ELEMENTOS BÁSICOS DE LA
FÍSICA NUCLEAR.CONSTITUCIÓN DEL ÁTOMO
CONSTITUCIÓN DEL ÁTOMO Y MODELOS ATÓMICOS.
MODELOS ATÓMICOS
1. MODELO DE DALTON.
Las hipótesis en las que Dalton basaba su modelo eran las
siguientes:
Los elementos están formados por partículas diminutas, e indivisibles
llamadas átomos. Los átomos de un mismo elemento son todos iguales entre sí en
masa, tamaño y en cualquier otra propiedad.
Los compuestos químicos están formados por unas partículas,
llamadas moléculas, todas iguales entre sí. Es decir, las moléculas se forman
por la unión de varios átomos.
En las reacciones químicas, los átomos ni se crean ni se
destruyen, sólo cambia la manera en que están unidos. Las reacciones químicas
son pues una redistribución de los átomos.
2. MODELO ATÓMICO DE THOMSON.
Descubrió el electrón. El electrón es una partícula constituyente
del átomo, caracterizada por:
· Carga eléctrica negativa.
· Masa extremadamente pequeña.
El electrón era una partícula con una masa extremadamente pequeña,
exactamente 9,1 10-31 kg. También se encontró que el electrón tenía una carga
eléctrica negativa, con un valor de 1,6 10-19 C. El culombio (C) es la unidad
de carga eléctrica en el Sistema Internacional de Unidades. Se define como la
cantidad de carga que pasa por la sección de un conductor eléctrico en un
segundo, cuando la corriente eléctrica es de un amperio, y se corresponde con
la carga de 6,24 × 1018 electrones.
3. MODELO ATÓMICO DE
RUTHERFORD.
Descubrió el protón.
El protón es una partícula constituyente del átomo, que tiene:
· Carga positiva y de igual valor a la del electrón.
· Una masa mucho mayor a la del electrón, unas dos mil veces.
Se atribuye a Rutherford el descubrimiento del protón, una
partícula con una masa muy grande, comparada con la del electrón (mp = 1,7
10-27 kg) y una carga exactamente igual a la del electrón, pero de signo
positivo (qp = 1,6 10-19 C). Según el modelo atómico de Rutherford los
electrones orbitan en el espacio vacío alrededor de un minúsculo núcleo
atómico, situado en el centro del átomo donde se encuentran los protones.
4. MODELO ATÓMICO DE
BOHR.
La tercera partícula constituyente del átomo, que ya predijo
Rutherford, tardó mucho en encontrarse, más de 30 años. Se descubrió por
casualidad al estudiar las reacciones nucleares. La explicación de esta
tardanza está en que dado que no tiene carga eléctrica, no es fácil detectarla.
Esta nueva partícula, el neutrón, tiene una masa similar a la del
protón (mn = 1,7 10-27 kg) y no tiene carga eléctrica, es neutra. El neutrón es
una partícula constituyente del átomo que tiene:
- Una masa similar a la del protón.
- No tiene carga eléctrica. es una partícula neutra.
GENERALIZADO
Las partículas fundamentales son el electrón, el protón y el
neutrón, ya que son necesarias y suficientes para construir un modelo atómico
aceptable y satisfactorio. (Argüello, 2016)
Electrón
Masa muy pequeña, despreciable respecto a la de las otras
partículas.
Carga eléctrica negativa.
Protón
Masa muy grande, unas dos mil veces la del electrón.
Carga eléctrica positiva de igual valor que la del electrón.
Neutrón
Masa muy grande, similar a la del protón.
No tiene carga eléctrica
RADIACIÓN Y
RADIOBIOLOGÍA.
RADIOBIOLOGÍA.
La radiobiología es la ciencia que estudia los efectos de la
radiación ionizante sobre el tejido biológico, su objetivo es la descripción
exacta de los efectos de la radiación en los seres humanos, para que así pueda
utilizarse con más seguridad en el diagnostico y más efectiva en el
tratamiento.
FENÓMENOS RADIOBIOLÓGICOS Y SUS ETAPAS
Los fenómenos que se producen en el organismo tras la absorción de
la energía de las radiaciones ionizantes son tanto las lesiones producidas como
los mecanismos de reparación de las lesiones de las lesiones. La acción
de las radiaciones ionizantes sobre el organismo está marcada por una serie de
principios generales:
La acción es al azar (probabilística)
La acción no es selectiva
La lesión es inespecífica
La lesión aparece tras un periodo de latencia que es muy variable.
