raios x - Wikilingue - Encydia
| Raio X |
|---|
| Ciclos por segundo: 300 PHz a 60 EHz
Lonxitude de onda: 1 nm a 5 pm |
Os raios X son emisións eletromagnéticas de natureza semellante á luz visíbel. Súa lonxitude de onda vai de 0,05 ângström (5 pm) até centenares de angströns (1 nm).
O espectro de lonxitudes de onda utilizável correspondente a aproximadamente entre 1 nm a 5 picômetros. A enerxía dos fótons é de orde do keV (kilo elétron-volt), entre algúns keV e algúns centenares de keV. A xeración desta enerxía eletromagnética se debe á transición de elétrons nos átomos, ou da desaceleração de partículas cargadas.
Como toda enerxía eletromagnética de natureza ondulatória, os raios X sofren interferência, polarização, refração, difração, reflexión, entre outros efectos. Aínda que de lonxitude de onda moi menor, súa natureza eletromagnética é idéntica á da luz.
Táboa de contido |
Historia
Tubo de Crookes
| Erro ao crear miniatura: |
Nunha ampola, William Crookes someteu un gas a unha presión ambiente e a unha alta tensión. Cando os elétrons saen do cátodo, colidem con moléculas do gas, ocorrendo a súa ionização e liberação de luz, que ilumina toda a ampola. A partir deses experimentos, J.J.Thomsom observou que ese fenómeno é independente do gas e do metal utilizado no eléctrodo. Concluíu que os raios catódicos poden ser xerados a partir de calquera elemento. A partir desa conclusión, Thomsom puido, posteriormente, descubrir a existencia do elétron.
Moitos científicos na Europa comezaron a estudar ese tipo de radiação. Entre eles, o maior especialista en raios catódicos da Alemaña, Philipp Lenard (1862-1947).
A dificultade na época foi que non ocorrería a ninguén un método de detección que mostrase se de traxe existían tales radiações. Inclusive, non se tiña certeza se aqueles raios eran partículas ou ondas eletromagnéticas.[1]
O descubrimento
Foi o físico alemán Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923) quen descubriu e bautizou os Raios X, alén de facer a primeira radiografía da historia. Isto ocorreu cando Röntgen estudaba o fenómeno da luminescência producida por raios catódicos nun tubo de Crookes. Este dispositivo foi envolvido por unha caixa de papelão negro e gardado nunha cámara escura. Próximo á caixa había un pedazo de papel recoberto de platinocianeto de bário.
Conrad Röntgen entendeu que, cando fornecía corrente eléctrica aos elétrons do tubo, este, emitía unha radiação que velaba a chapa fotográfica. Intrigado, resolveu intercalar, entre o dispositivo e o papel fotográfico, corpos opacos á luz visíbel. Desta forma obtivo probas de que varios materiais opacos á luz diminuían, mais non eliminaban, a emisión desta estraña irradiação inducida polo raio de luz invisíbel, entón descoñecido.
Isto indicaba que a enerxía atravesaba facilmente os obxectos e se comportaba como a luz visíbel. Tras exhaustivas experiencias con obxectos inanimados, Röntgen resolveu pedir para súa esposa pór a man entre o dispositivo e o papel fotográfico.
A foto revelou a estrutura ósea interna da man humana, con todas as súas formacións óseas. Esa foi a primeira chapa de raios X, nome dado polo científico ao seu descubrimento en 8 de novembro de 1895. En 1896, co descubrimento do raio X, Wilhelm descubriu que el, sen protección, causaba vermelhidão da pel, ulcerações e empolamento. En casos máis graves de exposición podería causar serias lesións cancerígenas, morte das células e leucemia, o que o levou á morte.
O descubrimento dos Raios X levaría posteriormente moitos outros científicos a recibiren o premio Nobel de física con pescudas sobre o asunto.
