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RÖNTGEN E LA SCOPERTA DEI RAGGI X

• Francesca De Bernardi Marta Perego
• 5A

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MATERIALE UTILIZZATO

• Tubo radiogeno (o tubo di Crookes)

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PREMESSA TEORICA

• I RAGGI X E LA RADIOLOGIA
• È nota come raggi X quella porzione dello spettro
  elettromagnetico con una lunghezza d'onda
  compresa approssimativamente tra 10 nanometri
  (nm) e 1/1000 di nanometro (1 picometro).

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• CHI HA SCOPERTO LESISTENZA DEI RAGGI X?
• L'8 novembre 1895 Wilhelm Röntgen, uno scienziato
  tedesco, iniziò ad osservare l'esistenza dei
  raggi X mentre sperimentava tubi di vetro messi
  sotto vuoto. Röntgen scrisse il 28 dicembre 1895
  un rapporto preliminare "Su un nuovo tipo di
  raggi una comunicazione preliminare". Lo spedì
  alla rivista della Physikalisch-Medizinischen
  Gesellschaft di Würzburg.

Fu il primo annuncio formale e pubblico dei raggi
X. Röntgen chiamò la radiazione "X", per indicare
che era ancora di tipo sconosciuto. Il nome dei
raggi rimase questo, anche se molti dei suoi
colleghi suggerirono di chiamarli "raggi di
Röntgen" (Röntgen stesso si oppose a questa
denominazione). In alcune nazioni, quest'ultimo
nome è ancora usato. Röntgen ricevette, nel 1901,
il primo Premio Nobel per la fisica grazie a
questa scoperta.
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• COME SI GENERANO I RAGGI X?
• I raggi X si generano per una variazione della
  cinetica (movimento) degli elettroni. Per
  ottenere una variazione cinetica degli elettroni
  utilizziamo il tubo radiogeno, capace così di
  generare i raggi X.
• Il tubo radiogeno è una ampolla di vetro
  (all'interno della quale è stato creato il vuoto)
  che contiene un catodo e un anodo ad alta
  tensione. Il catodo (o polo negativo) è composto
  dal filamento riscaldatore (formato in genere da
  lega, in rame oppure altri metalli a basso numero
  atomico, è alimentato a bassa tensione) e dal
  catodo vero e proprio collegato al circuito ad
  alta tensione. L'anodo (polo positivo) invece,
  situato al polo opposto dell'ampolla, è
  costituito da un disco (piattello) di metallo
  pesante (ad elevato numero atomico, come le leghe
  di tungsteno e molibdeno per i tubi diagnostici
  tradizionali, molibdeno o rodio per i tubi usati
  in diagnostica senologica).
• Il tubo radiogeno è contenuto a sua volta in una
  guaina metallica (generalmente di alluminio, con
  schermature di piombo) riempita di olio
  dielettrico l'olio consente sia di dissipare il
  calore generato dal tubo in funzione, che di
  garantire l'isolamento elettrico tra i contatti
  esterni di anodo e catodo. Scopo della guaina è
  di protezione meccanica e conduzione di calore.

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La parte del tubo da dove escono i raggi X è
detta finestra e non è schermata dalla guaina
metallica vi sono invece dei filtri in rame o in
alluminio di spessore adatto a filtrare i raggi X
in modo che le energie più basse (inutili alla
formazione dell'immagine diagnostica) vengano
filtrate secondo le norme di legge. I tubi
radiogeni emettono una radiazione X di molte
lunghezze d'onda diverse, cioè è policromatica.
Tali lunghezze d'onda dipendono sia dal tipo di
metallo del disco anodico sia, soprattutto, dalla
tensione di funzionamento quanto più la tensione
è alta, tanto più breve è la lunghezza d'onda dei
raggi X (radiazione più dura, più penetrante),
mentre operando a tensione più bassa si avranno
raggi X molli meno penetranti. Inoltre,
aumentando la corrente aumenta proporzionalmente
l'intensità della radiazione emessa e il numero
di elettroni attratti verso l'anodo. L'operatore
deve quindi regolare questi parametri a seconda
delle necessità.
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X raggi X K catodo A anodo - elettroni 
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Quando il filamento del catodo (polo negativo)
viene fatto riscaldare da una corrente elettrica,
esso emette un fascio di elettroni. Questa nube
elettronica viene accelerata dal'alta tensione
che spinge gli elettroni verso l'anodo (polo
positivo) formato dal disco di metallo pesante,
quali il tungsteno. L'impatto degli elettroni
contro il disco metallico genera la conversione
dell'energia cinetica degli elettroni in
movimento in energia termica (sotto forma di
calore) per il 99 e raggi X per l'1. Infatti
quando gli elettroni passano attraverso i grossi
atomi di tungsteno perdono una parte
dell'energia, una parte della quale viene
rilasciata sotto forma di fotoni con lunghezza
d'onda dei raggi X.
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• COME SONO STATI SFRUTTATI IN MEDICINA?
• Subito i medici cominciarono ad interessarsi ai
  raggi X per il potere che avevano di attraversare
  la materia ( e quindi il nostro corpo) ed
  impressionare una pellicola sensibile. Un po
  come succede nella fotografia, solo che nella
  fotografia viene utilizzato una pellicola
  sensibile alla luce visibile, mentre in
  radiologia viene utilizzata una pellicola
  sensibile alla luce della lunghezza d'onda dei
  raggi X.
• I raggi vengono attenuati dalle sostanza dense,
  costituite a atomi con grosso numero atomico (es.
  i metalli,l'osso, i denti, ecc.) ed invece
  attraversano facilmente le sostanze poco dense,
  sostituite da atomi a basso numero atomico (es.
  plastica, acqua, pelle, tessuti molli).
• Riguardo al nostro corpo ciò si traduce nel
  seguente modo
• le ossa tendono a bloccare i raggi X. Quindi i
  raggi in corrispondenza delle ossa arriveranno in
  poca quantità alla pellicola. Così che sarà poco
  impressionata. Le ossa perciò appariranno bianche
  nella radiografia
• la pelle invece fa passare facilmente i raggi X.
  Così molti raggi X arriveranno alla pellicola che
  sarà "bruciata" dai raggi X. In corrispondenza
  della pelle la pellicola apparirà scura.

