Radiografia

La radiografia fa attraversare il corpo da raggi invisibili e penetranti che arrivano su una lastra o un rivelatore, così che ossa e tessuti densi vi proiettano la loro ombra. Wilhelm Röntgen scoprì questi raggi a Würzburg l'8 novembre 1895, e all'inizio del 1896, poche settimane dopo l'annuncio, medici in Europa e in America li usavano per individuare fratture e proiettili.

Che cos’è

I raggi X sono onde elettromagnetiche come la luce, ma con una lunghezza d’onda molto più corta, da circa 0,01 a 10 nanometri contro 400-700 della luce visibile, che permette loro di attraversare materiali che fermano la luce. La materia densa ne assorbe più di quella leggera, e così un oggetto posto fra una sorgente di raggi X e una lastra sensibile vi lascia un’immagine in ombra del suo interno: l’osso, che contiene calcio, risalta nettamente sulla carne intorno.

L’apparecchio della tavola è del tipo usato nel 1896 e negli anni seguenti. Un rocchetto a induzione trasforma la bassa tensione di una pila in decine di migliaia di volt. Due fili portano questa tensione a un tubo «focus», un’ampolla di vetro quasi svuotata d’aria, con a un’estremità un catodo concavo di alluminio e al centro una piccola lamina di platino, l’anticatodo, inclinata di 45 gradi. Sotto il tubo è posata una lastra fotografica avvolta in carta nera, con sopra l’oggetto da radiografare.

Come funziona

Nel tubo resta una traccia di gas. L’alta tensione lo ionizza, e gli ioni positivi, urtando il catodo, ne staccano elettroni che la tensione scaglia poi attraverso il tubo. Questi raggi catodici, come si chiamavano allora, sono correnti invisibili di elettroni, e la quantità di gas rimasta nel tubo ne determina il comportamento. Il catodo concavo li concentra su una piccola macchia dell’anticatodo di platino. Quando gli elettroni veloci vengono fermati nel metallo, una piccola parte della loro energia esce sotto forma di raggi X; quasi tutto il resto diventa calore. I raggi X lasciano il bersaglio in molte direzioni; poiché è inclinato, un fascio utile esce di lato, attraverso il vetro, verso la lastra fotografica, mentre il resto si sparge nella stanza se non è schermato.

Il tubo di Coolidge del 1913: un filamento di tungsteno riscaldato fornisce gli elettroni, così l’emissione si può regolare con precisione.

I raggi partono in linea retta da quella piccola macchia, ed è per questo che conta: più è piccola, più le ombre sono nitide. Dove i raggi passano facilmente, nell’aria o nella carne, anneriscono l’emulsione fotografica; dove l’osso o il metallo li assorbono, la lastra resta più chiara. Stampata o guardata direttamente, la lastra mostra lo scheletro di una mano, una moneta in un borsellino o un proiettile in un arto.

I primi tubi a gas erano capricciosi: il loro comportamento cambiava man mano che il gas residuo si esauriva. Nel 1913 William Coolidge, alla General Electric, costruì un tubo ad alto vuoto con un filamento di tungsteno riscaldato come catodo. La corrente, e con essa la quantità di raggi X, si regolava ora con la temperatura del filamento e il potere penetrante con la tensione, e le dosi diventarono ripetibili. I tubi moderni seguono ancora questo principio.

Come costruirlo

Un apparecchio a raggi X non si può costruire in sicurezza a casa, e nella maggior parte dei paesi per usarlo serve un’autorizzazione. I raggi X danneggiano le cellule vive senza che lo si avverta; i primi operatori lo impararono con ustioni, amputazioni e tumori mortali. Questa sezione descrive come si costruivano le prime macchine nei laboratori e propone poi due esperimenti semplici che mostrano gli stessi principi.

Come si faceva nel 1896. I costruttori di strumenti avvolgevano chilometri di filo sottile ricoperto di seta su un nucleo di ferro, alimentavano i rocchetti con pile attraverso un interruttore a vibrazione e li collegavano a tubi fatti dai soffiatori di vetro. I tubi venivano svuotati per ore con pompe a mercurio, sigillati e rodati finché non davano raggi stabili. Sotto il tubo si poneva un telaio avvolto in carta nera; per una mano servivano all’inizio diversi minuti di posa, a volte molti di più, e meno via via che i tubi miglioravano.