Los fenómenos radiobiológicos parten de una ley fundamental —–>
Solo la energía absorbida actúa biológicamente.
Interacción Fotoeléctrica ——> absorción total
——> daño biológico.
La cesión inicial de energía ocurre en un tiempo intensamente
corto, aunque sea contacto mínimo los Rx interaccionan. Los fenómenos
radiobiológicos transcurren en etapas concatenadas y sucesivas, a partir de la
absorción de la energía.
Etapa física: ionización.
Etapa físico-química: afectación de moléculas simples (H20)
Etapa bioquímica: afectación de moléculas complejas (ADN)
Etapa biológica: lesiones de células, tejidos y órganos.
COMPOSICIÓN MOLECULAR DEL ORGANISMO HUMANO.
80% agua
El agua es la molécula más abundante en el cuerpo y también la más
simple, sin embargo, desempeña un papel particularmente importante en el
suministro de energía a la molécula blanco, contribuyendo así los efectos de la
radiación.
15% proteínas
En la producción de proteínas o síntesis proteicas se usan 22 aminoácidos
Las proteínas están constituidas por CHON
2% lípidos
Se componen, por lo general, de dos clases de moléculas menores,
glicerol y acido graso.
Los lípidos son macromoléculas orgánicas compuestas por CHO
1% carbohidratos
Se componen únicamente por CHO
1% ácidos nucleicos
Son macromoléculas muy grandes y extremadamente complejas
Existen dos ácidos nucleicos importantes: ADN y el ARN
El ADN contiene toda la información hereditaria presente en la
célula y, como es natural, si se trata de una célula germinal, toda la
información hereditaria de un individuo. Se encuentra en el interior del
núcleo. El ARN está localizado principalmente en el citoplasma, encontrándose
también en el núcleo. 1% otras Elementos vestigiales y sales inorgánicas son
especiales para un metabolismo adecuado.
ORÍGENES DE LAS
RADIACIONES IONIZANTES.
Las personas están expuestas
continuamente a radiaciones ionizantes. De estas radiaciones, unas proceden de
la propia naturaleza, sin que el hombre haya intervenido en su producción y otras
están originadas por acciones OCASIONADAS POR EL HOMBRE.
CAUSAS NATURALES
Constituyen el fondo radiactivo
natural que puede provenir de tres causas:
ESPACIO EXTERIOR (RADIACIÓN CÓSMICA): Llegan a la Tierra cada segundo (protones
(86%) y partículas alfa (12%)). Puesto que la atmósfera absorbe parcialmente
las radiaciones, el fondo natural debido a esta causa varía con la altitud, de
tal modo que es menor a nivel del mar que en lo alto de una montaña. Para el
promedio mundial, la radiación cósmica supone un 10% de la dosis.
CORTEZA TERRESTRE: Supone un 14% de la dosis
promedio mundial.
ORGANISMO HUMANO: Principalmente isótopos de
carbono y potasio, contribuyen aproximadamente el 52% de la dosis promedio
mundial.
Como promedio, la dosis procedente
del fondo natural que recibe una persona en España es del orden de 2,4 mSv/año.
Causas artificiales
Se deben a la exposición a
diversas fuentes de origen no natural, como son: exploraciones radiológicas con
fines médicos (fuente mayoritaria, dan lugar a unas dosis sobre la población
semejantes a la radiación cósmica), viajes en avión (en este caso, la mayor
dosis de radiación cósmica que se recibe son el vuelos a gran altura),
etc. La radiactividad es un fenómeno
físico por el cual algunos cuerpos o elementos químicos, llamados radiactivos,
emiten radiaciones que tienen la propiedad de impresionar placas fotográficas,
ionizar gases, producir fluorescencia, etc.
uno de los grandes descubrimientos del hombre contemporáneo y, a la par
que se fueron conociendo sus efectos, también se descubrieron aplicaciones de
gran utilidad, ya que las sustancias radiactivas o los instrumentos emisores de
radiaciones ionizantes resultan insustituibles en medicina, agricultura,
industria, ciencias de la tierra, biología y otras muchas ramas. La emisión de
radiaciones ionizantes es una característica común a muchos átomos en cuyo
núcleo el número de neutrones resulta escaso o excesivo, lo que les hace
inestables (radiactivos), por lo que sus ligaduras nucleares se transforman
buscando configuraciones más estables, a la vez que se libera energía, asociada
a la radiación emitida.
