Storia della radiografia
I raggi X furono scoperti nel 1895 da Wilhelm Conrad Roentgen (1845-1923), professore all’Università di Würzburg in Germania. Lavorando con un tubo a raggi catodici nel suo laboratorio, Roentgen ha osservato un bagliore fluorescente di cristalli su un tavolo vicino al suo tubo. Il tubo con cui Roentgen stava lavorando consisteva in un involucro di vetro (bulbo) con elettrodi positivi e negativi incapsulati in esso. L’aria nel tubo veniva evacuata e quando veniva applicata un’alta tensione, il tubo produceva un bagliore fluorescente. Roentgen ha schermato il tubo con carta nera pesante e ha scoperto una luce fluorescente di colore verde generata da un materiale situato a pochi metri dal tubo.
Ha concluso che un nuovo tipo di raggio veniva emesso dal tubo. Questo raggio era in grado di passare attraverso il rivestimento di carta pesante ed eccitare i materiali fosforescenti nella stanza. Ha scoperto che il nuovo raggio poteva passare attraverso la maggior parte delle sostanze proiettando ombre di oggetti solidi. Roentgen ha anche scoperto che il raggio potrebbe passare attraverso il tessuto degli esseri umani, ma non le ossa e gli oggetti metallici. Uno dei primi esperimenti di Roentgen alla fine del 1895 fu un film della mano di sua moglie Bertha. È interessante notare che il primo utilizzo dei raggi X fu per un’applicazione industriale (non medica), poiché Roentgen produsse una radiografia di un set di pesi in una scatola da mostrare ai suoi colleghi.
La scoperta di Roentgen è stata una bomba scientifica ed è stata accolta con straordinario interesse sia da scienziati che da profani . Gli scienziati di tutto il mondo potevano duplicare il suo esperimento perché il tubo catodico era molto conosciuto durante questo periodo. Molti scienziati hanno abbandonato altre linee di ricerca per perseguire i misteriosi raggi. I giornali e le riviste dell’epoca fornivano al pubblico numerose storie, alcune vere, altre fantasiose, sulle proprietà dei raggi appena scoperti.
La fantasia pubblica è stata catturata da questo raggio invisibile con la capacità di passare attraverso la materia solida e, insieme a una lastra fotografica, fornire un’immagine delle ossa e delle parti interne del corpo. La fantasia scientifica è stata catturata dalla dimostrazione di una lunghezza d’onda più corta della luce. Ciò ha generato nuove possibilità in fisica e per studiare la struttura della materia. È stato generato molto entusiasmo per le potenziali applicazioni dei raggi come ausilio in medicina e chirurgia. Entro un mese dall’annuncio della scoperta, in Europa e negli Stati Uniti erano state effettuate diverse radiografie mediche, utilizzate dai chirurghi per guidarli nel loro lavoro. Nel giugno 1896, solo 6 mesi dopo che Roentgen annunciò la sua scoperta, i medici del campo di battaglia usarono i raggi X per localizzare i proiettili nei soldati feriti.
Prima del 1912, i raggi X erano usati poco al di fuori dei regni della medicina e dell’odontoiatria, sebbene fossero prodotte alcune immagini a raggi X di metalli. Il motivo per cui i raggi X non sono stati utilizzati in applicazioni industriali prima di questa data era perché i tubi a raggi X (la fonte dei raggi X) si sono rotti sotto le tensioni richieste per produrre raggi di potenza penetrante soddisfacente per scopi industriali. Tuttavia, la situazione cambiò nel 1913, quando furono disponibili i tubi a raggi X ad alto vuoto progettati da Coolidge. I tubi ad alto vuoto erano una sorgente di raggi X intensa e affidabile, operante a energie fino a 100.000 volt.
Nel 1922, la radiografia industriale fece un altro passo avanti con l’avvento del tubo a raggi X da 200.000 volt. che ha consentito di produrre radiografie di parti in acciaio spesse in un ragionevole lasso di tempo. Nel 1931, la General Electric Company sviluppò generatori di raggi X da 1.000.000 di volt, fornendo uno strumento efficace per la radiografia industriale. Nello stesso anno, l’American Society of Mechanical Engineers (ASME) ha consentito l’approvazione a raggi X di recipienti a pressione saldati per fusione che ha ulteriormente aperto le porte all’accettazione e all’uso industriale.
Una seconda fonte di radiazioni
Poco dopo la scoperta dei raggi X, è stata scoperta un’altra forma di raggi penetranti. Nel 1896, lo scienziato francese Henri Becquerel scoprì la radioattività naturale. Molti scienziati del periodo stavano lavorando con i raggi catodici e altri scienziati stavano raccogliendo prove sulla teoria che l’atomo potesse essere suddiviso. Alcune delle nuove ricerche hanno dimostrato che alcuni tipi di atomi si disintegrano da soli. Fu Henri Becquerel a scoprire questo fenomeno mentre studiava le proprietà dei minerali fluorescenti. Becquerel stava studiando i principi della fluorescenza, in cui alcuni minerali brillano (fluorescenza) quando esposti alla luce solare. Ha utilizzato lastre fotografiche per registrare questa fluorescenza.
