Come funzionano i raggi X?

Lo schema mostra come funziona una macchina per i raggi X

Come funzionano i raggi X e la macchina che li produce? Questa grande scoperta del mondo della Medicina ha offerto dei grandi vantaggi, ma anche dei problemi legati alle radiazioni che colpiscono chi si sottopone a questo tipo di pratica. Cerchiamo allora di capire come funzionano i raggi X, su cosa possono essere usati e come è costruita la macchina che li emette.

Il funzionamento dei raggi X: le origini

Come molte altre invenzioni nella storia dell’umanità, anche i raggi X sono stati scoperti per caso. Nel 1895 un fisico tedesco di nome Wilhelm Roentgen fece la scoperta durante alcuni esperimenti con fasci di elettroni in un tubo carico di gas. Roentgen vide che uno schermo fluorescente nel suo laboratorio aveva iniziato a brillare, quando il fascio di elettroni era stato acceso. Questa reazione in sé non era così sorprendente (il materiale fluorescente illumina normalmente in reazione alle radiazioni elettromagnetiche), ma il tubo di Roentgen era circondato da un pesante cartoncino nero. Roentgen pensava che questo avrebbe bloccato la maggior parte della radiazioni.

Nel corso dei suoi esperimenti, Roentgen pose alcuni oggetti tra il tubo e lo schermo, e lo schermo brillava. Alla fine provò a mettere una mano davanti al tubo, e vide la sagoma delle sue ossa proiettata sullo schermo fluorescente. Subito dopo aver scoperto come funzionano i raggi X, aveva scoperto anche la loro applicazione più vantaggiosa.

La notevole scoperta di Roentgen è stata uno dei progressi più importante in campo medico nella storia dell’umanità. La tecnologia a raggi X permette ai medici di vedere direttamente attraverso i tessuti umani e di esaminare così le ossa rotte, le cavità e valutare l’ingestione di oggetti con facilità straordinaria. Con alcune modifiche delle procedure, i raggi X possono essere usati anche per esaminare il tessuto più morbido, come i polmoni, i vasi sanguigni o l’intestino.

Come funzionano oggi: la macchina dei raggi X

Il cuore di una macchina a raggi X è una coppia di elettrodi – un catodo e un anodo – che si trova all’interno di un tubo di vetro sottovuoto. Il catodo è un filamento riscaldato, come si può trovare in una lampada fluorescente. La macchina passa corrente attraverso il filamento generando calore: quest’ultimo manda fuori elettroni dalla superficie del filamento. L’anodo a carica positiva, un disco piatto in tungsteno, attira gli elettroni attraverso il tubo.

La differenza di tensione tra il catodo e anodo è estremamente elevata, per cui gli elettroni volano attraverso il tubo con una grande forza. Quando un elettrone colpisce un atomo di tungsteno, perde un elettrone in uno degli orbitali più bassi dell’atomo. Un elettrone in un orbitale superiore cade immediatamente al livello di energia più basso, rilasciando la sua energia extra, sotto forma di un fotone a raggio X.
Le collisioni ad alto impatto coinvolte nella produzione di raggi X generano molto calore. Un motore ruota l’anodo per evitare che si sciolga. Inoltre, dell’olio fresco che circonda l’involucro assorbe calore.

L’intero meccanismo è circondato da uno spesso schermo di piombo. Ciò evita che i raggi X fuggano in tutte le direzioni. Il fascio passa attraverso una serie di filtri nel suo cammino verso il paziente.

Ma come funzionano i raggi X sul paziente? Una telecamera sul lato opposto della cartella clinica del paziente cattura la luce a raggi X che compie tutto il percorso attraverso il corpo del paziente. La telecamera a raggi X utilizza la stessa tecnologia film di una normale macchina fotografica, ma la luce a raggi X scatena la reazione chimica, cosa che non fa la luce visibile.

In generale, i medici ottengono l’immagine cinematografica come un negativo. Cioè, le aree che sono esposte a più luce appaiono più scure e le zone che sono esposti a meno luce appaiono più chiare. Il materiale duro, come le ossa, appare bianco, mentre il materiale più morbido appare nero o grigio. I medici possono mettere a fuoco diversi materiali, variando l’intensità del fascio di raggi X.

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  1. Maurizio S. 27 settembre 2010

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