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| Copertina del libro "Storia di una ladra di libri" di Markus Zusak |
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| Copertina del libro "Storia di una ladra di libri" di Markus Zusak |
Il generatore a raggi X è un dispositivo che, per mezzo di effetto termoionico, radiazione di frenamento e radiazione caratteristica, è in grado di produrre raggi X, ovvero onde elettromagnetiche ad altissima frequenza (il nome, il funzionamento fisico, la chimica e gli strumenti scientifici).
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| Wilhelm Conrad Röntgen e un prototipo di generatore a raggi X |
Il primo generatore fu un tubo radiogeno, ideato da Wilhelm Conrad Röntgen nel 1895, che condusse quest'ultimo alla scoperta del tutto casuale dei raggi X riportata nel saggio scientifico "On a New Kind of Rays" (vol. 3, no.59, pp. 227-231, 1896) (l'immagine, i libri, gli inventori) . I componenti principali di questo primo prototipo sono il catodo, polo negativo che consiste in un filamento riscaldatore di tungsteno (i materiali), e l'anodo, polo positivo costituito da un disco di metallo pesante su cui vengono proiettati gli elettroni (il glossario).

La prima radiografia della storia: la mano di Anna Berthe Röntgen
Famosa è la prima radiografia al mondo che mostra la mano della moglie di Röntgen: traspaiono solamente le ossa e l'anello nuziale sull'anulare. Tale radiografia destò inizialmente molta inquietudine tanto che la moglie Anna Berthe rimase sconvolta per aver visto le proprie ossa mentre era ancora in vita e non mise mai più piede nel laboratorio del marito. Vedere attraverso la materia era all'epoca considerato qualcosa di soprannaturale e relegabile alla sola sfera della mitologia e dell'occulto (mito di Linceo e della sua prodigiosa vista) (il mito).
Nonostante i primi tentennamenti, nel 1897 nasce la prima rivista interamente dedicata ai raggi X (la pubblicità) e, negli anni successivi, si sviluppa la radiologia: la disciplina che si occupa dello studio e dell'applicazione delle radiazioni elettromagnetiche di piccolissima lunghezza d'onda e, in particolare, dei raggi x e γ (la scienza). Le applicazioni di tale scienza possono essere ricercate in diversi campi: fisica, chimica fisica, tecnica (metallografia e ricerche strutturali) e soprattutto medicina.
Con lo sviluppo della disciplina e il progresso della tecnologia vengono progressivamente migliorati i macchinari (anatomie) creando generatori a raggi X sempre più specifici per ogni tipo di applicazione. Più nello specifico individuiamo tubi: per ricerche strutturali, per raggi ultramolli, per diagnostica, per terapia profonda e per radiazioni ultrapenetranti (la tassonomia).
Col passare degli anni si iniziano a comprendere anche i pericoli alla salute che scaturiscono dall'utilizzo delle radiazioni e nasce dunque l'esigenza di un simbolo che indichi univocamente il rischio di esposizione ai raggi X. Nasce così, nel 1946, dall'ideatore Nels Garden, il simbolo utilizzato ancora oggi: il trefoil (trifoglio radioattivo) (il simbolo). Ad oggi sono previste normative europee ed ISO per l'utilizzo in sicurezza dei macchinari che hanno a che fare con radiazioni pericolose per la vita e per l'ambiente (la normativa).
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| Il trefoil ideato da Nels Garden |
Gli anni della Seconda Guerra Mondiale, oltre ad aver portato ad una presa di coscienza rispetto alla pericolosità delle radiazioni, hanno costituito una forza motrice non indifferente per quanto riguarda il progresso tecnologico: è in questo periodo che inizia lo sviluppo del Non-Destructive Testing (NDT) che utilizza i generatori di raggi X per ricerca strutturale e diagnostica dei materiali (le parole nella storia). Il leader mondiale per quanto riguarda la NDT è l'azienda statunitense Baker Hughes (il marchio) mentre, per i macchinari relativi al mondo delle radiografie mediche, è Philips (i costruttori).
