Rayos X: De un misterio accidental a una revolución tecnológica
En primer lugar, debemos definir qué son los Rayos X. Se trata de radiaciones electromagnéticas de onda muy corta y alta energía. Debido a su naturaleza, poseen una gran capacidad de penetración en la materia. Históricamente, la letra “X” se usa para describir su origen misterioso cuando fueron descubiertos en un laboratorio. Actualmente, su uso se extiende desde la medicina hasta la seguridad y la astronomía.
¿Quién inventó los rayos X?
A diferencia de otros inventos, los Rayos X se descubrieron por accidente en 1895. El físico alemán Wilhelm C. Roentgen realizó experimentos con rayos catódicos en la Universidad de Würzburg.
Mientras trabajaba en su laboratorio oscuro, Roentgen notó algo inusual. Una película de platinocianuro de barrio, situada a pocos metros del tubo de descarga, comenzó a brillar. Por esta razón , concluyó que existía una radiación invisible capaz de atravesar cartones negros e incluso libros horribles. Sin embargo , observe que estas ondas no pueden penetrar materiales densos como el plomo.
¿Cómo se producen los rayos x?
La producción de estas ondas ocurre mediante un proceso físico específico. Básicamente , cuando un electrón a alta velocidad choca contra un ánodo de tungsteno, libera energía en forma de fotografías.
En este proceso , los núcleos del año desvían los electrones de su trayectoria original. En consecuencia , una pequeña parte de esa energía cinética se transforma en Rayos X, mientras que la gran mayoría se pierde como calor. Finalmente , estas radiaciones se capturan en una película sensible para generar imágenes.
La producción de rayos X se demuestra en la figura 1.
Figura 1: Modelo conceptual para la producción de rayos X.
Interacción de los rayos X con la materia:
Es fundamental entender cómo estas ondas afectan a los objetos que atraviesan. Específicamente , existen tres fenómenos principales:
1. Efecto de dispersión de Compton: esto ocurre debido a la colisión de un fotón de rayos X con un electrón, que no solo causa el desplazamiento del electrón (debido a la transmisión de energía) sino que también produce un aumento de la longitud de onda del fotón en colisión. Este fotón secundario puede repetir el mismo efecto de dispersión de Compton con otros electrones también.
2. Efecto fotoeléctrico: este fenómeno describe la inversión de lo que se ha interpretado en la Figura 1. Establece que cuando un fotón de alta velocidad colisiona con la materia, toda su energía se utiliza para expulsar un electrón de su órbita nuclear.
3. Efecto de producción de pares: muestra una interacción entre los rayos X y la materia (núcleo) que da como resultado la generación de un par de partículas, que consiste en un positrón y un electrón (o combinación de partículas y antipartículas).
Figura 2: Interacciones de rayos X con la materia: (a) Efecto Compton. (b) Efecto fotoeléctrico.
(c) Efecto de producción en pareja.
Aplicaciones principales de los Rayos X
1. Medicina
Durante el siglo pasado, los rayos X se han utilizado ampliamente para tomar radiografías del cuerpo humano. Según algunas fuentes, el campo de la radiología ahora más de 100 años, ya que los rayos X se estaban utilizando para el rastreo de balas en los heridos menos de un año después de su descubrimiento en el año 1895.
Los rayos X ayudan a diagnosticar no solo defectos ortopédicos / Las lesiones en el cuerpo, pero son una herramienta de diagnóstico clave para detectar anomalías cardiopulmonares como en cardiomegalia, trastornos cardíacos valvulares, tuberculosis, trastornos pulmonares obstructivos crónicos, neumotórax, derrame pleural, etc.
Tienen un papel muy extendido en traumatología, reumatología, neurología y lo que no! Además, su importancia terapéutica radica en la radioterapia necesaria para el tratamiento de las neoplasias invasivas.
2. Usos industriales
A escala industrial, los rayos X tienen aplicaciones prácticas muy variadas. Se utilizan en campos como la metalurgia, principalmente para la detección de fracturas diminutas o defectos en los productos metálicos de nuevo diseño.
También se utilizan como análisis químico de materiales, no como radiografía pero analizando el nivel de energía de la fluorescencia se puede obtener un resultado muy certero de la concentración de elementos en lo analizado.
3. Astronomía
La astronomía de rayos X comenzó a fines de la década de 1940, cuando los cohetes se usaron por primera vez para detectar rayos X solares débiles en la atmósfera superior de la tierra. Estos rayos X espaciales surgen de la atmósfera superior del sol a temperaturas extremadamente altas y de manera similar también a otras estrellas.
Difícilmente pueden penetrar en la atmósfera de la tierra, por lo que los detectores de rayos X de un observatorio de la tierra no son útiles para captar rayos X cosmológicos. Sin embargo, se utiliza una cadena de satélites parcialmente equipada con un aparato de detección de rayos X para este propósito.
El primersatélite de este tipo “Uhuru ” fue enviado al espacio en 1970. Hasta ahora, los datos de numerosos eventos astronómicos se han interpretado mediante el uso de rayos X. Las radiaciones de intensidad máxima se detectan a partir de eventos cósmicos como los que ocurren durante la muerte de una estrella; supernova, formación de agujeros negros, etc. Al igual que la medicina y la industria, este campo no conoce límites para las aplicaciones de rayos X.
4. Investigación molecular
Los estudios de difracción de rayos X han revolucionado el campo de la investigación molecular. Las macromoléculas de importancia biológica (ADN, proteínas, etc.) pueden analizarse estructuralmente mediante la ayuda de la cristalografía de rayos X.
5. Multas de seguridad
Los que viajan en avión pueden compartir un encuentro bastante común con los rayos X. Los escáneres de rayos X son la columna vertebral de la seguridad de los aeropuertos internacionales, así como de otros edificios de alta seguridad.
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