Wilhelm Röntgen scoprì i raggi X nel 1895 (scoperta per la quale gli fu conferito il premio Nobel nel 1901), aprendo così una nuova finestra sul mondo. Il 16 gennaio 1896 il New York Times pubblicò una radiografia della mano della signora Röntgen. Ben presto la gente si meravigliava davanti a fotografie che mostravano la struttura ossea umana.

Già nel febbraio del 1896 i raggi X furono impiegati in medicina per osservare le fratture ossee: la prima osservazione di questo tipo, una frattura al braccio di un paziente, fu eseguita da due medici del Dartmouth College negli Stati Uniti. Ben presto si trovarono altre applicazioni dei raggi X, tra cui il controllo dei bagagli da parte dei funzionari doganali.

Immagini: a sinistra – osservazione di una frattura nel febbraio 1896: i dottori G. ed E. Frost (nella foto) furono i primi a usare i raggi X per scopi medici; a destra – controllo dei bagagli da parte di doganieri francesi, 1897.

I raggi X attirarono l'attenzione di molti medici, che li impiegarono per diagnosticare fratture e corpi estranei all'interno dei tessuti. Alla fine del XIX secolo la medicina prestava particolare attenzione alla patologia dei singoli organi. Miglioramenti continui consentirono ai medici di radiografare tutti gli organi interni per mezzo dei «mezzi di contrasto», sostanze opache che risultano visibili ai raggi X. I raggi X furono usati anche in terapia, per esempio nel trattamento delle malattie della pelle. Ci si rese però presto conto che per questo tipo di terapia era necessaria una radiazione di energia più elevata.

I raggi X si affermarono davvero durante la Prima guerra mondiale. Marie Curie, insieme alla figlia Irène, creò una rete di centri radiologici medici per migliorare la diagnosi delle fratture e delle malattie polmonari tra i soldati. Inoltre, numerosi veicoli specializzati dotati di apparecchiature a raggi X (chiamati “Les Petites Curies”) percorrevano i campi di battaglia. Marie Curie scrisse un libro su questo tema: “La radiologia e la guerra” (1921).

I raggi X sono un tipo di radiazione elettromagnetica. Vengono prodotti artificialmente in un tubo catodico, dove un catodo caldo emette elettroni che vengono poi accelerati da un'alta tensione, colpiscono un bersaglio metallico ad alta velocità e producono dei «raggi invisibili».

Questi raggi sono in parte il risultato della fluorescenza eccitata negli atomi del metallo e in parte del cosiddetto effetto di radiazione di frenamento (Bremsstrahlung) . Quest'ultimo si manifesta come conseguenza dei rapidi cambiamenti di direzione degli elettroni in prossimità dei nuclei atomici del metallo.
Un altro modo in cui si possono produrre raggi X è quando l'elettrone iniziale ad alta energia espelle uno degli elettroni di una shell elettronica interna. Un elettrone di energia superiore scende allora nella shell interna per colmare la lacuna ed emette la sua energia in eccesso sotto forma di raggio X.

In un tubo a raggi X gli elettroni vengono accelerati fino a un'energia di 30-150 keV e colpiscono un bersaglio di tungsteno, producendo radiazione X con energie da 1 eV a 150 keV, con un'intensità massima intermedia e due picchi a 59 e 67 keV (si tratta delle transizioni elettroniche negli atomi di tungsteno). Per le applicazioni mediche si usano energie più basse per ragioni di sicurezza. Mentre 20 keV è un'energia tipica per le radiografie dei tessuti molli, per esempio le mammografie, per i tessuti duri come le ossa si usano energie più elevate (intorno ai 150 keV).

Spesso ci si preoccupa dell'esposizione alle radiazioni durante gli esami medici con raggi X. Tuttavia ognuno è esposto per tutta la vita a sorgenti di radiazione naturale: i raggi cosmici, il radon nell'atmosfera, il suolo e le rocce, e persino il cibo e l'acqua.

Vale la pena confrontare questi contributi:

Fonte	Dose equivalente
Radiografia del torace	100 μSv
Vivere per un anno in un edificio di pietra, mattoni o cemento	70 μSv
Volo da Londra a New York	40 μSv
Dose media giornaliera di fondo naturale	10 μSv
Radiografia dentale	5 μSv
Mangiare una banana	0,1 μSv

Come si vede, perfino mangiare una banana espone a una dose di radiazione. La fonte principale è il potassio, che in natura contiene lo 0,0117 % dell'isotopo instabile ⁴⁰K.

Ogni forma di radiazione elettromagnetica è caratterizzata da una lunghezza d'onda (λ) o, equivalentemente, da un'energia (E = hc/2λπ, dove h è la costante di Planck (h = 6,626×10^-27 erg/s) e c è la velocità della luce nel vuoto (c = 2,9979·10¹⁰ cm/s).  

L'intervallo di lunghezze d'onda dei raggi X va da 0,01 nm a 10 nm, corrispondente a un intervallo di energie da 1 keV (103 eV) a 150 keV. Si confronti con l'intervallo di lunghezze d'onda della luce solare visibile, che va da 400 nm a 750 nm.

L'unico tipo noto di radiazione elettromagnetica più energetica dei raggi X sono i raggi gamma (γ). I raggi gamma sono usati in medicina nucleare, dove i medici impiegano radiazione γ con energie comprese tra 60 e 510 keV.

Lo spettro elettromagnetico, dalle onde radio ai raggi γ (Crediti immagine: ESA).