TIPOS DE RADIACIONES
SEGÚN SU INTERACCIÓN CON LA MATERIA:
ALFA: Con capacidad limitada de
penetración en la materia pero mucha intensidad energética.
BETA: Algo más penetrante pero menos intenso que las
radiaciones alfa.
GAMMA: Es la radiación más penetrante de todas.
RADIACIONES: NATURALEZA Y
PROPIEDADES. RADIOACTIVIDAD.
Las radiaciones electromagnéticas se
caracterizan por la existencia en cada punto del espacio en que se transmiten
de un campo eléctrico y un campo magnético relacionados entre sí. Las ondas
electromagnéticas presentan una variación periódica que se propaga en el vacío
a una velocidad de 300.000 km/seg. La
radiación electromagnética es portadora de una cantidad de energía y presenta
características específicas según la banda de frecuencias (o longitud de onda)
en que se halle inscrita. La radiación electromagnética puede propagarse sin un
soporte material, es decir,viajar por el vacío.
ESTRUCTURA Y GENERACIÓN
DEL TUBO DE COOLIDGE.
En 1913, William Coolidge realizó varias mejoras al tubo
de Crookes. El tubo de Coolidge, también conocido como «tubo de cátodo
caliente», ha estado en uso desde entonces con algunas modificaciones sobre el
diseño básico. Funciona en un alto vacío, de unos 10−4 Pa,
o 10−6 Torr y los electrones son generados por emisión termoiónica en un filamento de wolframio —el
cátodo— calentado por una corriente eléctrica. El haz de electrones emitido por
el cátodo es acelerado aplicando una diferencia de potencial entre el cátodo y
el ánodo; al colisionar con el ánodo, los electrones producen rayos X por los
mismos procesos que en el tubo de Crookes.
TIPOS
Esquema de un tubo de ánodo rotatorio. A: ánodo; R: rotor; T: área
donde incide el haz de electrones; C: cátodo; E: superficie del tubo en vacío;
S: estator; O: volumen ocupado por el aceite refrigerador; B: fuelle que
permite la expansión termal del aceite; W: ventana de salida de los rayos X
ÁNODO
ROTATORIO
El tubo de ánodo rotatorio es un tubo de Coolidge en el que se
hace girar el ánodo mediante electromagnética
generada por estatores situados alrededor del tubo. Al girar,
el calor generado por el impacto del haz de electrones se distribuye sobre una
mayor superficie, lo que permite aumentar la intensidad del haz de electrones
en aplicaciones que requieran una alta dosis de rayos X.
TUBOS
DE MICRO FOCO
Ciertas técnicas, como la microtomografía, precisan de
imágenes de muy alta resolución que pueden conseguirse usando un haz de rayos X
de sección reducida. Los tubos de microfoco producen haces con un diámetro
típico menor de 50 µm in diámetro. Los tubos de microfoco de ánodo sólido
son similares a un tubo de Coolidge convencional, pero con el haz de electrones
incide sobre una área muy pequeña del ánodo, normalmente entre 5 y 20 µm;
la densidad de potencia del haz de electrones está limitada a un valor máximo
de 0.4-0.8 W/µm
para no derretir el ánodo, por lo
que estas fuentes son poco potentes, por ejemplo, 4-8 W para un haz de electrones
de 10 µm de diámetro. Los tubos de ánodo de metal líquido, en cambio,
pueden funcionar con una potencia de 3-6 W/µm. En estos instrumentos, el
ánodo sólido es reemplazado por un chorro de metal líquido, generalmente galio en circulación continua. La potencia total es un orden de magnitud
mayor que en las fuentes de ánodo fijo, lo que permite disminuir el foco hasta
los 5 µm de diámetro, acompañado de una mejora de la resolución de las imágenes
y un menor tiempo de exposición.
