Rayos X

Física. Radiación. Electromagnética. Espectro. Roentgen. Tubos. Ánodo. Cátodo. Fotoeléctrico. Compon. Ionización. Difracción. Fluorescencia. Aplicación. Medicina

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1. LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA

Se llama radiación electromagnética al producto de la variación periódica de los campos magnético y eléctrico.

Un campo es una región del espacio en la que la materia está sometida a algún tipo de fuerza. En el caso de la radiación electromagnética, los campos son producidos por las partículas cargadas en movimiento.

La luz visible es un tipo de radiación electromagnética. A veces se comporta como una onda que se propaga en el espacio, y otras veces se comporta como un conjunto de fotones. A este fenómeno se le denomina dualidad de la radiación.

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Los módulos de los vectores de E y de B cumplen la ecuación anterior en una posición y en un tiempo determinados, donde “c” es la velocidad de la onda.

Si la onda se propaga en el vacío, su velocidad = 300.000 km/seg, la velocidad de la luz.

Las ondas electromagnéticas son transversales y se propagan, a través del vacío o no, por medio de un campo eléctrico y uno magnético perpendiculares entre sí y a la dirección de propagación, como se puede ver en la ilustración.

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2. PARÁMETROS DE LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA

· La longitud de onda: l

Es la distancia entre dos máximos consecutivos de la onda. Se mide en metros (m) pero también es muy común el uso del Ángstrom (1 Å = 10-10 m)

· La frecuencia: u

Es el número de máximos que pasan por un punto en un tiempo determinado. Se mide en hercios (Hz). Un Hz es 1 ciclo / segundo. También se puede representar mediante la letra “f”, y es importante saber que su inverso es el período (T = 1 / f)

· La amplitud: A

Es la distancia que hay entre el punto de inflexión de la onda y el máximo.

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Debido a que la velocidad de la luz - a la que antes nos hemos referido- es constante, existe una relación directa entre la frecuencia y la longitud de onda, ya que dada una longitud de onda determinada, si sabemos que la onda se desplaza a velocidad c, para saber el número de veces que pasa un máximo por un punto, sólo hace falta dividir la velocidad de la luz entre la longitud de onda. Por lo tanto:

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La energía de una onda electromagnética tiene relación directa con su frecuencia:

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* h = constante de Planck = 6,63x10-34J.seg. De esto deducimos que las ondas con una frecuencia alta serán muy energéticas, mientras que aquellas cuyas frecuencias sean bajas (y, por tanto, su longitud de onda grande) transportarán menos energía.

3. EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

El espectro electromagnético es el conjunto de la radiación electromagnética de todas las longitudes de onda.

La luz no es más que radiación electromagnética en un rango de frecuencias a las que el ojo humano es sensible. Es curioso saber que el hecho de que estemos dotados para la visión en el rango visible, nos permite aprovechar el máximo de emisión del Sol que se produce en este rango, pero que muy probablemente, si nuestro Sol tuviese su máximo en el infrarrojo, nuestros ojos estarían dotados para ese tipo de visión.

Sin embargo el espectro electromagnético no tiene frecuencia máxima o mínima. Se extiende indefinidamente, por encima y por debajo de los estrechos límites de sensibilidad de nuestro ojo.

El espectro electromagnético está formado, en orden de menor a mayor longitud de onda, por Rayos Gamma (g), Rayos X, Rayos Ultravioleta (UV), la franja visible, Rayos Infrarrojos (IR), las Microondas, las ondas de radio cortas, las ondas de TV y radio FM, las ondas de radio AM, y las ondas de radio largas.

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Estos nombres distinguen distintas frecuencias de un mismo fenómeno: la radiación electromagnética. Todas ellas tienen en común su naturaleza, pero cada una está caracterizada por un intervalo determinado de longitudes de onda y frecuencias, y tiene su propia forma de producción, y unas aplicaciones prácticas específicas.

