rayos x - Wikilingue - Encydia
| Rayo X |
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| Ciclos por segundo: 300 PHz a 60 EHz
Largura de onda: 1 nm a 5 pm |
Los rayos X son emisiones eletromagnéticas de naturaleza semejante a la luz visible. Su largura de onda va de 0,05 ângström (5 pm) hasta centenares de angströns (1 nm).
El espectro de larguras de onda utilizable correspondiente a aproximadamente entre 1 nm a 5 picômetros. La energía de los fótons es de orden del keV (kilo electrón-voltio), entre algunos keV y algunos centenares de keV. La generación de esta energía eletromagnética se debe a la transición de electrones en los átomos, o de la desaceleração de partículas cargadas.
Como toda energía eletromagnética de naturaleza ondulatória, los rayos X sufren interferencia, polarização, refracción, difração, reflexión, entre otros efectos. Aunque de largura de onda muy más pequeña, su naturaleza eletromagnética es idéntica a la de la luz.
Tabla de contenido |
Historia
Tubo de Crookes
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En una ampola, William Crookes sometió un gas a una presión ambiente y la una alta tensión. Cuando los electrones salen del cátodo, colidem con moléculas del gas, ocurriendo su ionização y liberação de luz, que ilumina toda la ampola. A partir de esos experimentos, J.J.Thomsom observó que ese fenómeno es independiente del gas y del metal utilizado en el electrodo. Concluyó que los rayos catódicos pueden ser generados a partir de cualquier elemento. A partir de esa conclusión, Thomsom pudo, posteriormente, descubrir la existencia del electrón.
Muchos científicos en la Europa comenzaron a estudiar ese tipo de radiação. Entre ellos, el mayor especialista en rayos catódicos de la Alemania, Philipp Lenard (1862-1947).
La dificultad en la época fue que no ocurriría a nadie un método de detección que mostrara si de hecho existían tales radiações. Inclusive, no se tenía certeza si aquellos rayos eran partículas u ondas eletromagnéticas.[1]
El descubrimiento
Fue el físico alemán Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923) quién descubrió y bautizó los Rayos X, además de hacer la primera radiografía de la historia. Esto ocurrió cuando Röntgen estudiaba el fenómeno de la luminescência producida por rayos catódicos en un tubo de Crookes. Este dispositivo fue envuelto por una caja de papelão negro y guardado en una cámara oscura. Prójimo a la caja había un pedazo de papel recubierto de platinocianeto de bário.
Conrad Röntgen percibió que, cuando suministraba corriente eléctrica a los electrones del tubo, este, emitía una radiação que velaba la chapa fotográfica. Intrigado, resolvió intercalar, entre el dispositivo y el papel fotográfico, cuerpos opacos a la luz visible. De esta forma obtuvo pruebas de que varios materiales opacos a la luz disminuían, pero no eliminaban, la emisión de esta extraña irradiação inducida por el rayo de luz invisible, entonces desconocido.
Esto indicaba que la energía atravesaba fácilmente los objetos y se comportaba como la luz visible. Después de exaustivas experiencias con objetos inanimados, Röntgen resolvió pedir para su esposa poner la mano entre el dispositivo y el papel fotográfico.
La foto reveló la estructura ósea interna de la mano humana, con todas sus formaciones óseas. Esa fue la primera chapa de rayos X, nombre dado por el científico a su descubrimiento en 8 de noviembre de 1895. En 1896, con el descubrimiento del rayo X, Wilhelm descubrió que él, sin protección, causaba vermelhidão de la piel, ulcerações y empolamento. En casos más graves de exposición podría causar serias lesiones cancerígenas, muerte de las células y leucemia, lo que lo llevó a la muerte.
El descubrimiento de los Rayos X llevaría posteriormente muchos otros científicos a recibir el premio Nobel de física con investigaciones sobre el asunto.