CÁTODO
DE NANOTUBOS DE CARBONO
El cátodo empleado en los tubos convencionales se puede reemplazar
por una serie de nanotubos de carbono que emiten electrones al
aplicárseles un voltaje, en vez de por calentamiento, como el filamento de
wolframio, por lo que pueden funcionar a temperatura ambiente. Este diseño fue
concebido por un grupo de científicos de la Universidad de Carolina del Norte y patentado en el año 2000. Además de
mejorar el consumo de energía, este diseño presenta ventajas en aplicaciones
que requieran imágenes de objetos en movimiento: los haces de electrones
provenientes de distintos nanotubos emiten rayos X en direcciones distintas,
por lo que no es necesario mover el aparato, como ocurre con los tubos con un
único filamento, lo que resultaría en imágenes más nítidas.
APLICACIONES
MEDICINA
Los primeros usos de los tubos de rayos X en medicina y en odontología datan de finales del siglo XIX. Ya los
primeros tubos de gas eran empleados para realizar fluoroscopias y radiografías,
explotando el contraste en absorción de los rayos X por diferentes tejidos, y
se ha documentado su uso en el campo de batalla para localizar balas en
soldados heridos. En la
actualidad, también se usan para obtener imágenes médicas tridimensionales
mediante la tomografía axial computarizada.
Además de su papel como instrumentos de diagnóstico para lesiones óseas,
dentales, aflicciones del sistema
digestivo y en angiografías,
forman parte del equipo usado en algunos procedimientos
quirúrgicos, sobre todo para visualizar la correcta implantación de
dispositivos. Otra aplicación importante, sobre todo en el pasado, fue en el
campo de la radioterapia,
especialmente en el tratamiento del cáncer y tumores, posible
gracias a la capacidad de los rayos X de provocar la muerte
celular. Mientras que los tubos de Crookes podían emplearse para tratar
tumores superficiales, no fue hasta el desarrollo de los tubos en vacío que se
pudo obtener radiación de la suficiente energía para poder alcanzar los tumores
internos. Los tubos de rayos X para esta aplicación requieren un voltaje muy
alto y gradualmente han sido reemplazados por otras fuentes de rayos X, como
los aceleradores
lineales.
INSPECCIONES
COMERCIALES Y DE SEGURIDAD
Los tubos de rayos X forman parte de los dispositivos de seguridad
en aeropuertos y edificios públicos y de inspección
de mercancías. En los controles de equipajes el generador de rayos X emite
radiación de espectro ancho y dos placas detectoras separadas por una lámina de
metal, que solo pueden atravesar los rayos X de mayor energía lo que resulta un
mejor contraste entre objetos de diferente composición. Para la inspección se personas, se
pueden utilizar generadores de rayos X de alta energía, que atraviesan el
cuerpo; en el siglo XXI empezaron a aparecer escáneres de rayos X de menor
energía, que pueden atravesar la ropa pero son reflejados por objetos densos.
El haz de rayos X se traslada horizontal y verticalmente y los rayos reflejados
en cada posición componen una imagen bidimensional del exterior del cuerpo. Los tubos de rayos X forman parte del equipo
de inspección de productos y control de calidad en numerosas industrias
meadiante diversas técnicas, como la fluoroscopio o la tomografía
computarizada. Los tubos de
microfoco son particularmente útiles para visualizar componentes electrónicos
en circuitos integrados.
ANÁLISIS
DE MATERIALES
Los rayos X son muy usados para examinar la estructura,
propiedades y composición de todo tipo de materiales orgánicos e inorgánicos.
Los tubos de rayos X se emplean en los difractó
metros, instrumentos empleados para estudiar material cristalino mediante difracción de rayos X, con el objetivo de
identificar minerales y compuestos inorgánicos y determinar la estructura de la
materia a resolución atómica. Estos experimentos son cruciales para la
investigación y desarrollo en disciplinas tan diversas como la geología,
biología, física de la materia y ciencia del medio ambiente. También se utilizan como fuente de
rayos X para el análisis de la composición de materiales por fluorescencia, técnica ideal para la
determinación de la concentración de diversas sustancias en sólidos y en
líquidos e importante tanto en la investigación básica como en diversas
industrias de los sectores de telecomunicaciones, alimentación, farmacéutico,
agricultura, textil, petrolero, etc. En
los experimentos analíticos es común desechar los rayos X generados por radiación
de frenado y usar solo el haz monocromático correspondiente a la emisión
característica del ánodo.