Vedere le ombre con la luce. In una stanza buia fissate una torcia luminosa a circa 2 m da una parete e tenete una matita a metà strada. Coprite la torcia con un cartoncino forato da un buco di 5 mm, poi toglietelo perché illumini tutta la lente: la sorgente piccola dà un’ombra nitida, quella grande bordi sfumati, proprio come una piccola macchia focale in un tubo a raggi X. Poi premete la torcia contro il polpastrello di un dito: il polpastrello si accende di rosso, perché la luce rossa attraversa un centimetro di carne.

Vedere la fluorescenza. Röntgen notò i raggi perché uno schermo ricoperto di platinocianuro di bario si illuminava. Con un adulto responsabile e seguendo le istruzioni di sicurezza della lampada, illuminate al buio un bicchiere di acqua tonica con una torcia ultravioletta di bassa potenza, di tipo «UV-A» a 365 nm: il chinino che contiene assorbe quella luce invisibile e brilla di blu. L’inchiostro degli evidenziatori e alcuni detersivi fanno lo stesso.

Sicurezza. Non collegate mai vecchie valvole termoioniche o tubi a raggi catodici all’alta tensione: quando gli elettroni urtano il vetro o il metallo all’interno, possono emettere raggi X. I rocchetti a induzione e gli altri alimentatori ad alta tensione possono dare scosse pericolose o mortali. L’ultravioletto danneggia occhi e pelle: non guardate mai dentro la torcia, tenete il fascio lontano da occhi e pelle, indossate occhiali anti-UV e sceglietene una di bassa potenza venduta solo per l’UV-A. Le radiografie mediche le esegue personale formato, con la dose più bassa che l’esame consenta.

Storia ed evoluzione

La scoperta di Röntgen: un tubo avvolto in cartone nero e, accanto, uno schermo fluorescente che si illumina lo stesso.

La sera dell’8 novembre 1895 Wilhelm Conrad Röntgen, professore di fisica a Würzburg, studiava una scarica elettrica in un tubo avvolto in cartone nero. Uno schermo di carta ricoperto di platinocianuro di bario, posato a una certa distanza, si illuminava ogni volta che il tubo veniva acceso, benché nessuna luce potesse uscire dal cartone. Nelle settimane seguenti, lavorando da solo, mostrò che i raggi sconosciuti attraversavano carta, legno e carne, ma venivano assorbiti molto più fortemente dalle ossa e da metalli come il piombo. Il 22 dicembre fotografò la mano della moglie, Anna Bertha, in cui si vedono le ossa e l’anello. Il suo articolo «Su un nuovo tipo di raggi» uscì alla fine del mese.

Dall’inizio del 1896 la lastra mostrava al chirurgo dove si trovavano un ago o un proiettile prima di incidere.

La notizia si diffuse con una rapidità straordinaria, e in un anno uscirono circa mille pubblicazioni sui raggi X. All’inizio del 1896 Herbert Jackson a Londra e altri costruirono tubi «focus» con catodo concavo e bersaglio metallico inclinato, che davano immagini molto più nitide. I chirurghi li usarono per localizzare proiettili e aghi; gli ospedali allestirono sale radiologiche. Röntgen ricevette nel 1901 il primo premio Nobel per la fisica.

Il pericolo non fu capito subito. Ustioni e caduta dei capelli furono segnalate già nel 1896, e molti dei primi operatori subirono lesioni deturpanti; Clarence Dally, assistente di Thomas Edison, morì nel 1904 dopo anni di esposizione. Seguirono schermi di piombo, limiti di dose e formazione. Nel 1912 il gruppo di Max von Laue dimostrò che i raggi X sono onde facendoli diffrangere nei cristalli, il che aprì lo studio delle strutture cristalline. La tomografia computerizzata, che ricostruisce sezioni da molte misure ai raggi X, valse nel 1979 il premio Nobel a Godfrey Hounsfield e Allan Cormack.