viernes, 4 de septiembre de 2009

PROPIEDADES DE LOS RAYOS X



  1. PODER DE PENETRACIÓN
  2. EFECTO LUMINISCENTE
  3. EFECTO FOTOGRÁFICO
  4. EFECTO IONIZANTE
  5. EFECTO BIOLÓGICO
  1. PODER DE PENETRACION:  Cuando un haz de Rx incide sobre la materia, parte de la radiación es absorbida por esa materia, otra es desviada, y otra SIN MODIFICAR atraviesa la materia imprimiendo directamente la placa radiográfica.  Depende de: el número atómico de la materia a atravesar, la densidad y espesor de la materia, y la energía del haz de Rx.
  2. EFECTO LUMINISCENTE: Hay sustancias, generalmente tierras raras, que emiten luz al ser incididas por radiación. Son usadas en fluoroscopía y pantallas reforzadoras.
  3. EEFCTO FOTOGRÁFICO: Los Rx actúan sobre la emulsión fotográfica, produciendo un ennegrecimiento de la placa una vez revelada.
  4. EFECTO IONIZANTE: Un gas eléctricamente neutro no es conductor de corriente eléctrica. Al ser incidido por un haz de rayos X, el gas se ioniza, pues cambia la carga de electrones de sus átomos, y se convierte en gas conductor. Permite medir cantidad y calidad de la radiación.
  5. EFECTO BIOLÓGICO:  Los Rx pueden ser causa de múltiples efectos biológicos, físicos y químicos:
  • como bactericida; letales sobre los tejidos y su ionización; produciendo alteraciones cromosómicas; produciendo esterilización; matando tumores; etc.
  • la impresión fotográfica de placas; la ionización de sustancias inertes; la capacidad de penetrar la materia.
  • la decoloración de sales alcalinas.
Cuando se irradia el cuerpo humano con rayos X, los huesos —compuestos de elementos con mayor masa atómica que los tejidos circundantes— absorben la radiación con más eficacia, por lo que producen imágenes más claras sobre una placa fotográfica.
Otra característica importante de los rayos X es su poder de ionización, que depende de su longitud de onda. 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 (véase Detectores de partículas) se produce una corriente eléctrica proporcional a la energía del haz incidente. Además de la cámara de ionización, otros aparatos más sensibles como el contador Geiger o el contador de centelleo también miden la energía de los rayos X a partir de la ionización que provocan. Por otra parte, la capacidad ionizante de los rayos X hace que su trayectoria pueda visualizarse en una cámara de niebla o de burbujas.
Difracción de rayos X: Los rayos X pueden difractarse al atravesar un cristal, o ser dispersados por él, ya que el cristal está formado por redes de átomos regulares que actúan como redes de difracción muy finas. Los diagramas de interferencia resultantes pueden fotografiarse y analizarse para determinar la longitud de onda de los rayos X incidentes o la distancia entre los átomos del cristal, según cuál de ambos datos se desconozca. Los rayos X también pueden difractarse mediante redes de difracción rayadas si su espaciado es aproximadamente igual a la longitud de onda de los rayos X.
Interacción con la materia: En la interacción entre la materia y los rayos X existen tres mecanismos por los que éstos son absorbidos; los tres demuestran la naturaleza cuántica de los rayos X. Véase T
Efecto fotoeléctrico
Cuando un cuanto de radiación o fotón correspondiente a la zona de rayos X del espectro electromagnético choca contra un átomo, puede golpear un electrón de una capa interna y expulsarlo del átomo. Si el fotón tiene más energía que la necesaria para expulsar el electrón, le transferirá esta energía adicional en forma de energía cinética. Este fenómeno, denominado efecto fotoeléctrico, tiene lugar principalmente en la absorción de rayos X de baja energía.
Efecto Compton
El efecto Compton, descubierto en 1923 por el físico y educador estadounidense Arthur Holly Compton, es una manifestación importante de la absorción de rayos X de menor longitud de onda. Cuando un fotón de alta energía choca con un electrón, ambas partículas pueden ser desviadas formando un ángulo con la trayectoria de la radiación incidente de rayos X. El fotón incidente cede parte de su energía al electrón y sale del material con una longitud de onda más larga. Estas desviaciones acompañadas por un cambio en la longitud de onda se conocen como dispersión Compton.
Producción de pares
En el tercer tipo de absorción, que se observa especialmente cuando se irradian elementos de masa atómica elevada con rayos X de muy alta energía, se produce el fenómeno de producción de pares. Cuando un fotón de alta energía penetra en la capa electrónica cercana al núcleo, puede crear un par de electrones, uno con carga negativa y otro con carga positiva; los electrones con carga positiva se conocen también como positrones. La producción de pares es un ejemplo de la conversión de energía en masa. El fotón necesita una energía de al menos 1,2 MeV para proporcionar la masa del par. Si el fotón incidente posee más energía de la necesaria para la producción del par, el exceso de energía se cede al par de electrones en forma de energía cinética. Las trayectorias de las dos partículas son divergentes.