Evidentemente, cuanto mayor es la longitud de onda de un tipo de radiación electromagnética, menor es su frecuencia.

Los límites entre distintas regiones del espectro son difusos y, en muchas ocasiones, dependen de las técnicas empleadas para detectar o producir la radiación.

4. EL DESCUBRIMIENTO DE LOS RAYOS X

Los rayos X fueron descubiertos accidentalmente por el físico alemán Wilhelm Conrad Roentgen, en 1895.


Roentgen, profesor de Física de la Universidad de Wurzburgo, Baviera, estaba realizando experimentos, estudiando los rayos catódicos, con un tubo de Crookes (descarga eléctrica en el vacío) en busca de rayos lumínicos invisibles. Tuvo la idea de operar en un entorno oscuro y de cubrir el tubo con papel negro.

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Al pasar por éste la corriente de alta tensión, se produjo un resplandor inmediato en la pantalla fluorescente de platinocianuro de bario que se encontraba sobre la mesa, a cierta distancia del tubo. Al interponer objetos entre éste y la pantalla, se proyectaron sombras sobre esta última. La experimentación posterior con tales radiaciones, le permitió comprobar que afectaban una emulsión fotográfica del mismo modo que la luz visible.

De numerosos experimentos dedujo que esta variación era muy diferente de los rayos catódicos de Croques y determinó que la fluorescencia se debía a una radiación invisible más penetrante que la radiación ultravioleta…Sin embargo, al no poder precisar la naturaleza exacta los denominó Rx o incógnito.

Así fueron descubiertos los Rayos X que posteriormente fueron también denominados rayos Roentgen en su honor.

Los Rayos X son, en definitiva, una radiación electromagnética penetrante, cuya longitud de onda es menor que la de la luz visible.

5. CARACTERÍSTICAS DE LOS RAYOS X

Los rayos X son radiaciones electromagnéticas cuya longitud de onda va desde unos 10 nm hasta 0,001 nm (1 nm o nanómetro equivale a 10-9 m). Cuanto menor es la longitud de onda de los rayos X, mayores son su energía y poder de penetración.

Los rayos de mayor longitud de onda, cercanos a la banda ultravioleta del espectro electromagnético, se conocen como rayos X blandos; los de menor longitud de onda, que están más próximos a la zona de rayos gamma o incluso se solapan con ésta, se denominan rayos X duros. Los rayos X formados por una mezcla de muchas longitudes de onda diferentes se conocen como rayos X `blandos', para diferenciarlos de los rayos X monocromáticos, que tienen una única longitud de onda.

Tanto la luz visible como los rayos X se producen a raíz de las transiciones de los electrones atómicos de una órbita a otra. La luz visible corresponde a transiciones de electrones externos y los rayos X a transiciones de electrones internos.

En el caso de la radiación de frenado, los rayos X se producen por el frenado o deflexión de electrones libres que atraviesan un campo eléctrico intenso. Los rayos gamma, cuyos efectos son similares a los de los rayos X, se producen por transiciones de energía en el interior de núcleos excitados.

Los rayos X se producen siempre que se bombardea un objeto material con electrones de alta velocidad. Gran parte de la energía de los electrones se pierde en forma de calor; el resto produce rayos X al provocar cambios en los átomos del blanco como resultado del impacto.

Los rayos X emitidos no pueden tener una energía mayor que la energía cinética de los electrones que los producen.

La radiación emitida no es monocromática, sino que se compone de una amplia gama de longitudes de onda, con un marcado límite inferior que corresponde a la energía máxima de los electrones empleados para el bombardeo.

Este espectro continuo se denomina a veces con el término alemán “bremsstrahlung”, que significa `radiación de frenado', y es independiente de la naturaleza del blanco. Si se analizan los rayos X emitidos con un espectrómetro de rayos X, se encuentran ciertas líneas definidas superpuestas sobre el espectro continuo; estas líneas, conocidas como rayos X característicos, corresponden a longitudes de onda que dependen exclusivamente de la estructura de los átomos del blanco.

