RAGGI X

• La scoperta

• Come si producono

• La natura dei raggi X

• Da dove vengono

• A cosa servono

• L'evoluzione : il sincrotrone

Wilhelm Röntgen (1895)

La natura dei raggi X

Röntgen chiamò, questa nuova

misteriosa radiazione, raggi X.

Non potevano avere natura

corpuscolare perchè la loro traiettoria

non era influenzata da campi elettrici e

magnetici.

D'altra parte non si riusciva a mettere

in evidenza la loro natura ondulatoria,

in quanto non si riusciva ad ottenere

interferenza o diffrazione.

Ora sappiamo che il problema era la lunghezza d'onda dei

raggi x, che varia tra

l =10-11 e 10-8 m

Nel 1912, Max von Laue

risolse il mistero.

Ottenne figure di diffrazione

facendo incidere i raggi X su

particolari reticoli: i cristalli.

Esercizio: Calcola il corrispondente intervallo delle frequenze.

Note le caratteristiche della radiazione incidente, si può risalire alla disposizione degli atomi nel cristallo. Questo ha avuto importanti applicazioni nello studio di molecole biologiche.

Watson e Crick Rosalind Franklin

Da dove vengono?

I meccanismi di produzione dei raggi X sono

due

• Bremsstrahlung (o radiazione di frenamento)

• Radiazione caratteristica

Bremsstrahlung (o radiazione di frenamento)

Radiazione caratteristica

Se un elettrone cade dal livello n=2 al livello K, cioè n=1, lo

stretto picco di radiazione che ne risulta è detto riga Ka dello

spettro dei raggi x. Analogamente se l’elettrone cade dal

livello n=3 al livello K si avrà la riga Kb. Le lunghezze d’onda

di tali righe variano da elemento a elemento, per cui si parla di

raggi x caratteristici.

L’energia dell’elettrone nel livello n è data da:

Esercizio

a) Fornisci una stima dell’energia minima che deve avere un

elettrone incidente per espellere un elettrone del livello K

da un atomo di tungsteno (Z=74).

Immagina di avere un tubo a raggi x che opera con

una tensione di soli 35 kV.

b) Qual è il valore massimo di Z per cui il tubo è in

grado di espellere un elettrone dal livello K?

72 keV

Z= 51 antimonio

A cosa servono

Da questi

si è passati a questi

TAC

radioterapia

Un acceleratore lineare accelera gli elettroni che urtando

contro un bersaglio emettono raggi x

Lombardia. Inaugurato a Como nuovo macchinario per radioterapia ‘intelligente’Si chiama “Vero” il nuovo acceleratore lineare dell'ospedale S. Anna di Como che può ruotare intorno al paziente e ‘inseguire’ le lesioni tumorali con altissima precisione e quindi con il massimo rispetto dei tessuti sani. Il dispositivo è stato finanziato dalla Regione con 6 mln di euro. (13 gennaio 2012)

Sincrotrone

La maggior parte dei sincrotroni in funzione oggi vengono usati per la produzione di raggi X collimati e relativamente monocromatici, la cosiddetta radiazione di sincrotrone.

Funzionamento:

Questi macchinari sono molto più piccoli e relativamente meno

costosi dei moderni collisori in quanto funzionano solitamente

a energia molto più bassa, dell'ordine di qualche GeV. Inoltre

utilizzano sempre elettroni perché la loro energia può essere

controllata con maggior precisione.

Schema di un

ondulatore.

1) magneti

2) fascio

elettronico

3) radiazione di

sincrotrone

Elettra:

il sincrotrone di Trieste

Applicazioni

•Cristallografia di proteine e grandi molecole organiche e non

•Analisi chimiche per determinazioni di composizione

•Osservazione di cellule viventi e le loro interazioni molecolari

•Incisione di chip elettronici

•Analisi e controllo di semiconduttori

•Studi di fluorescenza

•Individuazione di droga

•Analisi di materiali in geologia

•Diagnosi per immagini in medicina