PRODUCCION DE RX


Los rayos X son producidos por la desaceleración rápida de electrones muy energéticos, al chocar contra un blanco metálico. El blanco suele ser de tungsteno, porque es altamente resistente al constante choque de los electrones, y además soporta altísimas temperaturas. (densidad (Z)= 74).
Existen dos formas de producir rayos X: una es la llamada radiación de frenado o de “frenamiento”; la otra es la llamada emisión de capa K. Las dos pueden ocurrir en átomos pesados como el tungsteno, e implican un cambio en el estado de los electrones.
Radiación de frenamiento(espectro contínuo): el electrón se frena luego de girar alrededor del núcleo de un átomo de tungsteno del ánodo, y pierde energía, irradiada en forma de Rx. Se produce una cantidad de fotones de diferente longitud de onda, pero ninguno de esos fotones tiene más energía que la que tenía el electrón inicial. Después de emitir el espectro de rayos X, el electrón original se frena, o se detiene.
Emisión de capa K (radiación característica): el electrón proveniente del cátodo es capaz de transmitirle suficiente energía a un electrón de nivel K en un átomo de tungsteno, para sacarlo de su órbita. Entonces, ese átomo al que le falta un e- de su órbita K, puede tener dos reacciones: EXCITACION o IONIZACION.
  • EXCITACION: El e- del cátodo expulsa a un electrón de la órbita K de un átomo de tungsteno del ánodo, hacia otra órbita más alejada. El átomo queda excitado y tiende a recuperar su equilibrio orbital, atrayendo al electrón expulsado de vuelta a su órbita original. En cada salto del e- de una órbita a otra, cede parte de su energía en forma de fotón de Rx, pero con características del átomo de tungsteno.
  • IONIZACION: Cuando un electrón catódico choca contra un electrón de la órbita K de un átomo del ánodo, lo expulsa de ese nivel hacia el exterior, dejando al átomo ionizado (al perder un electrón, se transforma en un ion+). Ëste tiende a llenar el espacio dejado por el e- expulsado, con un electrón de una órbita más alejada (de la L a la K, de la M a la L, etc.), procurando dejar el espacio vacío en su nivel más externo para poder recombinarse con otro e- del medio y recuperar su neutralidad. Durante ese proceso se producen radiaciones características de distinta intensidad, según la órbita donde de produzca el salto de e-.

NATURALEZA 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 Rx surgen de fenómenos extranucleares, a nivel de las órbitas electrónicas, fundamentalmente por frenado o desaceleración de electrones. 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 (99%) 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 como ‘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.

DESCUBRIMIENTO DE LOS RAYOS X


Los rayos X fueron descubiertos de forma accidental en 1895 por el físico alemán Wilhelm Conrad Röentgen, mientras estudiaba los rayos catódicos en un tubo de descarga gaseosa de alto voltaje(tubo de Hittorff-Crookes). Para evitar la fluorescencia violeta que producían los rayos catódicos en las paredes del vidrio del tubo, lo cubrió con una caja de cartón negro. Al conectar su equipo por enésima vez, Röentgen vió que un cartón con una cubierta de platino-cianuro de bario, que casualmente estaba cerca, emitía luz fluorescente siempre que funcionaba el tubo. Tras realizar experimentos adicionales, determinó que la fluorescencia se debía a una radiación invisible más penetrante que la radiación ultravioleta. Röentgen llamó a los rayos invisibles "rayos X" por su naturaleza desconocida. Posteriormente, los rayos X fueron también denominados rayos Röentgen en su honor.