En otras palabras, un electrón de alta velocidad que choca contra el blanco puede hacer dos cosas: inducir la emisión de rayos X de cualquier energía menor que su energía cinética o provocar la emisión de rayos X de energías determinadas, que dependen de la naturaleza de los átomos del blanco.

6. PRODUCCIÓN DE RAYOS X:

:'Rayos X'

El primer tubo de rayos X fue el tubo del británico Crookes

Se trata de una ampolla de vidrio bajo vacío parcial con dos electrodos. Cuando una corriente eléctrica atraviesa un tubo de este tipo, el gas residual contenido se ioniza.

Los iones positivos golpean entonces el cátodo y expulsan electrones del mismo. Estos electrones, que forman un haz de rayos catódicos, bombardean las paredes de vidrio del tubo y producen los famosos rayos X, aunque solo sean del tipo “X blandos”, con muy poca energía.

La introducción de un cátodo curvo para concentrar el haz de electrones sobre un blanco de metal pesado (ánodo), fue el primer perfeccionamiento que sufrió éste tubo.

Este tipo de tubo genera rayos más duros, con menor longitud de onda y mayor energía que los del tubo original de Crookes; pero su funcionamiento es muy irregular porque la producción de rayos X es dependiente de la presión del gas dentro del recipiente.

En 1913 el estadounidense Coolidge creó su propio tubo, que crea un vacío muy alto, contiene un filamento calentado y un blanco.

En esencia. se trata de un tubo de vacío termoiónico en el que el cátodo emite electrones al ser calentado por una corriente auxiliar, y al contrario que en casos anteriores, no es calentado por efecto del golpeo de los iones.

Los electrones emitidos por el cátodo calentado se aceleran mediante la aplicación de una alta tensión entre los dos electrodos del tubo y así, al aumentar la tensión disminuye la longitud de onda mínima de la radiación.

Hoy en día, en la producción de Rayos X, se emplean muy mayoritariamente los tubos Coolidge modificados.

7. EL TUBO DE RAYOS X

Los rayos X son generados por la desaceleración o la detención súbita de los electrones de alta velocidad, y para una producción con un buen rendimiento, es necesario que se cumplan ciertos requisitos.

Debe contar, como ya hemos citado, con una fuente de electrones, el cátodo. Por otra parte, evidentemente debe tener un blanco, el ánodo, conectado de manera que atraiga a los electrones en el momento oportuno, y fabricado de un material idóneo para dicha función. Además, es clave que los electrones no contacten con interferencia alguna en su trayectoria, y que contemos con un buen método de aceleración de electrones que no interfiera tampoco en la producción de los Rayos X.

Todas estas condiciones se cumplen en el moderno tubo de rayos X de cátodo caliente: el cátodo de filamento caliente y el ánodo de tungsteno se hallan dentro de un recipiente de vidrio al vacío, herméticamente cerrado.

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La corriente alterna circula hacia el cátodo y desde éste en el circuito del filamento, mientras que una corriente continua va al cátodo, pasa al ánodo y sale de él sin eliminar el vacío. Si el vacío no se mantuviese, ocurrirían irregularidades en el flujo de electrones desde el cátodo hacia el ánodo.

Como el flujo de electrones constituye la corriente de tubo, para que el tubo de rayos X funcione bien es fundamental que el flujo de electrones se mantenga lo mas constante posible durante cada exposición.

Si el tubo de rayos X se torna gaseoso, lo que significa una pérdida del vacío completo, se produce fluctuaciones perceptibles del mili amperaje cuando está en funcionamiento.

El tubo de vidrio al vacío está rodeado por un blindaje metálico que contiene plomo y hace la función de barrera primaria para absorber rayos X  que no estén orientados hacia la ventana de salida.

Dicho blindaje tiene una ventana de material radio transparente, justamente debajo del ánodo, que posibilita la salida de los rayos X útiles a través de una ventana.

