Come si producono i raggi X

Da dove provengono i raggi X?

Le macchine per produrre raggi X, come quelle degli studi medici, sono molto semplici. Dentro la macchina c'è un tubo a raggi X. Al suo interno, un fascio di elettroni ad alta energia viene sparato contro un bersaglio fatto di atomi pesanti, ad esempio di tungsteno. I raggi X si producono grazie ai processi atomici indotti negli atomi del bersaglio dagli elettroni che vi sono stati diretti contro.

I raggi X sono come tutti gli altri tipi di radiazione elettromagnetica. Vengono prodotti in pacchetti di energia, chiamati fotoni, proprio come la luce. Ci sono due diversi processi atomici che posssono produrre radiazione X. Uno è chiamato Bremsstrahlung, una parolona tedesca che significa "radiazione di frenamento". L'altro è chiamato emissione di guscio K. Essi sono entrambi possibili negli atomi pesanti come il tungsteno.

Quindi entrambi i modi di produrre i raggi X comportano una modifica dello stato degli elettroni?

E' così. Però la Bremsstrahlung è più facile da capire utilizzando la spiegazione classica: quando la velocità degli elettroni che colpiscono il beraglio di tungsteno cambia, viene emessa la radiazione. Gli elettroni rallentano dopo aver oscillato intorno ai nuclei di tungsteno e perdono energia emettendo raggi X. Dal punto di vista quantistico, vengono prodotti molti fotoni di diversa lunghezza d'onda, ma nessun fotone ha più energia di quella posseduta inizialmente dagli elettroni. Dopo l'emissione dello spettro di raggi X, gli elettroni incidenti rallentano o si fermano.

Cos'è la "guscio K" di cui si parla nell'altro modo produrre raggi X?

Ti ricordi che nell'atomo gli elettroni sono sistemati in "gusci" di energie diverse? Bene, il guscio K è lo stato con la più bassa energia di un atomo.

Cosa possono fare gli elettroni incidenti sul bersaglio ad un elettrone del guscio K di un atomo di tungsteno?

Possono fornirgli abbastanza energia da farlo schizzare fuori dal suo livello energetico. A quel punto, un elettrone più energetico (che sta su un guscio più esterno) nell'atomo di tungsteno può cadere nel guscio K. L'energia persa dall'elettrone che precipita viene emessa sotto forma di raggi X. Nel frattempo, gli elettroni con energia ancora maggiore occupano lo stato vacante nel guscio esterno, e così via. L'emissione di guscio K produce raggi X di intensità maggiore rispetto alla Bremsstrahlung, e i fotoni prodotti hanno tutti la medesima lunghezza d'onda. Dai un'occhiata ad entrambi i meccanismi nei due esperimenti qui sotto.

L'Emissione dei Raggi X

Bremsstrahlung

Per vedere i raggi X prodotti tramite Bremsstrahlung, clicca sull'immagine e premi "B" o clicca sul bottone "display" sopra.

Emissione di guscio K

Per vedere un fotone di radiazione X prodotto con il meccanismo di emissione dal guscio K, clicca sull'immagine e premi "K" o clicca sul bottone "display" sopra.