Pode ser que nem todos tenham ouvido falar dos raios ultravioletas e infravermelhos, mas da existência dos raios X é evidente que todos sabem. Estes raios interessantes atravessam corpos que, para a luz habitual, são opacos. O coeficiente de absorção deles é proporcional à densidade da substância. Por isso, com o auxílio dos raios X é possível obter uma fotografia dos órgãos internos do homem. Nestas fotografias, distinguem-se bem os ossos do esqueleto (fig. 6) e detectam-se diferentes deformações dos tecidos moles.

A descoberta dos raios X

Os raios X foram descobertos em 1895 pelo físico alemão W. Röntgen. Röntgen soube ver, soube notar coisas novas onde muitos cientistas — seus antecessores — não viram nada de interessante. Este dom especial permitiu-lhe fazer uma descoberta importante.

No fim do séc. XIX, a atenção geral dos físicos estava virada para as descargas em gases a pressão baixa. Nestas condições, num tubo de descarga de gás forma-se um fluxo de elétrons muito rápidos. Nesse tempo, chamavam-lhes raios catódicos. A natureza destes raios ainda não tinha sido determinada rigorosamente. Só se sabia que estes raios partiam do tubo catódico.

Tendo-se dedicado ao estudo dos raios catódicos, Röntgen depressa viu que a chapa fotográfica, que se encontrava perto do tubo de descarga, era impressionada mesmo no caso de o tubo estar envolvido em papel preto. Depois disto, ele conseguiu observar ainda um fenômeno que o surpreendeu. Uma tela de papel, umedecida por uma solução de platinocianeto de bário, começava a iluminar-se, se com ela se envolvesse o tubo carregado. Além disso, quando Röntgen colocou a mão entre o tubo e a tela, nesta tornaram-se visíveis as sombras escuras dos ossos, sobre o fundo de impressões mais claras da mão inteira.

O cientista compreendeu que, quando o tubo de descarga funcionava, aparecia uma radiação fortemente penetrante que até então não era conhecida. Chamou-lhe raios X. Mais tarde, esta radiação passou a ser chamada também de "raios de Röntgen".

Fig. 6

Fig. 7

Röntgen verificou que o novo tipo de radiação aparecia no lugar onde os raios catódicos (feixes de elétrons rápidos) chocavam com as paredes de vidro do tubo. Neste lugar o vidro iluminava-se com uma cor esverdeada. Experiências posteriores mostraram que os raios X apareciam quando os elétrons rápidos eram desacelerados por qualquer obstáculo, em particular, pelos eletrodos metálicos.

Propriedades dos raios X

Os raios, descobertos por Röntgen, atuavam na chapa fotográfica, provocavam a ionização do ar, mas não eram refletidos, de forma sensível, por nenhuma substância e não se refratavam. O campo eletromagnético não exercia nenhuma influência na direção da sua propagação.

Logo surgiu a hipótese de que os raios X são ondas eletromagnéticas que se irradiam durante a frenagem brusca dos elétrons. Os raios X distinguem-se dos raios luminosos da parte visível do espectro e dos raios ultravioletas pelo fato de terem menor comprimento de onda. O seu comprimento de onda é tanto menor quanto maior for a energia dos elétrons que chocam com os obstáculos. A grande capacidade de penetração dos raios X e as suas outras particularidades estão ligadas ao fato de eles terem um comprimento de onda muito pequeno. Mas esta hipótese precisava de ser demonstrada e a sua demonstração só foi obtida 15 anos depois da descoberta de Röntgen.

A difração dos raios X

Se a radiação de Röntgen (de raios X) é constituída por ondas eletromagnéticas, então ela deve verificar a difração — fenômeno a que obedecem todos os tipos de ondas. Ao princípio, fazia-se passar os raios X através de uma fenda muito estreita em discos de chumbo, mas não se conseguiu verificar nada que fosse parecido com difração. O físico alemão Max von Laue considerou que o comprimento de onda dos raios X fosse muito pequeno para que se tornasse possível verificar a difração destas ondas em obstáculos criados artificialmente, visto que não é possível construir fendas de comprimento \( 10^{-10} \text{ m} \), porque desse tamanho são os próprios átomos. E se os raios X tivessem um comprimento de onda próximo das dimensões dos átomos? Então resta-nos uma única possibilidade — utilizar os cristais. Estes têm uma estrutura ordenada, onde as distâncias entre os átomos isolados são da mesma ordem que o tamanho dos próprios átomos, ou seja, \( 10^{-10} \text{ m} \). Os cristais, com a sua estrutura periódica, constituem um dispositivo natural, que deve, sem falta, provocar uma difração sensível das ondas, se o comprimento destas for próximo do tamanho dos átomos.

E assim se fez incidir um feixe de raios X num cristal, atrás do qual se encontrava uma chapa fotográfica. O resultado estava totalmente de acordo com as perspectivas mais otimistas. A par de uma mancha central grande, dada pelos raios, que se propagavam em linha reta, surgiram pequenas manchas dispostas regularmente à volta da primeira (fig. 7). O aparecimento destas manchas só se podia explicar com base na difração dos raios X pela estrutura ordenada do cristal.

O estudo do quadro de difração permitiu determinar o comprimento de onda dos raios X. Ele era menor do que o comprimento da onda da radiação ultravioleta e era da mesma ordem do tamanho do átomo (\( 10^{-10} \text{ m} \)).

A aplicação dos raios X

• Os raios X têm numerosas aplicações práticas muito importantes.
• Na medicina aplicam-se para diagnosticar doenças.
• Os raios X são amplamente aplicados na investigação científica.

Devido ao quadro de difração, que nos é dado pelos raios X quando atravessam cristais, é possível verificar a ordem de disposição dos átomos no espaço — a estrutura dos cristais. Fazer isto para os cristais de substâncias inorgânicas não foi muito difícil. Mas com o auxílio da análise estrutural com raios de Röntgen pode decifrar-se a estrutura das ligações orgânicas complexas, incluindo as proteínas. Em particular, foi determinada a estrutura das moléculas da hemoglobina que contêm dezenas de milhares de átomos.

Isto foi possível graças ao fato de o comprimento de onda dos raios X ser muito pequeno e de isso tornar possível "ver" as estruturas moleculares. Ver, como é evidente, não no sentido literal da palavra; trata-se de obter um quadro de difração, com o auxílio do qual, trabalhando bastante na sua decifração, se pode conhecer o caráter da disposição dos átomos no espaço.

Uma das aplicações dos raios X é a inspeção industrial — um método de detectar falhas em peças fundidas, fendas nos trilhos, verificação da qualidade das costuras de soldagem, etc. A inspeção com raios de Röntgen é baseada na variação da absorção dos raios X pela peça, se dentro dela existirem cavidades ou corpos estranhos.

A estrutura do tubo de Röntgen

Para obter raios X, construíram-se mecanismos muito perfeitos que se chamam tubos de Röntgen. Eles diferenciam-se substancialmente dos aparelhos construídos por Röntgen.

Fig. 8

Na fig. 8 está representada esquematicamente a estrutura de um tubo eletrônico de Röntgen. O cátodo C é uma espiral de tungstênio, que emite elétrons graças à emissão termoeletrônica. O cilindro Cl foca o feixe de elétrons que depois colidem com o eletrodo metálico (ânodo) A. Durante este processo, formam-se os raios X. A diferença de potencial entre o cátodo e o ânodo atinge várias dezenas de quilovolts. No tubo forma-se um alto vácuo; a pressão do gás neste tubo é de cerca de \( 10^{-5} \) a \( 10^{-7} \text{ mm Hg} \).