Entre el blindaje metálico y el tubo de vidrio hay un aceite muy refinado que cumple tres misiones: servir de aislador eléctrico, conducir el calor y hacer las veces de filtro (con un valor equivalente a 0.5 mm de Aluminio) contra los rayos X blandos. La presencia del aceite impide que el tubo de rayos X produzca descargas eléctricas.

Durante la generación de rayos X  se producen enormes cantidades de calor, que se disipan desde las conexiones del ánodo, (fuera del tubo de vidrio) hacia el blindaje metálico, y finalmente hacia el aire.

Hay huecos para filtros adicionales en el mismo blindaje, donde hoy en día en los tubos modernos se instala un colimador.


Un colimador es un tubo que hace de obstáculo, oponiéndose a la salida y dejando pasar sólo rayos útiles, es decir aquellos que son paralelos. Encauza los rayos hacia delante, o lo que es lo mismo, los dirige en dirección paralela y hace que no sean divergentes.

Es la pieza metálica (níquel) cuya rendija enfoca los electrones al ánodo.

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7.1 ÁNODO

El ánodo del tubo de rayos X recibe carga eléctrica positiva durante la emisión de rayos X; es decir, durante el tiempo en que el interruptor de exposición permanece cerrado.

La carga positiva del ánodo atrae a los electrones que se desprenden del cátodo y se cierra así el circuito de alta tensión. El ánodo se suele montar en una barra de cobre, uno de cuyos extremos sale del tubo de vidrio y está conectado con un transformador de alta tensión. El otro extremo mira al cátodo y tiene un  botón de tungsteno en su centro.

La faz del ánodo es biselada, o sea que se aleja del cátodo en un ángulo de 15 a 20º.

El ángulo del ánodo controla considerablemente la cantidad de energía del haz total que se emite hacia el extremo positivo y hacia el negativo del tubo.

El bloque de tungsteno mide 2 mm aproximadamente de espesor y sirve de blanco para los electrones.

LA ENERGÍA CINÉTICA DE LOS ELECTRODOS DEL CÁTODO QUE CHOCAN CON EL BOTÓN DE TUNGSTENO SE TRANSFORMA EN DOS TIPOS DE ENERGÍA: CALOR Y RAYOS X.

El calor se disipa con mucha rapidez desde el tungsteno por el ánodo de cobre y el aceite hasta el blindaje del tubo. Hay varios métodos para disipar éste calor generado y propagado.

Uno de ellos ya lo hemos citado; una capa de aceite. Otros métodos son unos radiadores especiales, persianas, o muy comúnmente, un ventilador mecánico junto al blindaje que contribuye a la refrigeración del ánodo. Éste último sistema es el más efectivo y menos complicado de los tres, de ahí su estandarización.

Los ánodos de los tubos de rayos X que se utilizan para diagnóstico pueden ser fijos o rotativos. En muchos tubos de ánodo rotativo el borde de la circunferencia del disco forma un ángulo de 15º con el plano transversal del tubo de rayos X.

El borde se aleja del cátodo de modo que los rayos X útiles se proyectan a través de la ventana de salida. El filamento del cátodo está rodeado por una copa de enfoque de molibdeno, esta copa concentra en una pequeña superficie del blanco anódico a los electrones que parten del filamento. Como el filamento es lineal, los
electrones inciden sobre el blanco siguiendo una línea.

Los electrodos del cátodo inciden sobre el ánodo en una superficie (punto focal electrónico) determinada por la copa de enfoque de molibdeno, por la forma del filamento catódico y por el ángulo del ánodo.

Los modernos tubos de ánodo fijo poseen un ángulo de alrededor de 18º para reducir el tamaño del punto focal óptico.

El área focal electrónica es la verdadera zona bombardeada por los electrones procedentes del cátodo.

El área focal óptica es la zona de proyección del área focal electrónica; esta proyección
se produce en ángulo recto con respecto al haz de electrones catódicos.