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Da ciò si comprende che l'utilizzo dei raggi X è
sopratutto per la valutazione dei tessuti duri
del corpo umano le ossa e i denti. Invece hanno
scarsa capacità di mettere in evidenza i tessuti
molli.
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ESECUZIONE DELLESPERIENZA
La scoperta di tali raggi fu casuale. Roentgen dur
ante i suoi esperimenti era solito annotare le
sue osservazioni e le modifiche effettuate
all'apparato sperimentale su un quaderno per
appunti, utilizzando come segnalibro per questo
la chiave di un cassetto della scrivania. Un
giorno, nella primavera del 1895, aveva
distrattamente appoggiato il quaderno con la
chiave su alcune lastre fotografiche mentre
effettuava degli esperimenti con i raggi
catodici. Dopo aver fatto qualche esperimento,
era sceso nel piccolo cortile dell'Istituto a
fotografare fiori. Il giorno seguente trovò tra
le fotografie dei fiori che aveva sviluppato una
foto che raffigurava la chiave della sua
scrivania. Cercò per lungo tempo di spiegare
questo fatto ma non vi riusci. Nell'autunno dello
stesso anno esegui un esperimento con un tubo di
Crookes che era stato accuratamente ricoperto con
un foglio di stagno e un cartone nero in modo che
le radiazioni emesse non uscissero. Nella stanza
completamente buia osservò una luce verde
proveniente da un pezzo di cartone ricoperto da
una sostanza luminescente se colpita da luce.
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OSSERVAZIONI
La stanza in cui osservò questo era buia e
Röntgen non capiva quale fosse la sorgente
luminosa responsabile di quella luminescenza
intuì però che doveva essere in rapporto
all'esperimento che stava facendo poichè la
luminescenza scompariva o appariva a seconda se
nel tubo a vuoto veniva o meno fatta passare
corrente. Fece cosi due ipotesi o si trattava di
raggi catodici "speciali" poiché dotati di un
forte potere di penetrazione, oppure doveva
trattarsi di una nuova specie di raggi
responsabili anche di avere impressionato la
lastra fotografica. Röntgen ripeté l'esperimento
numerose volte successivamente e arrivò alla
conclusione che doveva trattarsi di raggi nuovi
originatisi forse dall'interazione dei raggi
catodici con le pareti del vetro del tubo a
vuoto. Poiché questi raggi erano sconosciuti li
chiamò raggi X poiché come disse successivamente
" Non avevo idea di cosa fossero quei raggi
perciò li chiamai raggi X, essendo X il simbolo
di una grandezza incognita." Questi raggi
dovevano avere proprietà particolari e per questo
cercò per prima cosa di stabilire "quanto" quei
raggi fossero penetranti. Inizialmente pose tra
il tubo e la lastra vari oggetti di diverso
spessore un mazzo di carte, una grossa gomma. I
raggi sembravano oltrepassare tutti questi fino a
che non mise una scatoletta di pesi di piombo e
sulla lastra fotografica comparve chiaramente la
loro sagoma. Quasi istintivamente Röntgen mise la
propria mano davanti ai raggi e si accorse che
sullo schermo si delineavano nitidi il carpo, i
metacarpi, le falangi ciò significava che i
raggi X attraversavano i tessuti molli ma non le
ossa, più dense.
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CONCLUSIONI
Röntgen intuì cosi l'importante uso che si poteva
fare dei raggi X nella diagnosi medica. Già a
partire dal 1896 infatti i raggi X vennero
utilizzati in medicina per individuare le
fratture ossee. La prima radiografia della storia
fu effettuata da Röntgen che immortalò la mano
sinistra della moglie Anna Bertha la radiografia
rappresentava una mano femminile con la vera
all'anulare. Questa mano fece il giro del mondo
poiché Röntgen inviò questa radiografia assieme
ad una breve relazione alla società fisico medica
di Wurzburg e a tutti i più noti scienziati del
periodo. Si pensò anche di utilizzare tali raggi
per irradiare tumori della pelle, il primo
esperimento in questo senso venne effettuato da
Freund nel 1897 ma apparve presto chiaro che per
questo scopo erano necessari raggi X più
energetici. Per questa scoperta Röntgen ricevette
importanti riconoscimenti e il premio Nobel nel
1901.