Spectrul de Raze X

Descoperirea radiatiilor si a radioactivitatii

Perioada de 16 ani care a inceput din 1895 a fost o perioada plina de descoperiri importante. Radiatii X au fost descoperite in 1895, radioactivitatea in 1896, elementele radioactive noi poloniu si radiu au fost izolate in acelasi an; electronul a fost descoperit in 1897, teoria cuantica in 1900, fotonul in 1905, iar nucleele atomice in 1911.

Wilhelm Konrad Rontgen (1845-1923), profesor de fizica la Universitatea din Wurtzburg, anunta in 1895, ca a descoperit un nou tip de radiatii, pe care le-a numit radiatii X. El isi incepea articolul cam in felul urmator: ”Daca o bobina de inductie mare este descarcata printr-un tub Crookes sau alt aparat similar, iar tubul este acoperit cu un carton subtire si negru, se observa ca un ecran fluorescent din apropiere incepe sa emita lumina”. Rontgen a aratat ca radiatiile X descoperite de el pot patrunde prin materia opaca pentru lumina si pot provoca fluorescenta diferitelor substante, cum ar fi sticla sau calcitul. Apoi a constatat ca o placa fotografica este innegrita de aceste radiatii, ca fasciculele de radiatii X nu sunt deviate de un magnet si ca ele par sa provina din acele parti ale tubului Crookes care sunt atinse de radiatiile catodice. La numai cateva saptamani de la anuntarea acestei mari descoperiri, radiatiile (sau razele X) erau deja folosite de medici in diagnosticarea anumitor boli.

Timp de aproape 20 de ani au dainuit indoieli in ceea ce priveste natura radiatiilor X; unii oameni de stiinta credeau ca proprietatile lor ar putea fi explicate cel mai bine pe o baza corpusculara, pe cand altii credeau ca radiatiile X sunt similare cu luimina obianuita, doar ca ar avea o lungime de unda foarte mica. Aceasta a doua ipoteza s-a dovedit a fi cea corecta cand, in 1912, a fost observata difractia radiatiilor X pe cristale.

Putin timp dupa descoperirea radiatiilor X, matematicianul francez Henri Poincaré, cu ocazia unei sedinte a Academiei franceza de stiinte, a sugerat ca radiatia X are o anumita legatura cu fluorescenta care apare in sticla tuburilor Crookes. Aceasta sugestie l-a stimulat pe fizicianul francez Henri Becquerel sa cerceteze anumite minerale fluorescente.

Experientele sistematice si indelungate din perioada 1900-1915 devedesc prezenta celor 3 tipuri de radiatii care pot fi emise de materialele radioactive naturale: radiatiile alfa, beta si gama.

Radiatiile alfa

Studiul in camp magnetic a aratat ca radiatiile alfa sunt slab deviate, sub forma unui flux putin imprastiat, ceea ce indica omogenitatea energiei particulelor emise. Din analiza cu ajutorul spectrometrelor alfa de precizie a rezultat ca spectrul radiatiilor alfa este un spectru discret. Din masurarea raportului si a sarcinii electrice, s-a putut determina valoarea masei, demonstrand ca radiatia alfa este formata din atomi de heliu dublu ionizati, He2+.

Numeroase studii s-au efectuat asupara ionizarii produse in gaze, exprimate prin curbele de ionizare Bragg, stabilindu-se ca radiatiile alfa produc o densitate mare de ionizare(aprox. 105 ioni pe cm). Ca urmare a numarului mare de procese de interactiune care se produc pe unitatea de distanta strabatuta, au o capacitate mica de penetrare. In gaze, este de ordinul cm, iar in lichide si solide de ordinul micronilor.

Radiatiile beta

Dupa sensul deviatiei in camp magnetic si electric, in sens opus radiatiei alfa, s-a dovedit ca radiatiile β transporta sarcini electrice negative, iar masuratorile de sarcina specifica au dat valori egale cu sarcina specifica a electronului. Prin numeroase alte experiente s-a stabilit clar ca radiatiile β sunt constituite din electroni. Identitatea spectrelor de radiatii X caracteristice, excitate cu radiatii β si radiatii catodice, a oferit acestei concluzii o noua confirmare.

Viteza lor este mai mare decat a radiatiilor alfa ajungand pana la 0,99 din viteza luminii. Puterea de penetrare este si ea mai mare decat a radiatiilor alfa in gaze intre 1-100 cm,iar in lichide si solide de ordinul mm.

Radiatiile gama

Sunt radiatii electromagnetice, de aceeasi natura cu lumina si razele X. Ele au in general o lungime de unda mult mai mica decat aceasta din urma si patrund prin urmare mai adanc in materie. In campul magnetic si electric, razele γ nu sufera nici o deviere. Ele se propaga cu viteza luminii. Razele γ nu sunt emise niciodata singure, ci insotesc fie emisia unei raze β, fie a unei raze alfa. Ele sunt prin urmare de importanta secundara.

S-a crezut multa vreme ca emisia unei raze γ (un foton sau o manta de energie radianta) insotesc intotdeauna emisia unei particule β. Se stie astazi ca si emisia razelor alfa este insotita, in unele cazuri, de raze γ. Pe de alta parte, nu toti atomii emitatori de raze β emit raze γ. Totusi, in majoritatea cazurilor, radiatia γ este asociata radiatiei β. Unele raze γ (precum si unel raze β) nu sunt de origine nucleara, ci provin secundar din invelisul de electroni al atomilor.