Área focal real >>>>> Área focal efectiva

Empleando un área focal más pequeña, se obtienen radiografías de mayor definición.

El ánodo giratorio es un nuevo elemento del tubo, que ha permitido el desarrollo de radiografías ultrarrápidas, usando corrientes de alta tensión y tiempos de exposición a los Rayos X muy breves, debido a que los e- solo chocan con una zona reducida del ánodo en un preciso instante.

Es un disco de unos 8 cm de diámetro. Mediante un rotor exterior, se hace que éste ánodo gire sobre su eje a una “v” = 3000 r.p.m. Gracias a dicho giro, cambia continuamente el área focal sobre la que incide el haz de e- catódicos, lo que permite usar + voltaje y + miliamperio / segundo (nº de rayos X / seg) sin riesgo alguno.

7.2 CÁTODO

El cátodo posee una carga negativa.

El circuito del filamento del tubo de rayos X suministra el calentamiento necesario al filamento del cátodo. Uno de los extremos de éste se conecta también con el bobinado secundario de un transformador de alta tensión  y conduce la corriente secundaria a través del tubo de rayos X.

La disposición especial del colector, su relación con el filamento del cátodo, y la aplicación de un voltaje elevado al tubo de rayos X hace que los e- emitidos a partir del filamento catódico choquen sobre un área muy reducida (foco) de la placa del ánodo.

El delgado filamento, de 0.2 mm de diámetro, opone una resistencia considerable al paso de la corriente de calentamiento, la cual eleva la temperatura de aquel hasta un grado lo bastante alto como para que los e- se volatilicen y rodeen el cátodo. El aumento de intensidad de la corriente del filamento se traduce en un aumento de la E cinética de sus e-, haciendo de esta manera que se desprenda una cantidad proporcionalmente mayor de ellos de los alambres. Esta liberación de electrones a causa de la incandescencia y determinada por la aplicación de calor es la emisión termoiónica.

El nº de e- liberados depende del grado de calentamiento del filamento. El nº de e- que fluyen desde el cátodo al ánodo por segundo constituye la llamada corriente del tubo.

Para que se produzcan rayos X es necesario que los electrones liberados choquen contra el foco del ánodo a GRAN VELOCIDAD, algo que solo ocurre si el ánodo esta cargado positivamente dentro del circuito de alta tensión. Al cerrar el conmutador de exposiciones, la tensión secundaria en el cátodo es mucho mayor que en el ánodo.

La caída de tensión entre uno y otro ACELERA el flujo catódico de e- en dirección al ánodo cargado positivamente con una fuerza en cierto modo proporcional a la tensión de la corriente de alimentación que llega del secundario.

Es por lo tanto el transformador de alta tensión el dispositivo que proporciona una “ddp” entre el cátodo y el ánodo

8. PROPIEDADES DE LOS RAYOS X

8.1 Maneras principales en que los RX interaccionan con la materia.

8.1.1 EFECTO FOTOELÉCTRICO


Cuando un fotón correspondiente a la zona de rayos X del espectro electromagnético choca con un átomo, puede golpear un e- de una capa interna y sacarlo fuera de él. Si el fotón tiene + energía que la necesaria para expulsar el e-, la energía sobrante le será transmitida en forma de E cinética.

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Este es propiamente el efecto fotoeléctrico, que condujo a Einstein en 1905 a tomarse en serio el postulado de Plank: que la luz que incide sobre el metal está concentrada en forma de corpúsculos cuya energía es proporcional a su frecuencia. (E = hu) El electrón, al absorber uno de estos corpúsculos, se queda con su energía y la usa para escaparse del metal, con ése exceso de Energía cinética.

Por lo tanto: <<E.Cinética al emitir un e- desde la superficie de un metal >>

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El trabajo "W" es necesario para superar tanto los campos de atracción de los átomos de la superficie, como las pérdidas de energía cinética, debidas a las colisiones internas del electrón. Kmax es la energía cinética de los electrones + débilmente ligados al núcleo.

