Raggi X
12 marzo 2015
Scoperta e natura dei raggi X
Diffrazione dei raggi X da cristalli, legge di Bragg
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Cosa sono
• Sono una forma di radiazione e.m.
• Modernamente si definiscono raggi X le
radiazioni comprese nel seguente intervallo dello spettro e.m.:
lunghezza d’onda (nm)
frequenza (Hz)
energia (keV)
10-0.01 3x10
16-3x10
190.1-100
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Tubo di Crookes
• Inventato attorno al 1875, permetteva di studiare la corrente in gas a bassa pressione
• Consiste di un contenitore di vetro in cui è fatto un vuoto parziale, con due elettrodi metallici, l’anodo e il catodo, alle due estremità
• Quando si applica una grande ddp tra gli elettrodi (da qualche kV a 100 kV), il catodo emette raggi catodici
• Questi raggi urtano le molecole del gas, che a loro volta emettono radiazione luminosa
• Nel 1897 J. Thomson identifica i raggi catodici come un
flusso di particelle negative, che in seguito saranno chiamate elettroni
La scoperta dei raggi X
• W. Roentgen fu il primo a studiare sistematicamente i raggi X (1895, premio Nobel 1901)
• Roentgen studiava i raggi catodici usando uno schermo fluorescente e un tubo di Crookes
• Aveva avvolto il tubo in un foglio di cartone nero, affinché la luce proveniente dal tubo non interferisse
• Notò un debole bagliore verde sullo schermo, posto a circa un metro di distanza
• Intuì che una radiazione invisibile proveniva dal tubo, attraversava il cartone, i libri sulla scrivania, e
rendeva lo schermo luminescente
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Produzione di raggi X per Brehmsstrahlung
• Quando gli elettroni emessi dal catodo urtano l’anodo o le pareti di vetro del tubo la loro
energia è sufficiente a produrre raggi X
• Modernamente il fenomeno si spiega notando che quando gli elettroni interagiscono con il
nucleo dell’atomo, vengono sottoposti a enormi accelerazioni che ne cambiano la direzione di moto
• Queste accelerazioni causano l’emissione di onde e.m. (radiazione di frenamento o
brehmsstrahlung) che costituiscono appunto i raggi X
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Brehmsstrahlung
• Quando studieremo l’effetto Compton e il modello atomico di
Bohr vedremo un altro modo di produrre
raggi X
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Diffrazione di raggi X da cristalli
• Quando i raggi X incidono sugli atomi del cristallo, interagiscono con gli elettroni atomici
• Il moto di questi ultimi reirraggia onde e.m. con frequenza
uguale a quella incidente
• Queste onde reirraggiate interferiscono fra loro
producendo una figura di diffrazione
• Sia i l’angolo d’incidenza e . L’angolo di diffusione è
i r
i
2
cristallo
i r 2
Diffrazione di raggi X da cristalli
• Scoperta da M. Von Laue nel 1912
• Premio Nobel 1914
• W. L. Bragg e W. H. Bragg studiano
(1912) la struttura dei cristalli con i raggi X
• Premio Nobel 1915
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Bragg & Bragg
• La teoria della diffrazione fu proposta da W. L. Bragg e W.
H. Bragg nel 1913 per
spiegare le sorprendenti figure di riflessione di raggi X che
avevano ottenuto con materiali cristallini
• Essi trovarono che i cristalli producevano intensi picchi di radiazione riflessa (picchi di Bragg) a lunghezze d’onda e angoli di incidenza specifici
=0.154 nm
Bragg
• Bragg spiegò questo risultato modellizzando il cristallo come un insieme discreto di piani
paralleli separati da una distanza costante d
• La radiazione X produce un picco se le sue riflessioni sui diversi piani interferiscono
costruttivamente
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Legge di Bragg
• L’interferenza è costruttiva se lo sfasamento è un multiplo di 2 , condizione che è espressa dalla legge di Bragg
sin n
2d
Giaciture e picchi
• I diversi picchi di itensità sono dovuti alle
diverse giaciture possibili. Paragone 2-D:
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