Curiosità sui raggi X

1. RAGGI X
I raggi X ( o raggi Röntgen, da colui che li ha scoperti ) sono radiazioni elettromagnetiche con lunghezza
d'onda tra 10-8 e 10-12 metri.
Sono raggi molto penetranti.
Si tratta di onde elettromagnetiche generate dagli elettroni ( o altre particelle cariche ) quando sono accelerati
da una grande differenza di potenziale ( raggi catodici ) e urtano contro la materia.
Gli atomi di tutti gli elementi chimici emettono raggi X quando sono colpiti da particelle a elevata energia: le
particelle incidenti colpiscono ed espellono gli elettroni più interni dell'atomo.
Il frenamento dell'elettrone incidente emette uno spettro continuo di raggi X. Il posto vuoto ( lacuna ) viene
preso dagli elettroni delle orbite più esterne dell'atomo con un salto energetico. Il passaggio da uno strato
esterno a uno interno ( livello energetico inferiore ) causa l'emissione di un fotone a elevata frequenza.
Come produrre i raggi X
È qui che il nostro professore, Röntgen stava lavorando con un tubo di Crookes: un apparecchio che si può
considerare il precursore del tubo catodico dei televisori: è una particolare ampolla di vetro a forma di cono
collegata a una pompa per creare il vuoto e al cui interno sono sistemate due piastre metalliche, chiamate
elettrodi (anodo e catodo), ciascuna collegata a un generatore elettrico. Quando il gas all’interno del tubo è
sufficientemente rarefatto, il flusso di elettricità provoca emissione di luce. Riducendo ulteriormente la
pressione del gas, e cioè rendendo il vuoto ancor più spinto, l’emissione di luce cessa e si può osservare una
macchia fluorescente sulla parete di vetro di fronte al catodo.
La fluorescenza prodotta dall’apparecchio è dovuta ai raggi catodici. Allora nessuno sapeva che erano fasci
di particelle chiamate elettroni, accelerati dalla corrente dal catodo verso l’anodo. Molti materiali colpiti da
una radiazione si eccitano riemettendo altre radiazioni, ed era proprio questo ciò che succedeva nel tubo
quando gli elettroni accelerati oltrepassavano gli elettrodi e colpivano la parete di vetro. Quel giorno, però,
Röntgen scoprì l’esistenza di una radiazione sconosciuta: i raggi X, appunto.
Come molti colleghi,Röntgen voleva capire di più sulla natura dei raggi catodici. Poco tempo prima il fisico
tedesco Philip Lenard aveva provato che potevano anche uscire dal tubo, attraverso una sottile finestra di
alluminio, ed essere rilevati su uno schermo ricoperto di una sostanza fluorescente poco distante. Röntgen
ripropose l’esperimento in una stanza, però, completamente buia, e avvolse il tubo con cartoncino nero, in
modo che la luce non potesse uscire. Con sua sorpresa, vide illuminarsi una lastra fluorescente a qualche
metro di distanza, fuori dalla portata di qualsiasi raggio catodico.

2. ROSALIND FRANKLIN
La Franklin è sopratutto ricordata per la famosa Foto 51, ossia la prima foto fatta alla struttura del DNA in
cui si osserva la sua forma a doppia elica e dalla quale si scoprì che il diametro è lungo 2nm.
Quindi grazie ad essa Watson e Crick vinsero il Nobel e la Franklin fu sminuita. Ma essa fu importante anche
in aree della fisica e biologia grazie alla cristallografia a raggi x.
Rosalind Franklin ottenne diversi risultati rilevanti nella scienza del carbonio e del carbone. Il carbone, allora
era fondamentale per il riscaldamento delle case e per l'alimentazione delle industrie. Con il suo lavoro, capì
che era possibile farlo bruciare in modo più efficiente, e le sue analisi sulla porosità di questo combustibile
fossile furono anche determinanti nella fabbricazione delle maschere antigas con filtri di carbone attivo,
dispositivi particolarmente preziosi durante la seconda guerra mondiale. I suoi studi la resero famosa e si
trasferì a Parigi dove il lavoro era piacevole rispetto all’ambiente dove era cresciuta, perché aveva sempre
dovuto difendere il suo talento e quindi veniva descritta come una donna irascibile e saccente.
In Francia iniziò i suoi studi sulla cristallografia a raggi X, ossia usa la radiazione elettromagnetica (raggi x)
per determinare la struttura molecolare ed atomica di un cristallo. La struttura del cristallo induce i raggi x a
diffrangere nelle direzioni specifiche, ossia la deviazione di un’onda quando incontra una fenditura; se
illuminiamo la fenditura ed essa è più larga rispetto alla lunghezza d’onda e sullo schermo si vedrà una
sottile linea; se la fenditura è più stretta rispetto alla lunghezza d’onda si vedrà una linea più massiccia; se la
fenditura è della stessa larghezza della lunghezza d’onda sullo schermo si vedranno delle frange luminose via
via più tenui a partire dal centro. Con l'analisi delle intensità e degli angoli di questi raggi, la posizione e la
disposizione degli elettroni all'interno della struttura cristallina possono essere risolute.
Il suo contributo più importante fu la distinzione di due strutture molecolari nel carbonio derivato dalla
combustione del carbone: scoperta che si rivelò determinante per la comprensione dei motivi per cui il coke,
uno dei prodotti di tale combustione, brucia bene e produce poco fumo.
Qualche anno dopo decise di tornare a Londra dove ebbe l’incarico di usare i suoi studi sulla cristallografia a
raggi X sul DNA, nonostante lei fosse laureata in chimica fisica, si impegnò nel suo nuovo ambito di ricerca
e riuscì a scattare la Foto 51.
La Franklin negli anni successivi in cui rimase a Londra
studiò la struttura cristallina di alcuni virus, sempre
grazie alla cristallografia a raggi x, come ad esempio:
• i virus di alcune piante, danneggiando culture
agricole di pomodoro, rapa ecc…;
• la struttura dell’RNA del virus TMV, un virus
che distrugge le colture di tabacco;
• scoprì la struttura del virus poliomielite (in
quegli anni era una malattia molto contagiosa),
che era molto simile nella struttura della rapa
gialla, grazie alla quale scoprì che aveva una struttura a spirale a forma di cilindro cavo

3. Purtroppo le pubblicazioni per la scoperta del virus vennero pubblicate dopo la sua morte, per un
tumore ovarico, ma comunque il suo collega che l’aveva accompagnata durante questi studi, vinse il
Premio Nobel dedicandolo alla memoria della Franklin.