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"Wo" es la función trabajo definida como la energía mínima necesaria para que el electrón pase a través de la superficie del metal y escape de las fuerzas de atracción que normalmente fijan el electrón al metal.

Predomina a BAJAS energías de fotones antes que los otros dos métodos de interacción con la materia de los RX.

8.1.2 EFECTO COMPTON

Fue descubierto en 1923 por el físico americano Arthur Compton. Es una manifestación de la absorción de rayos X de menor l.

Se explica cuando un e- choca contra un fotón de alta energía. Las dos partículas se desviarían, con lo que formarían un ángulo respecto a la trayectoria de la radiación incidente de rayos X.

El fotón incidente dona parte de su energía al e- y sale del material con una mayor l. Estas desviaciones que tienen variación de l se conocen se llaman “efecto Compton”, que confirma tanto la validez de la mecánica relativista como la existencia de fotones.

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El gráfico muestra la colisión que realiza el fotón del rayo X incidente con el blanco y el fotón dispersado posteriormente. El fotón emergente tiene una l mayor l', lo que equivale a una energía menor (E' = hc / l') ya que ha entregado parte de su energía original al e- que ahora se mueve con velocidad “v”.

Predomina a MEDIANAS energías de fotones (alrededor de 1MeV) por encima de los otros dos métodos de interacción con la materia de los RX.

8.1.3 PRODUCCIÓN DE PARES

Se puede dar cuando un fotón energético se acerca al campo eléctrico intenso de un núcleo. El fotón se transforma en un “par electrón- positrón”.

Ya que la suma de las masas del par es 1.02 MeV, no puede suceder si la energía del fotón es menor que esta cantidad. Si la E del fotón original es mayor, el excedente se lo reparten el e- y el positrón como energía cinética, pudiendo ionizar el material. El positrón al final de su trayecto forma un positronio y luego se aniquila, con lo que se producen dos fotones de aniquilación, de 0.51 MeV cada uno, con trayectorias opuestas


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Predomina con ALTAS energías de fotones antes que los otros dos métodos de interacción con la materia que experimentan los Rayos X.


 8.2 IONIZACIÓN

La capacidad de ionización de los rayos X monocromáticos es directamente proporcional a su energía. Esta propiedad proporciona un método para medir la energía de los rayos X. Cuando se hacen pasar rayos X por una cámara de ionización se produce una corriente eléctrica proporcional a la energía del haz incidente.


Otros aparatos más sensibles como el contador Geiger (en la ilustración de la derecha) o el contador de centelleo también miden su energía a partir de la ionización que provocan.

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Es más, gracias a esta propiedad visualizamos su trayectoria en una cámara de niebla.

El fenómeno en sí, se centra en que si en los choques de la partícula contra e-, la energía transferida es superior a la energía de enlace (de ionización) del e- colisionado, éste abandona el átomo y por tanto se crea un ION POSITIVO.

Surge entonces un “plasma diluido”, es decir, a lo largo de la trayectoria de la partícula y hasta una cierta distancia de la misma, se crea un cierto número de Pares Ión-Electrón, que tenderán a la recombinación y a la neutralización eléctrica del medio absorbente. Este tipo de ionización recibe el nombre de ionización primaria (Ip)

Los e- producidos en la ionización primaria, si tienen energía suficiente para producir nuevas ionizaciones en el medio, producirán la “ionización secundaria (Is)

La ionización total (IT) producida por una partícula cargada en su paso a través de la materia, es igual al número total de pares ión-electrón producidos por la Ip y la Is a lo largo de su trayectoria. Así, se deduce:

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(Ec = E. Cinética inicial de la partícula) y (“W” = E media para producir un par ión-e-)

El valor de W depende de la naturaleza y energía de la partícula incidente y de la naturaleza del medio. Sus valores típicos son 30 eV/par (Gases) y 3 eV/par (Sólidos)

Finalmente, reseñar que la “ionización específica” (Ie) es el nº de pares ión-electrón producidos por la partícula incidente por unidad de recorrido en el medio material.