Partícula u onda
Luego que los rayos X fueron descubiertos, poco se sabía acerca de su constitución. En el inicio del siglo XX fueron encontradas evidencias experimentáis de que el rayo X sería una partícula. Sin embargo, y para la sorpresa de la comunidad científica, Walther Friedrich y Paul Knipping realizan un experimento en 1912, en el cual consiguieron hacer un feixe de rayos X atravesar un cristal, produciendo interferencia de la misma forma que acontece con la luz. Esto hizo con que los rayos X pasaran a ser considerados como ondas eletromagnéticas. Alrededor de 1920 fueron realizados otros experimentos, que apuntaban para un comportamiento corpuscular de los rayos X.
El físico Louis de Broglie intentó resolver este aparente conflicto en el comportamiento de los rayos X. Combinando las ecuaciones de Planck y de Einstein (Y=h.ν=m.c²), llegó la conclusión de que "todo lo que es dotado de energía vibra, y hay una onda asociada a cualquier cosa que haya masa".[1]
Características
Producción
El dispositivo que genera Rayos X es llamado de tubo de Coolidge. De la misma forma que una válvula termiônica, este componente es un tubo hueco y evacuado , aún posee un catodo incandescente que genera un flujo de electrones de alta energía. Estos son acelerados por una gran diferencia de potencial y alcanzan al ânodo o placa .
El ânodo es confeccionado en tungstênio. La razón de este tipo de construcción es la generación de calor por el proceso de creación de los rayos X. El tungstênio soporta temperaturas que van hasta 3340 °C. Además de eso posee un razonable valor de número atómico (74) lo que es útil para el suministro de átomos para colisión con los electrones venidos del catodo (filamento). Para no fundir, el dispositivo necesita de enfriamento a través de la inserción del tungstênio en un bloque de cubre que se extiende hasta el exterior del tubo de rayos-X que está imerso en óleo. Esta descripción se refiere al tubo de anodo fijo.
Al sean acelerados, los electrones ganan energía y son direccionados contra un blanco; al lo alcanzáis, son bruscamente frenados, perdiendo una parte de la energía adquirida durante la aceleración . El resultado de las colisiones y de la frenagem es la energía transferida de los electrones para los átomos del elemento blanco. Este se calienta bruscamente, pues en torno a 99% de la energía del feixe electrónico es disipada en él.
La brusca desaceleração de una carga electrónica genera la emisión de uno pulso de radiação eletromagnética. A este efecto se da el nombre de Bremsstrahlung , que significa radiação de freno.
Las formas de colisión del feixe electrónico en el blanco se dan en diferentes niveles energéticos debido a la variaciones de las colisiones ocurridas. Como existen varias formas posibles de colisión debido a la angulação de trayectoria , el electrón no llega a perder la totalidad de la energía adquirida en un único choque, ocurriendo entonces la generación de un amplio espectro de radiação cuya gamma de frecuencias es bastante ancha, o con diversas larguras de onda. Estos dependen de la energía inicial del feixe electrónico incidente, y por eso es por lo que existe la necesidad de miles de voltios de potencial de aceleración para la producción de los Rayos X.
Detección
La detección de los rayos X puede ser hecha de diversas maneras, la principal es la impresión de chapas fotográficas que permite el uso medicinal e industrial a través de las radiografías. Otras formas de detección son por el calentamiento de elementos la base de plomo , que generan imágenes termográficas, el calentamiento de cuchillas de plomo para medir su intensidad, además de elementos que poseen gases en su interior a la ejemplo de la válvula Geiger-Müller utilizada para la detección de radiação ionizante y radiação no ionizante. Pudiendo aún ser difratado a través de un cristal y hendido en diversos espectros de onda. Sensores (Foto transistores o foto diodos) captan una o algunos rangos de espectro, y son amplificados y digitalizados, formando imágenes. Ese último proceso (difração de rayos-x, por cristales) es comumente utilizado en equipamientos de inspección de equipajes y cargas.
Medicina
En la medicina los rayos X son utilizados en los análisis de las condiciones de los órganos internos, investigaciones de fracturas , tratamiento de tumores , cáncer (o cáncer), enfermedades óseas, etc.