RIESGOS
Quemaduras sufridas durante una fluoroscopia médica. En medicina
se sopesan cuidadosamente los beneficios de los rayos X como instrumento de
diagnóstico y terapia frente a los efectos secundarios. Cuando se descubrieron
los rayos X no se sospechaba que fueran peligrosos para la salud y durante un
tiempo los tubos de rayos X y válvulas de vacío de alto voltaje se usaron sin
ningún tipo de precaución para resguardarse de la exposición innecesaria a los
rayos X. Incluso cuando se empezaron a observar efectos adversos, como lesiones
de la piel y ojos y tumores, su aparición no siempre se asociaba al uso de
rayos X. Thomas
Edison y Nikola
Tesla estuvieron entre los
primeros que notaron una relación de causa y efecto entre el trabajo con rayos
X e irritación ocular. Finalmente
se estableció que una dosis de 3 Sv puede causar enrojecimiento e
irritación de la piel. Dado que algunos tubos pueden resultar en exposiciones
entre 10 y 10 000 Sv/h, es necesario adoptar medidas para minimizar
la dosis recibida durante el uso y manipulación de los tubos de rayos X. En todas las fuentes modernas, el tubo está
rodeado de una coraza protectora de plomo, que absorbe
todos los rayos X excepto los dirigidos hacia la ventana de salida. También se
usan dispositivos para regular el máximo voltaje en el tubo, y filtros y
colimadores para confinar el haz de rayos X en la dirección de la muestra o
paciente. Incluso cuando la dosis recibida en una sola exposición no es lo
suficientemente alta para provoca efectos a corto plazo, la acumulación de
repetidas exposiciones aumenta el riesgo de contraer cáncer, por
lo que normalmente se implementan protocolos de seguridad —por ejemplo, el
requisito de ocluir el haz de rayos X mientras el aparato no esté en uso— y se
vigila que la dosis de radicación acumulada esté dentro de límites seguros para
el personal que maneja tubos de rayos X regularmente. Cuando los tubos se usan en medicina,
se protegen las áreas del cuerpo alrededor de la zona a tratar; en medicina
diagnóstica los pacientes son situados a cierta distancia, para disminuir la
dosis por unidad de superficie, y se usan tiempos de exposición tan cortos como
sea posible.
ADSORCIÓN DE LA
RADIACIÓN X (LEY DE OWEN)
La absorción de rayos X posee un comportamiento complejo debido a
que la radiación X emitida (espectro) es policromática. La absorción de la
radiación X monocromática sigue la ley de Lambert, cuya expresión es:
Donde: I = intensidad emergente o transmitida
I0 =
intensidad incidente
m = coeficiente de absorción
x = espesor
El coeficiente de absorción es una constante que depende del
material absorbente y de la longitud de onda de la radiación. Cada tejido
presenta un coeficiente de absorción determinado; por ejemplo: µ hueso > µ
dermis.
APLICACIONES DE LA
RADIACIÓN X
Además de su utilidad en el diagnóstico, los rayos X se emplean
con fines terapéuticos. Dado que la radiación destruye células con cierta
selectividad, puede servir para liberarse de células indeseables como las
de formaciones tumorales. Puede dirigirse sobre la masa blanca un haz colimado
de rayos X, utilizándose para tumores de piel un potencial acelerador de 250
KV. Para tumores profundos se utilizan potenciales del orden de los megavolts,
produciendo radiación de alta energía y gran penetración. Las bacterias y virus
pueden matarse exponiéndolos a la radiación X. Debido a esto los alimentos
empaquetados, los vendajes quirúrgicos precintados y otros materiales
similares, son sometidos, a menudo, a grandes dosis de radiación. La unidad de
dosificación actualmente acordada, es el RAD. Un RAD de rayos X es la cantidad
de radiación que produce una absorción de energía de 10 Joules por gramo de
material absorbente. La radio sensibilidad varía según las condiciones del
medio (temperatura, hidratación, oxigenación, etc.) y depende principalmente
del estado funcional y de la actividad mitótica del tejido. La radiación actúa
con mayor intensidad sobre las células, cuanto mayor sea su actividad
reproductiva y cuanto menor sea su morfología y funciones específicas
(indiferencia ión celular). La escala de radiosensibilidad de Engelmann de
mayor a menor radiosensibilidad es: tejido hematopoyético, timo, ovario,
testículo, mucosas y glándulas mucosas, glándulas sudoríparas y sebáceas,
epidermis, serosas, riñón, adrenales, glándulas intestinales, hígado, páncreas,
tiroides, músculo estriado, tejido conjuntivo, vasos, tejido cartilaginoso,
óseo y nervioso.
