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
3x1016-3x1019
0.1-100
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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
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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
   2  i . L’angolo di
diffusione è   i  r  2
i

cristallo
r
2
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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
l=0.154 nm
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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

l
2d
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Giaciture e picchi
• I diversi picchi di itensità sono dovuti alle
diverse giaciture possibili. Paragone 2-D:
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Cristallografia a raggi X
• Questo fenomeno conferma l’esistenza di
particelle reali a scala atomica (i costituenti
microscopici del cristallo)
• La lunghezza d’onda dei raggi X più energetici
(raggi X duri) è simile alla dimensione degli atomi
• Grazie a ciò, questi raggi X sono usati per
determinare la struttura microscopica dei cristalli
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