Uno dei minerali con cui Becquerel ha lavorato era un composto di uranio. In una giornata in cui era troppo nuvoloso per esporre i suoi campioni alla luce solare diretta, Becquerel ha conservato parte del composto in un cassetto con le sue lastre fotografiche.Più tardi, quando sviluppò queste lastre, scoprì che erano appannate (esposizione alla luce). Becquerel si è chiesto cosa avrebbe causato questo appannamento. Sapeva di aver avvolto saldamente i piatti prima di usarli, quindi l’appannamento non era dovuto alla luce diffusa. Inoltre, ha notato che solo le piastre che erano nel cassetto con il composto di uranio erano appannate. Becquerel ha concluso che il composto di uranio emetteva un tipo di radiazione che poteva penetrare nella carta pesante ed esporre la pellicola fotografica. Becquerel ha continuato a testare campioni di composti di uranio e ha stabilito che la fonte di radiazione era l’elemento uranio. La scoperta di Bacquerel è stata, a differenza di quella dei raggi X, praticamente inosservata sia dai laici che dagli scienziati. Relativamente pochi scienziati erano interessati alle scoperte di Becquerel. Fu solo con la scoperta del radio da parte dei Curies due anni dopo che l’interesse per la radioattività si diffuse.
Mentre lavorava in Francia all’epoca della scoperta di Becquerel, la scienziata polacca Marie Curie si interessò molto al suo lavoro. Sospettava che un minerale di uranio noto come pechblenda contenesse altri elementi radioattivi. Marie e suo marito, Lo scienziato francese Pierre Curie, iniziò a cercare questi altri elementi. Nel 1898, i Curie scoprirono un altro elemento radioattivo nella pechblenda e lo chiamarono “polonio” in onore della patria di Marie Curie. Nello stesso anno, i Curie scoprirono un altro elemento radioattivo che chiamarono radio, o elemento splendente. Sia il polonio che il radio erano più radioattivi dell’uranio. Dopo queste scoperte, molti altri elementi radioattivi sono stati scoperti o prodotti.
Il radio divenne la prima sorgente industriale di raggi gamma. Il materiale ha permesso di radiografare getti fino a 10-12 pollici di spessore. Durante la seconda guerra mondiale, la radiografia industriale crebbe enormemente come parte del programma di costruzione navale della Marina. Nel 1946 divennero disponibili sorgenti di raggi gamma artificiali come il cobalto e l’iridio, che erano molto più potenti del radio ed erano molto meno costose. Le sorgenti artificiali hanno rapidamente sostituito il radio e l’uso dei raggi gamma è cresciuto rapidamente nella radiografia industriale.
Preoccupazioni per la salute
La scienza della protezione dalle radiazioni, o “fisica della salute” come è più propriamente chiamato, è nato dalle scoperte parallele dei raggi X e della radioattività negli ultimi anni del 19 ° secolo. Sperimentatori, medici, laici e fisici allo stesso modo hanno installato apparecchi di generazione di raggi X e hanno proceduto alle loro fatiche con una mancanza di preoccupazione per quanto riguarda potenziali pericoli. Una tale mancanza di preoccupazione è abbastanza comprensibile, poiché non c’era nulla in precedenti esperienze che suggerissero che i raggi X sarebbero stati in alcun modo pericolosi. Anzi, era vero il contrario, per chi avrebbe sospettato che un raggio simile a leggero ma invisibile, non sentito o altrimenti non rilevabile dai sensi sarebbe dannoso per una persona? Più probabilmente, o almeno così sembrava ad alcuni, i raggi X potrebbero essere utili per il corpo.
Inevitabilmente, l’uso diffuso e incontrollato dei raggi X ha provocato gravi lesioni. Spesso le lesioni non venivano attribuite all’esposizione ai raggi X, in parte a causa della lenta insorgenza dei sintomi e perché semplicemente non c’era motivo di sospettare che i raggi X fossero la causa. Alcuni dei primi sperimentatori collegarono insieme l’esposizione ai raggi X e le ustioni cutanee. Il primo avvertimento di possibili effetti negativi dei raggi X è venuto da Thomas Edison, William J. Morton e Nikola Tesla, ciascuno dei quali ha riportato irritazioni agli occhi dalla sperimentazione con raggi X e sostanze fluorescenti.
Oggi si può dire che le radiazioni sono tra le cause di malattia più studiate. Anche se resta ancora molto da imparare, si sa di più sui meccanismi di danno da radiazioni sul sistema molecolare, cellulare e di organi di quanto non sia noto per la maggior parte degli altri agenti di stress per la salute. In effetti, è proprio questo vasto accumulo di dati quantitativi dose-risposta che consente ai fisici sanitari di specificare i livelli di radiazione in modo che gli usi medici, scientifici e industriali delle radiazioni possano continuare a livelli di rischio non superiori e spesso inferiori ai livelli di rischio associato a qualsiasi altra tecnologia.
I raggi X e i raggi gamma sono radiazioni elettromagnetiche della stessa natura della luce, ma di lunghezza d’onda molto più breve. La lunghezza d’onda della luce visibile è dell’ordine di 6000 angstrom mentre la lunghezza d’onda dei raggi X è nell’intervallo di un angstrom e quella dei raggi gamma è 0,0001 angstrom. Questa lunghezza d’onda molto corta è ciò che conferisce ai raggi X e ai raggi gamma il loro potere di penetrare materiali che la luce non può. Queste onde elettromagnetiche hanno un alto livello di energia e possono rompere i legami chimici nei materiali in cui penetrano. Se la materia irradiata è un tessuto vivente, la rottura dei legami chimici può provocare una struttura alterata o un cambiamento nella funzione delle cellule. Le prime esposizioni alle radiazioni hanno provocato la perdita di arti e persino di vite umane.Ricercatori di uomini e donne hanno raccolto e documentato informazioni sull’interazione tra radiazioni e corpo umano. Queste prime informazioni hanno aiutato la scienza a capire come le radiazioni elettromagnetiche interagiscono con i tessuti viventi. Sfortunatamente, molte di queste informazioni sono state raccolte con grandi spese personali.