CONTROLES RADIOLÓGICOS
Las imágenes movidas son la causa más frecuente de una mala
radiografía. Generalmente se debe a que el paciente se mueve durante la toma
radiográfica, llegándose a los mismos efectos cuando el aparato se encuentra en
una situación inestable o se lo mueve durante la exposición. La forma de reducir
al mínimo este efecto consiste en utilizar el menor tiempo posible de
exposición, para lo cual se debe aumentar la corriente del filamento. De esta
manera se mantiene aproximadamente constante la cantidad de rayos X que inciden
sobre la placa. Al trabajar con un animal consciente es imprescindible
sujetarlo adecuadamente, colocarlo en una postura cómoda y esperar la pausa
respiratoria, para entonces realizar la toma. También puede recurrirse al uso
de sedantes o de anestesia general. Los tiempos de exposición frecuentemente
usados en radiología están comprendidos entre los 0,05 - 0,4 segundos.
Para la obtención de una buena radiografía es necesario la
complementación de tres puntos principales:
A. Que el objeto
sometido a examen radiológico sufra un mínimo de aumento de tamaño y de
deformación sobre la placa radiográfica.
B. Que exista una clara
definición de los detalle.
C. Que presente un
contraste adecuado.
AUMENTO Y DEFORMACIÓN
Para corregir esta anormalidad se debe tener en cuenta la posición
entre el tubo de rayos X, el objeto y el chasis donde se encuentra la placa
radiográfica (geometría del sistema). El tubo debe colocarse de forma tal que
el rayo central del haz de radiación, incida en forma perpendicular al objeto y
al chasis. En caso de tubos fijos, se acomodará el chasis y el objeto, teniendo
en cuenta la misma característica Las
imágenes aumentadas se dan cuando el objeto no se encuentra próximo a la placa
radiográfica: en consecuencia la zona a radiografiar deberá situarse lo más
cerca posible del chasisLa deformación de la imagen se producirá en casos de no
alineación del rayo central respecto al objeto y/o del chasis y también cuando
el objeto no está paralelo a la placa. (Figura 4)
DEFINICIÓN
La información radiológica dependerá de la correcta definición de
los perfiles entre dos estructuras de distinta densidad. La mala definición
radiográfica puede deberse, entre otras cosas, a una imagen movida o a
radiaciones secundarias. El uso de altos potenciales aceleradores provoca la
aparición de radiaciones secundarias o residuales de alta energía que modifican
la imagen produciendo manchas en la placa. Este efecto se puede evitar
colocando láminas de plomo (rejillas) entre la película radiográfica y el
objeto, que absorberán dichas radiaciones divergentes.
CONTRASTE
El contraste o diferenciación de estructuras también dependerá del
voltaje aplicado. También influirá sobre el contraste una subexposición o
sobreexposición como también un subrevelado y sobrerevelado.
CONCEPTOS DE
RADIOPACIDAD
Llamamos radiopaco a todo cuerpo que ofrece resistencia a ser
atravesado por los rayos X y es visible en la radiografía como una zona blanca.
Esto sucede porque la estructura tiene resistencia, absorbiendo o repeliendo a
los rayos X, por lo que impide que los rayos choquen contra la película
radiográfica. Este efecto tiene lugar especialmente en los huesos con una
densidad más alta.
DEFINICIÓN DE RADIOPACO
Es una estructura que no permite el paso de los rayos X o de otra
energía radiante. Los huesos son relativamente radiopacos debido a su densidad,
por lo tanto, aparecen como áreas blancas en las placas de rayos X.
Asimismo, también podemos diferenciar el término radio lúcido.