Ésta Ie varía a lo largo de su recorrido, y alcanzan un valor máximo hacia el final de la trayectoria, cuando la velocidad es relativamente baja.

8.3 DIFRACCIÓN DE RAYOS X


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La difracción de rayos X ha sido y es un instrumento muy útil para entender la estructura de los sólidos.

La red de átomos en un cristal funciona como una serie de barreras y aberturas que difractan los rayos X que lo atraviesan. Los rayos X difractados forman un diagrama de interferencia que se puede utilizar para determinar la distancia entre los átomos del cristal.


La ilustración muestra el diagrama de interferencia cuando Rayos X atraviesan un compuesto con un átomo de paladio en el centro de cada molécula.

8.4 FLUORESCENCIA

Los Rayos X provocan fluorescencia en determinados materiales, como el latinocianuro de bario o el sulfuro de cinc.

Gracias a ella, la técnica de la fluoruroscopia nos permite poder observar directamente la estructura interna de objetos opacos.

9. APLICACIONES DE LOS RAYOS X

9.1 DESARROLLO CIENTÍFICO

El estudio de los rayos X ha desempeñado un papel primordial en la física teórica, sobre todo en el desarrollo de la mecánica cuántica. También ha jugado un importante papel en la química, mineralogía, biología, metalurgia…

Utilizando métodos de difracción de rayos X se han podido confirmar experimentalmente teorías cristalográficas, ya que es posible identificar las sustancias cristalinas y determinar su estructura. Casi todos los conocimientos actuales en este campo se han obtenido o verificado mediante análisis con rayos X.

Los métodos de difracción de rayos X también pueden aplicarse a sustancias pulverizadas que, sin ser cristalinas, presentan alguna regularidad en su estructura molecular. Mediante estos métodos es posible identificar sustancias químicas y determinar el tamaño de partículas ultramicroscópicas.

Elementos químicos y sus isótopos pueden identificarse mediante espectroscopia de rayos X, que determina las longitudes de onda de sus espectros de líneas característicos. Varios elementos fueron descubiertos mediante el análisis de espectros de rayos X.

La microsonda de electrones, que utiliza un haz de electrones muy preciso para generar rayos X sobre una muestra en una superficie de sólo una micra cuadrada, proporciona también una información muy detallada.

9.2 TECNOLOGÍA E INDUSTRIA

Los rayos X se emplean en la industria como herramienta de investigación y para realizar numerosos procesos de prueba, tan necesarios en este campo.

Son muy útiles a la hora de examinar objetos sin destruirlos. Las imágenes de rayos X en placas fotográficas muestran la existencia de fallos en estructuras de edificios, piezas metálicas…

Muchos productos industriales se inspeccionan de forma rutinaria mediante rayos X, para que las unidades defectuosas puedan eliminarse en el lugar de producción.

Hay muchas más aplicaciones, entre las que destacan la identificación de piedras preciosas falsas, la detección de mercancías de contrabando, detección de objetos peligrosos en los equipajes…

Los rayos X ultrablandos pueden determinar la autenticidad de obras de arte y también se utilizan comúnmente en la restauración de cuadros y demás antigüedades.

En el campo de la astrología, para observar las fuentes celestes de rayos X es preciso construir y poner en órbita telescopios especiales, pues es imposible su estudio desde la Tierra ya que la atmósfera terrestre absorbe los rayos X procedentes del espacio.

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Así pues, los telescopios de rayos X - como el Telescopio Chandra- utilizan unos tubos encajados y ligeramente cónicos para enfocar esta radiación en un detector. Las lentes normales no sirven para enfocar los rayos X porque éstos las atraviesan sin refractarse (desviarse).