Ad oggi le diagnosi NDT sono estremamente importanti perchè, come suggerisce l'acronimo, permettono di analizzare materiali e strutture con un approccio non distruttivo che ne preserva l'integrità. L'utilizzo di tali macchinari avviene a distanza, in totale sicurezza: l'operatore, dopo aver posizionato la macchina e il film metallico che permette la "cattura" della radiografia, esce dalla stanza e la scherma chiudendo una porta in piombo al di là della quale sono presenti i comandi per inizializzare l'analisi (un manuale d'uso).
Il generatore di raggi X deve molto alla chimica e, in particolare, alla scoperta delle onde elettromagnetiche e della natura ondulatoria della luce.
Intorno alla metà del XIX sec., il fisico scozzese J.C. Maxwell scoprì che una carica elettrica oscillante produce un campo elettrico e un campo magnetico tra loro perpendicolari che si propagano in forma di onde; le onde, propagandosi, trasportano anche energia elettromagnetica o radiante.
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| Campo elettrico e campo magnetico in un'onda elettromagnetica |
Egli concluse che la luce è costituita da onde elettromagnetiche formate dalla simultanea propagazione di un campo magnetico e di un campo elettrico tra loro perpendicolari.
Le onde elettromagnetiche costituiscono, nel loro complesso, lo spettro elettromagnetico: una piccola parte compresa in tale intervallo rappresenta lo spettro del visibile.
Le onde aventi lunghezza d'onda minore (e dunque frequenza maggiore) sono: gli ultravioletti (UV), i raggi X e i raggi gamma. I raggi X, in particolare, riescono ad espellere gli elettroni più vicini al nucleo.
Fonte: https://www.chimica-online.it/
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| Grafico che analizza, nella storia, l'utilizzo delle parole riportate |
Tracciando il grafico relativo all'uso di alcuni termini nella storia è possibile fare delle considerazioni.
I termini analizzati sono: Röntgen (scopritore dei raggi X), radiology e NDT (acronimo di Non-Destructive Testing).
Il periodo di massimo utilizzo della parola "Röntgen" si colloca intorno al 1896 e, dunque, agli anni della scoperta delle radiazioni. Tale nome continua ad essere utilizzato anche negli anni successivi poichè i raggi X presero il nome dell'inventore chiamandosi dunque "Röntgen rays". Tuttavia, col tempo, vennero sempre più sostituiti dalla denominazione attuale (X-rays) tranne in Germania, dove è ancora in uso il nome originale.
Nasce dunque la disciplina della radiologia che, coerentemente con il grafico che mostra la diffusione del termine, raggiunge il massimo della popolarità negli anni '90, anche grazie agli sviluppi tecnologici che l'hanno vista protagonista.
Contemporaneamente si sviluppa il Non-Destructive Testing (NDT): interessante notare il suo sviluppo in seguito alla spinta ricevuta dalla Seconda Guerra Mondiale.
Fonti:
Il codice ISO relativo al Non-Destructive Testing è 19.100 e include anche le apparecchiature industriali per radiografia a raggi X e gamma e i rilevatori di difetti penetranti.
Altri codici ISO correlati sono:
25.160.40, Non-Destructive Testing of welded joints;
37.040.25, industrial radiographic films;
77.040.20, Non-Destructive Testing of metals.
L'European Federation for Non-Destructive Testing (EFNDT) è l'ente europeo che raccoglie tutte le normative, europee e non, relative all'NDT e ne permette la consultazione attraverso un database accessibile dalla piattaforma web.
Fonti:
Step 1: sull'oggetto da ispezionare viene posto un metro a nastro che permetterà di localizzare con precisione le irregolarità.
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| Step 1 |
Step 3: L'operatore lascia la stanza e chiude la porta per permettere alle pareti in piombo di schermare le radiazioni.