Esta palabra se refiere a la estructura poco densa en que los rayos pueden
chocar contra una película radiográfica produciendo depósitos de placa
metalicen negrecida. (Guzmán, 2012)
RADIOLUCIDES
Es aquel término que se emplea en la acentuación de los rayos X,
es decir, son tejidos blandos y que por tanto permiten el paso de la luz. Es
todo aquel cuerpo que se deja atravesar por la energía radiante, (se ve como
una zona negra.
Rayos
Los rayos X
han sido tanto un experimento con un descubrimiento, ya que los científicos ya
los habían estado generando sin darse cuenta durante años, con el paso del
tiempo han ayudado a desarrollar el campo de la medicina en muchas formas. Es
este informe de experimento veremos cómo fue que fueron descubiertos y
desarrollados y cuál ha sido su impacto y su importancia en
el mundo.
¿QUÉ SON LOS RAYOS X?
Los rayos X son el resultado
de la combinación de ondas electromagnéticas y
su energía está ubicada entre los rayos ultravioletas y los rayos gamma. Sus ondas
son muy similares a las de los radios y microondas, también se pueden asemejar
a las ondas que transmite la luz. Los rayos X son una radiación que al entrar
en contacto con la materia crea iones, que son partículas con carga (ya sea
positiva o negativa).
DESCUBRIMIENTO DE LOS RAYOS X
Los rayos X fueron
descubiertos accidentalmente por el profesor
Wilhelm Conrad Rontgen el 8 de noviembre de 1895, se encontraba haciendo
experimentos con los tubos de Crookes y observó unos extraños rayos que
atravesaban papel y metal, lo que lo llevó a investigarlos durante siete
semanas.
Todo empezó con los
experimentos de un científico británico llamado William Crookes, el cual
investigó, en el siglo XIX, los efectos de algunos gases cuando se les aplicaba algunas descargas eléctricas, todo
esto dentro de tubos vacíos y electrodos para generar un alto voltaje en las
corrientes; a estos lo llamó tubo de Crookes. Cuando el tubo se encontraba
cerca de algunas placas fotográficas se producía una imagen borrosa, sin
embargo decidió no seguir investigando sobre esto. En 1887, la científica
Nikola Tesla estudió este efecto que fue creado por los tubos de Crookes. Por
su investigación prosiguió a informar y advertir a toda la comunidad científica
de los riesgos para los organismos expuestos a este tipo de radiaciones. El 8
de noviembre de 1895, el físico Wilhelm Conrad Rontgen se encontraba haciendo
experimentos con los tubos de Crookes y la bobina de Ruhmkorff. Estaba
analizando los rayos catódicos para evitar cierta fluorescencia que eran
producidos en las paredes de vidrio en uno de los tubos, así que los cubre con
una funda negra de cartón. Cuando llega la noche conecta todo su equipo por
última vez y se sorprendió al momento de ver un resplandor amarillo-verdoso a
lo lejos. Al apagar y volver a encender el tubo, este resplandor se producía de
nuevo. Este extraño suceso lo llevó a investigar los rayos y las radiaciones de
éstos durante las siete semanas siguientes. El primero de enero de 1986 Wilhelm
Rontgen contactó con sus compañeros de toda Europa para comunicarles los
detalles de su investigación. También les mandó una fotografía de su mano en la
que la piel casi no se veía, dejando observar los huesos y lo que parecía ser
la sombra de un anillo. Esto se debe a que el 22 de diciembre se decidió hacer
la primera prueba con humanos pero ya que no podía manejar su carrete, la placa
fotográfica de cristal y exponer su mano a los rayos x (todo esto a la vez)
pidió ayuda a su esposa, para que ésta colocase su mano en la placa durante 15
minutos. Cuando fue revelada la placa de cristal su sorpresa fue muy grande,
apareció una imagen, sin duda, muy importante para la historia de la ciencia;
los huesos de la mano de su esposa Berta con el anillo flotando sobre uno de
estos. Y así aparece la primera radiografía de la historia y con ella nace una
nueva rama de la medicina llamada radiología. Todo lo descubrió de forma
accidental en el laboratorio de la Universidad de Wurzburg. Esto se relacionaba
con los rayos catódicos (corrientes de electrones en tubos de vacío) que tenía
en otra mesa. Al parecer los físicos ya habían estado creando rayos X desde
años antes sin darse cuenta.