En las semanas siguientes se dedicó a estudiar estos nuevos y desconocidos rayos, y fue así como descubrió que algunas placas fotográficas que tenía guardadas en una caja estaban veladas. Se dedicó a comprobar la acción de los rayos x sobre la emulsión fotográfica y entonces, el 22 de diciembre de 1895, al no poder manejar al mismo tiempo su carrete, la placa fotográfica de cristal y colocar su mano sobre ella, le pide a su esposa que coloque su mano sobre la placa durante quince minutos; al revelar la placa estaba la mano de Berta, primera imagen radiográfica del cuerpo humano.

Röentgen fue multipremiado: el emperador Guillermo II de Alemania le concedió la Orden de la corona; fue honrado con la medalla Rumford de la Real Sociedad de Londres en 1896; con la medalla Barnard de la Universidad de Columbia; y con el Premio Nobel de Física en 1901. Nunca patentó su descubrimiento, manifestando que era su legado para la humanidad.

TUBO DE RX


Para poder emitir energía, el tubo de Rx debe contar con determinados elementos ordenados, desde la red eléctrica hasta el chasis.
  1. RED ELÉCTRICA: Debe ser monofásica para equipos pequeños, trifásica para equipos grandes.
  2. TRANSFORMADOR: Un transformador primario recibe 220V de la red eléctrica. Luego un transformador secundario eleva esa tensión a valores entre 40.000 y 120.000 volts.
  3. COMANDO: Permite controlar el voltaje, el amperaje, y el tiempo de exposición. Tiene un pulsador de dos etapas: en la primera, se cargan los condensadores, el filamento del cátodo se pone incandescente creando una nube de electrones a su alrededor, y el ánodo comienza a girar. En la segunda etapa se produce el disparo. En el comando hay tres botones principales:
  • KV: al aumentar el kilovoltaje, aumenta la frecuencia de los Rx emitidos, o sea, aumenta el poder de penetración.
  • mA: es la cantidad de corriente que se envía al tubo.
  • Tiempo: Se mide en milisegundos y es la cantidad de tiempo de emisión de Rx.
El miliamperaje, multiplicado por el tiempo, brindan un valor que se expresa en miliamper segundo (mAs), el cual indica la cantidad de radiación emitida en un tiempo determinado.

4. TUBO:
  • Carcaza protectora: Está formada por una capa de plomo que evita la fuga de Rx producidos dentro del tubo.
  • Ventana: Los rayos son emitidos en todas direcciones, pero sólo se utilizan los que salen a través de la ventana, lo que constituye el "haz útil". Los rayos restantes constituyen la radiación de fuga.
  • Ampolla al vacío: Es un tubo de vidrio PYREX (resiste altísimas temperaturas), al alto vacío, condición imprescindible para que los electrones procedentes del cátodo fluyan libres hacia el ánodo, sin interactuar con moléculas gaseosas que pudieran quitarle energía.
  • Aceite refrigerante: Circula entre la ampolla de Pyrex y la carcaza de plomo. Su función es la de aislamiento y refrigeración.
  • Cátodo: Es el "polo negativo" de tubo de Rx. Posee dos componentes principales: un filamento y una copa de enfoque. El filamento es un espiral de alambre de tungsteno, que al ser calentado a elevadas temperaturas, emite. Cuando la corriente que lo atraviesa es suficientemente inetnsa, los electrones de la capa externa del filamento entran en ebullición y son expulsados (emisión termoiónica). Entonces, se forma alrededor del filamento, una nube de electrones esperando a ser lanzados y atraídos por el ánodo cuando se produzca el disparo. La copa de enfoque es un refuerzo metálico del filamento, que condensa el haz de e- para se dirigidos a un área pequeña del ánodo.
  • Anodo: Es el lado positivo del tubo. Es de metal de alto punto de fusión (tungsteno) y gira para evitar ser fundidos por el impacto de rayos de alta intensidad. Cuando los e- chocan contra el ánodo, el 99% de su energía cinética se transforma en calor, y sólo el 1% en fotones de Rx.



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