Con finalidades terapéuticas los rayos X son utilizados con una irradiação aproximada de cinco mil a siete mil Rads, sobre pequeñas áreas del cuerpo, por pequeño periodo de tiempo.
En el Brasil, los rayos X del pulmón para fines diagnósticos de tuberculosis pulmonar son llamados de abreugrafia , que se trata de una incidência sobre una pequeña área del pulmón.
Exposición
La tolerancia del organismo humano a la exposición a los rayos X es de 0,1 röntgen por día a lo sumo en toda la superficie corpórea. La radiação de un röntgen produce en Falló al verificar gramática (El ejecutable texvc no fue encontrado. Consulte math/README para instrucciones de la configuración.): 1,938 x 10^{-3}
gramos de aire, la liberação por ionização, de una carga eléctrica de Falló al verificar gramática (El ejecutable texvc no fue encontrado. Consulte math/README para instrucciones de la configuración.): 3,33 x 10^{-3}
C.
Efectos somáticos de la radiação
En el ser humano la exposición continúa a los rayos X pueden causar vermelhidão de la piel, quemaduras por rayos x o en casos más graves de exposición, mutações del ADN, muerte de las células y/o leucemia .
Investiga de materiales
En la industria , los rayos X son utilizados en el examen de fracturas de piezas, condiciones de fundición , además de otros empleos correlatos. En los laboratorios de análisis físico químicas los Rayos X ha ancho espectro de utilización.
Naturaleza eletromagnética
Los rayos X se propagan a la velocidad de la luz, y como cualquier radiação eletromagnética están sujetos a los fenómenos de refracción , difração, reflexión, polarização, interferencia y atenuação . Su penetrância en los materiales es relevante, pues todas las substancias son transparentes a los Rayos X en mayor o más pequeño grado.
En algunas substancias como compuestos de cálcio y platinocianeto de bário, los rayos X generan luminescência. Esta radiação ioniza los gases por donde pasa. A ejemplo de la luz visible, no es desviado por la acción de campos eléctricos o magnéticos . Se desplaza en línea recta, sensibiliza películas fotográficos, además de descargar los objetos cargados eléctricamente, cualquiera que sea la polaridade (siendo una característica no totalmente confirmada a de descargar eléctricamente los objetos).
Interacción con la materia
Cuando los rayos X alcanzan la materia, así como el tejido del paciente, los fótons tienen cuatro posible destinos. Los fótons pueden ser:
- Completamente esparcidos sin pérdida de energía.
- Absorbidos con pérdida total de energía.
- Esparcidos con alguna absorção y con pérdida de energía.
- Transposotos sin cualquier alteración.
Definiciones de los términos
- Espalhamento - cambio de dirección de un fóton con o sin pérdida de energía.
- Absorção - deposição de energía, o sea, remoção de energía del feixe.
- Atenuação - reducción de la intensidad del feixe principal causada por la absorção y espalhamento.
- Ionização - remoção de un electrón de un átomo neutro produciendo un íon negativo (el electrón + otro átomo neutro) y un íon positivo (el átomo remanescente).
Interacciones de los rayos X en Nivel Atómico
Existen cuatro principales interacciones en nivel atómico, dependiendo de la energía del fóton incidente:
- Espalhamento no modificado o coherente - espalhamento puro.
- Efecto fotoelétrico - absorção pura.
- Efecto compton - espalhamento y absorção.
- Producción par - pura absorção.
Rayos X en la cultura popular
- Algunos super-héroes (el más famoso es el Superhombre) tienen la capacidad de enxergar a través de objetos utilizando la visión de rayo-x. Eso está físicamente errado, pues, para funcionar, debería haber un detector de rayos X atrás del objeto visto.
Referencias
- ↑ a b Martins, Roberto de Andrade. El Nacimiento de una Nueva Física. Scientific American: . N°13, p.11.
Bibliografia
- Principios de Radiologia Odontológica; Eric Whaites; 3º edición; ArtMed; 2002.