El daño que éstos causen en la salud depende de la intensidad con que
sean usados. Si la dosis es baja no llegan a causar daños, pero, si en cambio,
se está expuesto a dosis muy altas puede llegar a causar daños severos que
pueden ser incluso mortales.
En grandes cantidades puede causar quemaduras en distintos lugares
del cuerpo, pérdida de cabello, defectos de nacimiento, cáncer, daños mentales
y en el peor de los casos la muerte."La manifestación de efectos como
quemaduras de la piel, caída del cabello, esterilidad, náuseas y cataratas,
requiere que se exponga a una dosis mínima (la dosis umbral). Si se aumenta la
dosis por encima de la dosis umbral el efecto es más grave. En grupos de
personas expuestas a dosis bajas de radiación se ha observado un aumento de la
presión psicológica. También se ha documentado alteración de las facultades
mentales (síndrome del sistema nervioso central) en personas expuestas a miles
de rads de radiación ionizante."
-Campo de la medicina: Desde
su descubrimiento, los rayos X nos permiten captar la estructura ósea y se han ido desarrollado cada vez más gracias a
la tecnología para su uso. Son más usados en la radiología, a que en ésta se
llevan a cabo las radiografías, que es para lo que sirven los rayos X. Son muy
útiles a la hora de detectar enfermedades en el esqueleto, pero también son
usados para diagnosticar las enfermedades de los tejidos blandos, éstas pueden
ser: cáncer en los pulmones, abscesos, neumonía, edema pulmonar, etc.
-Otras aplicaciones: "Puede utilizarse para determinar
defectos en componentes técnicos, como tuberías, turbinas, motores, paredes,
vigas, y en general casi cualquier elemento estructural. Aprovechando la
característica de absorción/transmisión de los Rayos X, si aplicamos una fuente
de Rayos X a uno de estos elementos, y este es completamente perfecto, el
patrón de absorción/transmisión, será el mismo a lo largo de todo el
componente, pero si tenemos defectos, tales como poros, pérdidas de espesor,
fisuras (no suelen ser fácilmente detectables), inclusiones de material
tendremos un patrón desigual."
"El tubo de rayos X
está constituido por dos electrodos (cátodo y ánodo), una fuente de electrones
(cátodo caliente) y un blanco. Los electrones se aceleran mediante una
diferencia de potencial entre el cátodo y el ánodo. La radiación es producida
justo en la zona de impacto de los electrones y se emite en todas direcciones.
La energía adquirida por los electrones va a estar determinada por
el voltaje aplicado entre los dos electrodos.
Los diferentes electrones no chocan con el blanco de igual manera,
así que este puede ceder su energía en una o en varias colisiones, produciendo
un espectro continuo. La energía del fotón emitido, por conservación de la
energía y tomando los postulados de Planck es:
Donde K y K" es la energía del electrón antes y después de la
colisión respectivamente. El punto de corte con el eje x de la gráfica de
espectro continuo, es la longitud mínima que alcanza un fotón al ser acelerado
a un voltaje determinado. Esto se puede explicar desde el punto de vista de que
los electrones chocan y entregan toda su energía. La longitud de onda mínima
está dada por:
Donde A es la constante de proporcionalidad y m una constante
alrededor de 2."
"Cuando los electrones
que son acelerados en el tubo de rayos X poseen cierta energía crítica, pueden pasar cerca de una subcapa interna de los átomos
que componen el blanco. Debido a la energía que recibe el electrón, este puede
escapar del átomo, dejando al átomo en un estado supremamente excitado.
Eventualmente, el átomo regresará a su estado de equilibrio emitiendo un
conjunto de fotones de alta frecuencia, que corresponden al espectro de líneas
de rayos X. Éste indiscutiblemente va a depender de la composición del material
en el cual incide el haz de rayos X, para el molibdeno, la gráfica del espectro
continuo muestra dos picos correspondientes a la serie K del espectro de
líneas, estas están superpuestas con el espectro continuo.
La intensidad de cualquier línea depende de la diferencia del
voltaje aplicado (V) y el voltaje necesario para la excitación (V") a la
correspondiente línea, y está dada por:
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