Gracias a ellos, los científicos pueden estudiar los fenómenos de galaxias a millones de años luz de distancia mediante la interpretación de fotografías de Rayos X, como ésta, que destaca RX de Oxigeno, Magnesio, Aluminio y Silicio en la superficie de la Luna.

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9.3 MEDICINA

Las fotografías de rayos X o radiografías y la fluoroscopia se emplean mucho en medicina (odontología, traumatología, cirugía…) como herramientas de diagnóstico. En la radioterapia se emplean rayos X para tratar determinadas enfermedades, en particular el cáncer, ya que las células cancerosas caracterizadas por dividirse con mucha rapidez son especialmente vulnerables a los rayos X.

La absorción de rayos X por una sustancia depende de su densidad y masa atómica. Cuanto menor sea la masa atómica del material, más transparente será a los rayos X de una longitud de onda determinada. Cuando se irradia el cuerpo humano con rayos X, los huesos - compuestos de elementos con mayor masa atómica que los demás tejidos - absorben la radiación con más eficacia, por lo que producen sombras más oscuras sobre una placa fotográfica.


Entonces queda claro que la utilidad de las radiografías para el diagnóstico se debe a la capacidad de penetración de los rayos X. Pocos años después de su descubrimiento ya se empleaban para localizar cuerpos extraños en el interior del cuerpo humano. Actualmente, los RX permiten encontrar cobre del tejido hepático de pacientes con enfermedad de Wilson, plomo en los eritrocitos de pacientes con saturnismo, arsénico en las intoxicaciones, tetraóxido de osmio en traumatismos de la piel…

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Volviendo al pasado, con la mejora de las técnicas de rayos X, las radiografías hicieron posible que muchas enfermedades, como la tuberculosis, pudieran diagnosticarse. Hoy, las cavidades del cuerpo pueden llenarse artificialmente con materiales de contraste, por vía oral o intravenosa, de forma que un órgano determinado se vea con mayor claridad. El sulfato de bario, muy opaco a los rayos X, se utiliza para la radiografía del aparato digestivo, pero se hace sólo en casos precisos puesto que puede tener efectos secundarios graves, al igual que una exposición prolongada a los RX.


Por otra parte, en la actualidad se utiliza radiación de neutrones para algunos tipos de radiografía. Sus resultados son casi los inversos; objetos que producen sombras oscuras en una imagen de rayos X aparecen claros en una radiografía de neutrones.

La microrradiografía, por ejemplo, produce imágenes de alta resolución que pueden ampliarse considerablemente. Dos radiografías pueden combinarse en un proyector para producir una imagen tridimensional llamada estéreo radiograma.

La radiografía en color también se emplea para mejorar el detalle - las diferencias en su absorción se representan como colores distintos.

El escáner de tomografía axial, inventado en 1972 por Hounsfield, proporciona visiones claras de cualquier parte de la anatomía, “hace un corte” del cuerpo humano, girando 180° alrededor del paciente al tiempo que emite un haz de rayos X en 150 puntos diferentes. Unos cristales situados en los puntos opuestos reciben y registran la absorción de los distintos espesores de tejido y huesos. Todos los datos se envían a un ordenador que convierte la información en una imagen.


10. BIBLIOGRAFÍA

Encarta 97

Encarta 2000

Libro de Física

Enciclopedia Larousse

Libro “Tecnología Radiológica. Rayos X” de Javier González / Ricardo G. Delabat

http://fisica.usach.cl/~didactic/cuantica1_joel.pdf

http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/094/htm/sec_6.htm

http://personales.ya.com/casanchi/fis/materia01.htm

http://elfirmamento.netfirms.com/chandra.htm

http://www.geocities.com/Athens/Agora/5115/info.htm

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/compton/Compton.htm

http://personal.telefonica.terra.es/web/flromeras/rayosx.htm

http://www.geocities.com/fisicaquimica99/radiacion11.htm

http://www.geocities.com/tecnicos.geo/eltubo.htm

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