Fisica dei Raggi X: Frequenza, Lunghezza d'Onda, Energia e Applicazioni
I raggi X sono radiazione elettromagnetica ionizzante con lunghezze d'onda più corte dell'ultravioletto ma più lunghe dei raggi gamma.
Parametri Fisici Chiave
| Proprietà | Range |
|---|
| Frequenza | 3 × 10¹⁶ – 3 × 10¹⁹ Hz |
| Lunghezza d'onda | 0,01 – 10 nanometri (0,1 – 100 Å) |
| Energia Fotone | 100 eV – 100 keV (diagnostico: 20–150 keV) |
Meccanismo Produzione
In un tubo a raggi X, gli elettroni sono emessi termionicamente da un catodo riscaldato, accelerati da alta tensione (kVp), e colpiscono un anodo rotante in tungsteno. Due processi generano raggi X:
- Bremsstrahlung (radiazione frenamento): Spettro continuo fino a energia max = e × kVp.
- Radiazione caratteristica: Energie discrete da eiezione elettroni strati interni atomi bersaglio (es. tungsteno Kα ≈ 59 keV).
Interazione con Materia (Rilevanza Diagnostica)
- Effetto fotoelettrico: Dominante a basse energie / alti-Z (osso, mezzi contrasto). Alto contrasto.
- Diffusione Compton: Dominante a energie diagnostiche in tessuti molli. Riduce contrasto, aggiunge rumore.
- Diffusione coerente (Rayleigh): Minore, diretta in avanti.
- Produzione coppie: >1,022 MeV (non in range diagnostico).
Applicazioni Primarie
- Imaging medico: Radiografia, fluoroscopia, TC, mammografia, DEXA.
- Screening sicurezza: Bagagli, cargo, body scanner (backscatter/trasmissione).
- NDT industriale: Ispezione saldature, integrità fusioni, elettronica.
- Ricerca scientifica: Cristallografia a raggi X, spettroscopia, astronomia (Chandra, XMM-Newton).
Principio Sicurezza: ALARA
As Low As Reasonably Achievable — giustificare ogni esame, ottimizzare tecnica (kVp, mAs, filtrazione, collimazione), usare schermature, tracciare dose (DRLs).