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| Step 3 |
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| Step 4 |
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| Step 5 |
L'azienda leader, per quanto riguarda il non-destructive testing, è Baker Hughes, azienda statunitense che si occupa principalmente di servizi petroliferi. Il loro marchio è riportato nella figura sottostante:
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| Logo di Baker Hughes |
Waygate Technologies è invece una branca di tale azienda che si occupa, più nello specifico, della produzione dei macchinari.
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Logo di Waygate Technologies |
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Macchinario V|tome|x S240 |
A come Anodo, l'elettrodo a potenziale più alto di un tubo elettronico;
B come Bario, uno dei materiali opachi ai raggi X;
C come Coolidge W., inventore dell'omonimo tubo a raggi X;
D come Diagnostica, uno dei campi di specializzazione dei tubi termoelettrici;
E come Elettroni, fondamentali nel processo di generazione dei raggi X;
F come Fuoco, zona dell'anticatodo in cui avviene l'arresto dei raggi catodici;
G come Germania, in cui avvenne la scoperta da parte di Röntgen;
H come Hermann Rieder, introdusse il pasto opaco in radiologia per l'esame del tubo digerente;
I come tubi Ionici, i primi a essere utilizzati in radiologia;
L come Lindemann, vetro speciale per l'uscita delle radiazioni nei tubi per ricerche strutturali;
M come ricerche Metallografiche;
N come NDT, acronimo di Non-Destructive Testing;
O come Opacità alle radiazioni;
P come Pompa a vuoto, essenziale per il corretto funzionamento dei tubi radiogeni;
Q come analisi Qualitative e Quantitative;
R come Ricerca strutturale, campo della radiologia;
S come Stereografia, tecnica diagnostica per lo studio morfologico e topografico di organi e ossa;
T come Trefoil, simbolo delle radiazioni;
U come tubi per radiazioni Ultrapenetranti;
V come Volt, misura delle tensioni;
Z come numero atomico Z.
Fonte: https://www.treccani.it/enciclopedia/raggi-x-e-raggi_%28Enciclopedia-Italiana%29/
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| US583956, apparecchio per produzione di immagini stereoscopiche, Elihu Thomson, 1897 |
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| US1203495A, tubo di Coolidge, William D. Coolidge, 1916 |
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| US2539102A, apparecchio radiografico per ispezioni, Russell G. Rhoades, 1946 |
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| US2957987A, Metodo per determinare lo spessore del metallo, Arnesen Tore, 1958 |
Fonti:
https://patents.google.com/patent/US720599?oq=rontgen
https://patents.google.com/patent/US1203495?oq=rontgen
https://patents.google.com/patent/US2396069?oq=nondestructive+testing+x+ray
https://patents.google.com/patent/US2539102?oq=nondestructive+testing+x+ray
https://patents.google.com/patent/US2957987?oq=nondestructive+testing+x+ray
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| Brevetto US2329318A, X-ray generator, General Electric X Ray Corp |
11 - generatore, 13 - anodo, 15 - catodo, 17 - involucro, 19 - disco di Berillio, 21 - tubo di rame, 23 - isolante, 25 - strato d'oro, 27 - apertura, 29 - piastra, 31 - porzione cilindrica, 33 - guarnizione vetro su metallo, 35 - elemento metallico di tenuta, 37 - porzione flangiata verso l'interno, 39 - manica rientrante, 41 - guarnizione vetro su metallo, 43 - guarnizione metallica, 45 - testa del catodo, 47 - cavità del catodo, 49 - filamento, 51 e 53 - telai intermedi, 55 - fusto, 57 - conduttori elettrici, 59 - copertura cilindrica, 61 - gettering chamber, 63 - conduttore, 67 - schermo cilindrico, 69 73 77 - anello di montaggio, 71 - viti, 75 83 - viti di fissaggio, 79 - passacavi, 81 - anello di serraggio, 85 - spina del cavo standard, 87 - mezzi di contatto, 89 - morsettiera, 91 - shell chamber, 93 - boccola, 95 - tappo di chiusura, 97 - mezzi comprimibili, 99 - scanalatura anulare, 103 - mezzi di rivestimento, 105 - coppia di tubi concentrici, 107 - tubo interno, 117 119 - tubi di scarico, 121 - anello magnetico, 123 125 - guscio anulare, 127 - avvolgimento, 129 - conduttori, 131 - involucro esterno, 133 - pareti cilindriche, 135 - porzione che racchiude il magnete
Fonte: https://patents.google.com/patent/US2329318?oq=x+rays+generator
1895 - l'anno in cui Rontgen scoprì i raggi X
4 - componenti essenziali di un generatore di raggi X (1 catodo, 1 anodo, 1 camera a sottovuoto, 1 alimentatore)
Un generatore, nel 1896, esponeva il corpo a una mole di radiazioni 1.500 volte maggiore rispetto ad oggi
9 - i radionuclidi utilizzati in industrial radiography (Am-241, Sr-90, Kr-85, Cs-137, Ra-226, Cf-255, Ir-192, Yb-169, Co-60)
19 - le norme dell'European Committee for Standardization (CEN) relative al Non-Destructive Testing
100 - Il range di energia dei raggi X va da 100 eV a 100 keV
1902, advertising di un generatore di raggi X marcato McIntosh sulla rivista scientifica American X-ray Journal.
