6. 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.
7. 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.
8. 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
9. Da dove vengono?
I meccanismi di produzione dei raggi X sono
due
• Bremsstrahlung (o radiazione di frenamento)
• Radiazione caratteristica
13. 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
14. 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
20. 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)
21. 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.
22. 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
23. 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
Editor's Notes
Negli stessi anni in cui venivano compiuti gli studi sui raggi catodici e sui raggi anodici, Wilhelm Röntgen (1845-1923) premio Nobel per la fisica nel 1901, scoprì un altro tipo di radiazione.
Roentgen studiava i fenomeni associati al passaggio di corrente elettrica attraverso gas a pressione estremamente bassa. Stava lavorando in una stanza oscura ed aveva avvolto accuratamente il tubo di scarica in uno spesso foglio di cartone nero per eliminare completamente la luce, quando un foglio di carta ricoperto da un lato da una sostanza fosforescente, posto casualmente su di un tavolo vicino, divenne fluorescente. Egli spiegò il fenomeno come dovuto all'emissione, dal tubo di scarica, di raggi invisibili che eccitavano la fluorescenza.
Partendo da una serie di dati già noti e soprattutto utilizzando esperimenti di diffrazione e di cristallizzazione ai raggi X, condotti da Rosalind Franklin, nel 1953, Watson e Crick scoprirono la struttura a doppia elica del DNA.
Gli elettroni ad alta velocità presenti nel tubo vengono bruscamente decelerati quando passano vicino agli atomi di tungsteno dell'anodo.
Gli elettroni hanno carica negativa e sono attratti dai nuclei (a carica positiva), così vengono deviati e perdono energia. La perdita di energia si concretizza nell'emissione di radiazione elettromagnetica
Questo processo è responsabile dello spettro continuo dei raggi X.
è una radiografia di una bambina di un anno. Riesci ad individuare l'ombra di ciò che ha inghiottito?
«Il ‘Vero’ – ha spiegato il professor Dorian Cosentino, primario della Radioterapia del Sant’Anna – riunisce in sé la più avanzata tecnologia radioterapica per la cura dei tumori . L’apparecchiatura ruota attorno al paziente e su sé stessa ed è in grado di irradiare le neoplasie con altissima precisione balistica e con il massimo risparmio possibile dei tessuti sani circostanti».
Durante la rotazione, infatti, è possibile sia visualizzare il tumore mediante radiografie ad alta risoluzione o attraverso un’immagine tac (TC), sia inseguirlo durante l’erogazione del fascio radiante. Ciò consente, inoltre, di mantenere sempre la massima “conformazione” del fascio di raggi X sul bersaglio tumorale.
«Il tumore – aggiunge il professor Cosentino - può essere irradiato anche se è collocato in organi che normalmente si muovono durante la seduta di radioterapia, senza dover spostare il paziente.
I sincrotroni di nuova generazione, costruiti a partire dagli anni novanta, sono molto diversi dai collisori in quanto contengono dei sistemi di magneti progettati in modo da stimolare la produzione di radiazione elettromagnetica. Questi sistemi, detti ondulatori forzano gli elettroni a percorrere delle traiettorie sinusoidali o a spirale; permettono la produzione di luce molto più collimata e persino polarizzata circolarmente nella maniera desiderata.
Elettra, la sorgente italiana di luce di sincrotrone di terza generazione costruita alle porte di Trieste a servizio della comunità scientifica ed industriale nazionale ed internazionale sin dal 1993, è stata completamente modificata e rinnovata nel corso del 2009. Il fascio di elettroni, che circola nell'anello di accumulazione a velocità prossime a quelle della luce, passando attraverso una serie di dispositivi magnetici quali ondulatori, wiggler e magneti curvanti produce una radiazione di altissima intensità e brillanza, a frequenze che vanno dall'infrarosso ai raggi x molto penetranti. I fasci di fotoni, raccolti da sistemi ottici che operano in condizioni di vuoto spinto, vengono collimati lungo le linee di luce per raggiungere le stazioni sperimentali dove sono disponibili diverse tecniche di indagine analitica e di trattamento dei materiali. La luce prodotta, che risulta essere dieci miliardi di volte più brillante di quella generata da sorgenti di radiazione convenzionali, consente ad un ampio spettro di utenti appartenenti ad istituzioni accademiche ed industriali di poter far uso di avanzate tecniche di ricerca e di condurre esperimenti allo stato dell'arte in fisica, chimica, biologia, scienze della vita, science dell'ambiente, medicina, scienze forensi e di conservazione del patrimonio culturale.
