Definizione e proprietà dei raggi X (radiazione X)

I raggi X o le radiazioni X fanno parte dell'elettromagnetico spettro con più corto lunghezze d'onda (più alto frequenza) di luce visibile. La lunghezza d'onda delle radiazioni X varia da 0,01 a 10 nanometri o frequenze da 3 × 10¹⁶ Da Hz a 3 × 10¹⁹ Hz. Questo mette la lunghezza d'onda dei raggi X tra luce ultravioletta e raggi gamma. La distinzione tra raggi X e raggi gamma può essere basata sulla lunghezza d'onda o sulla sorgente di radiazione. Talvolta le radiazioni X sono considerate radiazioni emesse dagli elettroni, mentre le radiazioni gamma vengono emesse dal nucleo atomico.

Lo scienziato tedesco Wilhelm Röntgen fu il primo a studiare le radiografie (1895), sebbene non fosse la prima persona ad osservarle. I raggi X erano stati osservati provenienti da tubi di Crookes, che furono inventati intorno al 1875. Röntgen chiamò la luce "radiazione X" per indicare che era un tipo precedentemente sconosciuto. A volte il radiazione si chiama radiazione di Röntgen o Roentgen, dopo lo scienziato. Le ortografie accettate includono raggi X, raggi X, raggi X e raggi X (e radiazioni).

Il termine radiografia è anche usato per riferirsi ad un'immagine radiografica formata usando la radiazione X e al metodo usato per produrre l'immagine.

I raggi X variano in energia da 100 eV a 100 keV (lunghezza d'onda inferiore a 0,2-0,1 nm). I raggi X duri sono quelli con energie fotoniche superiori a 5-10 keV. Le radiografie morbide sono quelle a bassa energia. La lunghezza d'onda dei raggi X duri è paragonabile al diametro di un atomo. I raggi X duri hanno energia sufficiente per penetrare nella materia, mentre i raggi X morbidi vengono assorbiti nell'aria o penetrano nell'acqua fino a una profondità di circa 1 micrometro.

I raggi X possono essere emessi ogni volta che particelle cariche sufficientemente energiche colpiscono la materia. Gli elettroni accelerati vengono utilizzati per produrre radiazioni X in un tubo a raggi X, che è un tubo a vuoto con un catodo caldo e un bersaglio metallico. Possono anche essere usati protoni o altri ioni positivi. Ad esempio, l'emissione di raggi X indotta da protoni è una tecnica analitica. Le fonti naturali di radiazione X includono gas radon, altri radioisotopi, fulmini e raggi cosmici.

I tre modi in cui i raggi X interagiscono con la materia sono Scattering Compton, Scattering di Rayleigh e fotoassorbimento. Lo scattering Compton è l'interazione primaria che coinvolge radiografie dure ad alta energia, mentre il fotoassorbimento è l'interazione dominante con radiografie morbide e radiografie dure a bassa energia. Qualsiasi radiografia ha energia sufficiente per superare l'energia di legame tra gli atomi nelle molecole, quindi l'effetto dipende dalla composizione elementare della materia e non dalle sue proprietà chimiche.

La maggior parte delle persone ha familiarità con i raggi X a causa del loro uso nell'imaging medico, ma ci sono molte altre applicazioni delle radiazioni:

Nella medicina diagnostica, i raggi X sono utilizzati per visualizzare le strutture ossee. I raggi X duri vengono utilizzati per ridurre al minimo l'assorbimento di raggi X a bassa energia. Un filtro è posizionato sopra il tubo a raggi X per impedire la trasmissione della radiazione di energia inferiore. L'alto massa atomica di atomi di calcio in denti e ossa assorbe le radiazioni X., permettendo alla maggior parte delle altre radiazioni di attraversare il corpo. La tomografia computerizzata (scansioni TC), la fluoroscopia e la radioterapia sono altre tecniche diagnostiche delle radiazioni x. I raggi X possono anche essere utilizzati per tecniche terapeutiche, come i trattamenti contro il cancro.

I raggi X sono utilizzati per cristallografia, astronomia, microscopia, radiografia industriale, sicurezza aeroportuale, spettroscopia, fluorescenza e implodere dispositivi di fissione. I raggi X possono essere utilizzati per creare arte e anche per analizzare dipinti. Gli usi vietati includono la depilazione a raggi X e i fluoroscopi per calzatura, entrambi molto popolari negli anni '20.

I raggi X sono una forma di radiazione ionizzante, in grado di rompere i legami chimici e ionizzare gli atomi. Quando sono stati scoperti i raggi X, le persone hanno subito ustioni da radiazioni e perdita di capelli. Sono stati persino segnalati decessi. Mentre la malattia da radiazioni è in gran parte un ricordo del passato, le radiografie mediche sono una fonte significativa di origine umana esposizione alle radiazioni, che rappresenta circa la metà dell'esposizione totale alle radiazioni da tutte le fonti negli Stati Uniti nel 2006. Vi è disaccordo sulla dose che presenta un pericolo, in parte perché il rischio dipende da più fattori. È chiaro che le radiazioni X sono in grado di causare danni genetici che possono portare a cancro e problemi di sviluppo. Il rischio più elevato è per un feto o un bambino.

Mentre i raggi X sono al di fuori dello spettro visibile, è possibile vedere il bagliore delle molecole di aria ionizzata attorno a un intenso raggio di raggi X. È anche possibile "vedere" i raggi X se una fonte forte è vista da un occhio scuro adattato. Il meccanismo di questo fenomeno rimane inspiegabile (e l'esperimento è troppo pericoloso per essere eseguito). I primi ricercatori hanno riferito di aver visto un bagliore blu-grigio che sembrava provenire dall'occhio.

L'esposizione alle radiazioni mediche della popolazione degli Stati Uniti è notevolmente aumentata dall'inizio degli anni '80, Science Daily, 5 marzo 2009. Estratto il 4 luglio 2017.