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| 1940, Lauriston S. Taylor accanto ad un generatore di raggi X costruito dalla National Bureau of Standards |
Röntgen, W. C. “On a New Kind of Rays.” Science, vol. 3, no. 59, pp. 227–231, 1896
Bryce, T. H. "Certain points in the anatomy and mechanism of the wrist-joint reviewed in the light of a series of Röntgen ray photographs of the living hand." Journal of anatomy and physiology 31.Pt 1, 1896
E. Rutherford, M.A. XXXV. On the electrification of gases exposed to Röntgen rays, and the absorption of Röntgen radiation by gases and vapours, The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, 43:263, 241-255, 1897
Wilhelm Conrad Röntgen (Lennep, 27 marzo 1845 - Monaco di Baviera, 10 febbraio 1923) è stato un fisico tedesco. II suo nome è legato alla scoperta, avvenuta l'8 novembre 1895, della radiazione elettromagnetica nell'intervallo di frequenza oggi noto come raggi X. Nel 1901 ricevette il Premio Nobel per la fisica ma rifiutò di brevettare la scoperta per motivi morali e non volle che le nuove radiazioni prendessero il suo nome. Tuttavia, in Germania, Röntgen è il nome attualmente associato ai raggi X.
La scoperta segnò la storia della scienza: seguì una divulgazione molto rapida che ebbe un grande impatto sull'opinione pubblica. Ciò fu possibile anche grazie alle prime radiografie che mostravano le possibili applicazioni dei raggi in ambito medico. Furono infatti proprio i chirurghi a beneficiare, in primo luogo, dei benefici dei raggi X: i proiettili riuscivano a essere localizzati molto facilmente, con maggiore precisione ed estratti in modo meno cruento e doloroso.
Fonti: https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1901/rontgen/biographical/, https://www.treccani.it/enciclopedia/wilhelm-conrad-rontgen/, https://www.aif.it/fisico/biografia-wilhelm-conrad-rontgen/
Il funzionamento del generatore di raggi X dipende fortemente dal filamento riscaldante che costituisce il catodo. Quest'ultimo è realizzato in tungsteno, un metallo di transizione duro, pesante e di colore bianco/grigio; quando il filamento viene riscaldato da una corrente elettrica vengono emessi elettroni per effetto fotoelettrico.
La radiologia non è l'unico ambito in cui questo materiale trova applicazione: l'esempio più notevole del suo utilizzo è la produzione dei filamenti delle lampade ad incandescenza (applicazione dovuta alla sua alta temperatura di fusione). Viene utilizzato anche nel tiro con l'arco, nella produzione di punte per frecce da competizione, grazie all'alto peso specifico e alla durezza.
Copertina del libro "Storia di una ladra di libri" di Markus Zusak "Storia di una ladra di libri" di Markus Zusak è un...