuore siciliano e anima inglese. Scrive per passione e un giorno vorrebbe girare tutto il mondo. Appassionata di viaggi, libri, lingue e fotografia, ha i piedi per terra e la testa tra le nuvole.

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