Raggi X e XRF

Gli analizzatori Bowman XRF utilizzano la tecnologia a fluorescenza a raggi X per lo spessore del materiale e l'analisi della composizione. La radiografia è stata scoperta dal fisico tedesco Wilhelm Rontgen nel 1895. Ha chiamato la fonte di luce sconosciuta, che ha esposto il suo film, "X-ray" e ha pubblicato la sua scoperta con un'immagine a raggi X della sua mano.

Oggi è noto che i raggi X sono una forma di radiazione elettromagnetica, con una frequenza tra raggi ultravioletti e raggi gamma. La maggior parte dei raggi X ha una lunghezza d'onda da 0.01 a 10 nanometri, come mostrato nella figura 1.

la figura 1

Wilhelm Conrad Roentgen è stato insignito del primo premio Nobel per la fisica nel 1901.

i raggi X possono essere definiti come particelle (fotoni), e la loro energia è misurata in eV. Unità di energia e unità di lunghezza d'onda sono intercambiabili. Pertanto, i raggi X possono essere modellizzati sia come onde sia come particelle. Questo è un concetto importante nella comprensione delle proprietà dei raggi X.

I raggi X possono essere generati da Bremsstrahlung, che è l'energia persa da un elettrone o particella carica attraversando un materiale. All'interno di un tubo a raggi X, gli elettroni vengono accelerati verso l'anodo. Il loro frenamento all'interno del materiale che costituisce l'anodo porta all'emissione di raggi X.

È interessante notare che la descrizione ondulatoria del raggio X non spiega l'effetto fotoelettrico. Albert Einstein e Max Planck proposero che la luce non si comportava come un'onda, ma piuttosto come "pacchetti" discreti ad una data energia (particelle). Anni dopo, il chimico americano Gilbert Lewis chiamò i pacchetti di luce fotoni. Ma il mondo scientifico rimase scettico sulla teoria di Einstein fino al 1923, quando il fisico americano Arthur Compton scoprì la dispersione dei raggi X. Bombardò la grafite con i raggi X e scoprì che il raggio X diffuso ha una energia inferiore del raggio X incidente. Il fenomeno è stato chiamato scattering Compton, che è spiegato dalla teoria di Einstein-Planck. Durante la collisione con un elettrone, il raggio X trasferisce parte del suo impulso all'elettrone, e come risultato il raggio X viene deflesso in una direzione diversa dal fotone incidente ad un energia minore.

Wilhelm Roentgen
1845 - 1923

La teoria di Einstein-Planck spiega l'effetto Compton, ma rimane un problema. Per possedere la quantità di moto, un fotone deve avere massa, perché la quantità di moto nella fisica classica è il prodotto tra velocità e massa di una particella. Ma un fotone non ha massa. La risposta arrivò da Einstein, che postulò che energia e massa fossero equivalenti e intercambiabili. Formulò la relazione più famosa, ovvero E=mc2. Anni dopo, Einstein ricevette il premio Nobel per la fisica per la teoria sull'effetto fotoelettrico.

La fluorescenza a raggi X è correlata all'interazione fotoelettrica. Quando si verifica l'interazione fotoelettrica, un elettrone viene espulso dalla sua orbita, creando una lacuna. Elettroni da orbite più esterne riempiono la lacuna creatasi. La differenza di energia tra le due orbite è rilasciata come raggi X di fluorescenza, cioè raggi X secondari. L'energia del fotone emesso è unica per ogni elemento in tavola periodica.

Gilbert N. Lewis
1875 - 1946