Partícula ou onda
Logo que os raios X foron descubertos, pouco se sabía respecto á súa constitución. No inicio do século XX foron encontradas evidencias experimentais de que o raio X sería unha partícula. No entanto, e para a sorpresa da comunidade científica, Walther Friedrich e Paul Knipping realizan un experimento en 1912 , no cal conseguiron facer un feixe de raios X atravesar un cristal, producindo interferência da mesma forma que acontece coa luz. Isto fixo que os raios X pasasen a ser considerados como ondas eletromagnéticas. Ao redor de 1920 foron realizados outros experimentos, que apuntaban para un comportamento corpuscular dos raios X.
O físico Louis de Broglie tentou resolver este aparente conflito no comportamento dos raios X. Combinando as ecuacións de Planck e de Einstein (E=h.ν=m.c²), chegou a conclusión de que "todo o que é dotado de enerxía vibra, e hai unha onda asociada a calquera cousa que teña masa".[1]
Características
Produción
O dispositivo que xera Raios X é chamado de tubo de Coolidge. Da mesma forma que unha válvula termiônica, este compoñente é un tubo oco e evacuado, aínda posúe un catodo incandescente que xera un fluxo de elétrons de alta enerxía. Estes son acelerados por unha gran diferenza de potencial e atinxen ao ânodo ou placa.
O ânodo é confeccionado en tungstênio . A razón deste tipo de construción é a xeración de calor polo proceso de creación dos raios X. O tungstênio soporta temperaturas que van até 3340 °C. Alén diso posúe un razoábel valor de número atómico (74) o que é útil para o fornecemento de átomos para colisión cos elétrons vindos do catodo (filamento). Para non fundir, o dispositivo necesita de resfriamento a través da inserção do tungstênio nun bloque de cobre que se estende até o exterior do tubo de raios-X que está somerxido en óleo . Esta descrición refírese ao tubo de anodo fixo.
Ao seren acelerados, os elétrons gañan enerxía e son dirixidos contra un albo; ao atinxídelo, son bruscamente freados, perdendo unha parte da enerxía adquirida durante a aceleración. O resultado das colisións e da frenagem é a enerxía trasladada dos elétrons para os átomos do elemento albo. Este se quece bruscamente, pois en torno a 99% da enerxía do feixe electrónico é disipada nel.
A brusca desaceleração dunha carga electrónica xera a emisión dun pulso de radiação eletromagnética. A este efecto dáse o nome de Bremsstrahlung , que significa radiação de freo.
As formas de colisión do feixe electrónico no albo danse en distintos niveis enerxéticos debido ás variacións das colisións ocorridas. Como existen varias formas posíbeis de colisión debido á angulação de traxectoria , o elétron non chega a perder a totalidade da enerxía adquirida nun único choque, ocorrendo entón a xeración dun amplo espectro de radiação cuxa gama de frecuencias é bastante larga, ou con diversas lonxitudes de onda. Estes dependen da enerxía inicial do feixe electrónico incidente, e é por iso polo que existe a necesidade de miles de volts de potencial de aceleración para a produción dos Raios X.
Detección
A detección dos raios X pode ser feita de diversas maneiras, a principal é a impresión de chapas fotográficas que permite o uso medicinal e industrial a través das radiografías. Outras formas de detección son polo quecemento de elementos a base de chumbo , que xeran imaxes termográficas, o quecemento de lâminas de chumbo para medir súa intensidade, alén de elementos que posúen gases en seu interior á exemplo da válvula Geiger-Müller utilizada para a detección de radiação ionizante e radiação non ionizante. Podendo aínda ser difratado a través dun cristal e dividido en diversos espectros de onda. Sensores (Foto transistores ou foto diodos) captan unha ou algunhas faixas de espectro, e son amplificados e digitalizados, formando imaxes. Ese último proceso (difração de raios-x, por cristais) é comumente utilizado en equipamentos de inspección de bagaxes e cargas.
Medicina
Na medicina os raios X son utilizados nas análises das condicións dos órganos internos, pescudas de fracturas , tratamento de tumores , cancro (ou cancro), doenzas óseas, etc.
Con finalidades terapéuticas os raios X son utilizados cunha irradiação aproximada de cinco mil a sete mil Rads, sobre pequenas áreas do corpo, por pequeno período de tempo.
No Brasil, os raios X do pulmón para fins diagnósticos de tuberculose pulmonar son chamados de abreugrafia , que se trata dunha incidência sobre unha pequena área do pulmón.
Exposición
A tolerancia do organismo humano á exposición aos raios X é de 0,1 röntgen por día como máximo en toda a superficie corpórea. A radiação dun röntgen produce en Fallou ao verificar gramática (O executável texvc non foi encontrado. Consulte math/README para instrucións da configuración.): 1,938 x 10^{-3}
gramos de ar, a liberação por ionização, dunha carga eléctrica de Fallou ao verificar gramática (O executável texvc non foi encontrado. Consulte math/README para instrucións da configuración.): 3,33 x 10^{-3}
C.
Efectos somáticos da radiação
No ser humano a exposición continúa aos raios X poden causar vermelhidão da pel, queimaduras por raios x ou en casos máis graves de exposición, mutações do DNA, morte das células e/ou leucemia.
Pescuda de materiais
Na industria, os raios X son utilizados no exame de fracturas de pezas, condicións de fundição , alén doutros empregos correlatos. Nos laboratorios de análises físico químicas os Raios X ten largo espectro de utilización.
Natureza eletromagnética
Os raios X propáganse á velocidade da luz, e como calquera radiação eletromagnética están suxeitos aos fenómenos de refração , difração, reflexión, polarização, interferência e atenuação. Súa penetrância nos materiais é relevante, pois todas as sustancias son transparentes aos Raios X en maior ou menor grao.
Nalgunhas sustancias como compostos de cálcio e platinocianeto de bário, os raios X xeran luminescência. Esta radiação ioniza os gases por onde pasa. A exemplo da luz visíbel, non é desviado pola acción de campos eléctricos ou magnéticos. Desprázase en liña recta, sensibiliza filmes fotográficos, alén de descarregar os obxectos cargados electricamente, calquera que sexa a polaridade (sendo unha característica non totalmente confirmada a de descarregar electricamente os obxectos).
Interacción coa materia
Cando os raios X atinxen a materia, así como o tecido do paciente, os fótons teñen catro posíbel destinos. Os fótons poden ser:
- Completamente espallados sen perda de enerxía.
- Absorbidos con perda total de enerxía.
- Espallados con algunha absorção e con perda de enerxía.
- Transposotos sen calquera alteración.
Definicións dos termos
- Espalhamento - mudanza de dirección dun fóton con ou sen perda de enerxía.
- Absorção - deposição de enerxía, ou sexa, remoción de enerxía do feixe.
- Atenuação - redución da intensidade do feixe principal causada pola absorção e espalhamento.
- Ionização - remoción dun elétron dun átomo neutro producindo un íon negativo (o elétron + outro átomo neutro) e un íon positivo (o átomo remanescente).
Interaccións dos raios X en Nivel Atómico
Existen catro principais interaccións en nivel atómico, dependendo da enerxía do fóton incidente:
- Espalhamento non modificado ou coerente - espalhamento puro.
- Efecto fotoelétrico - absorção pura.
- Efecto compton - espalhamento e absorção.
- Produción par - pura absorção.
Raios X na cultura popular
- Algúns súper-heroes (o máis famoso é o Superhome) teñen a capacidade de enxergar a través de obxectos utilizando a visión de raio-x. Iso está fisicamente errado, pois, para funcionar, debería haber un detector de raios X atrás do obxecto visto.
Referencias
- ↑ a b Martins, Roberto de Andrade. O Nacemento dunha Nova Física. Scientific American: . N°13, p.11.
Bibliografia
- Principios de Radiologia Odontológica; Eric Whaites; 3º edición; ArtMed; 2002.
