Los rayos X son tipos de radiación electromagnética probablemente más conocidos por su capacidad para ver a través de la piel de una persona y revelar imágenes de los huesos debajo de ella. Los avances en la tecnología han dado lugar a haces de rayos X más potentes y enfocados, así como aaplicaciones cada vez mayores de estas ondas de luz, desde obtener imágenes de células biológicas diminutas y componentes estructurales de materiales como el cemento hasta matar células cancerosas.
Los rayos X se clasifican aproximadamente en rayos X suaves y rayos X duros. Los rayos X suaves tienen longitudes de onda relativamente cortas de aproximadamente 10 nanómetros un nanómetro es una mil millonésima parte de un metro, por lo que se encuentran en el rangodel espectro electromagnético EM entre la luz ultravioleta UV y los rayos gamma. Los rayos X duros tienen longitudes de onda de aproximadamente 100 picómetros un picómetro es una billonésima parte de un metro. Estas ondas electromagnéticas ocupan la misma región de la EMespectro como rayos gamma. La única diferencia entre ellos es su fuente: los rayos X se producen por la aceleración de electrones, mientras que los rayos gamma son producidos por núcleos atómicos en una de cuatro reacciones nucleares.
Historial de radiografías
Los rayos X fueron descubiertos en 1895 por Wilhelm Conrad Röentgen, profesor de la Universidad de Würzburg en Alemania. Según el Centro de Recursos No Destructivos " Historia de la radiografía , "Röentgen notó cristales cerca de un tubo de rayos catódicos de alto voltaje que exhibían un brillo fluorescente, incluso cuando los protegió con papel oscuro. El tubo que estaba penetrando el papel producía alguna forma de energía y hacía que los cristalesRöentgen llamó a la energía desconocida "radiación X". Los experimentos demostraron que esta radiación podría penetrar los tejidos blandos pero no los huesos, y produciría imágenes de sombras en placas fotográficas.
Por este descubrimiento, Röentgen recibió el primer premio Premio Nobel de física , en 1901.
fuentes y efectos de rayos X
Los rayos X se pueden producir en la Tierra enviando un haz de electrones de alta energía que choca contra un átomo como el cobre o el galio, según Kelly Gaffney, directora de Stanford Synchrotron Radiation Lightsource. Cuando el haz golpea el átomo, los electronesen la capa interna, llamada capa s, son empujados y, a veces, arrojados fuera de su órbita. Sin ese electrón, o electrones, el átomo se vuelve inestable y, por lo tanto, para que el átomo se "relaje" o vuelva al equilibrio, Gaffneydicho, un electrón en la llamada capa 1p cae para llenar el espacio. ¿El resultado? Se libera una radiografía.
"El problema con eso es que la fluorescencia [o la luz de rayos X emitida] va en todas direcciones", dijo Gaffney a Rhythm89. "No son direccionales ni enfocables. No es una manera muy fácil de hacer un altoenergía, fuente brillante de rayos X ".
Ingrese un sincrotrón, un tipo de acelerador de partículas que acelera partículas cargadas como electrones dentro de una trayectoria circular cerrada. La física básica sugiere que cada vez que acelera una partícula cargada, esto emite luz . El tipo de luz depende de la energía de los electrones u otras partículas cargadas y del campo magnético que los empuja alrededor del círculo, dijo Gaffney.
Dado que los electrones de sincrotrón son empujados a una velocidad cercana a la de la luz, emiten enormes cantidades de energía, particularmente energía de rayos X. Y no solo rayos X, sino a haz muy potente de luz de rayos X enfocada .
La radiación de sincrotrón se observó por primera vez en General Electric en los Estados Unidos en 1947, según Instalación europea de radiación sincrotrón . Esta radiación se consideró una molestia porque hacía que las partículas perdieran energía, pero más tarde se reconoció en la década de 1960 como una luz con propiedades excepcionales que superaron las deficiencias de los tubos de rayos X. Una característica interesante de la radiación de sincrotrón es queestá polarizado; es decir, los campos eléctricos y magnéticos de los fotones oscilan todos en la misma dirección, que puede ser lineal o circular.
"Debido a que los electrones son relativistas [o se mueven casi a la velocidad de la luz], cuando emiten luz, termina enfocándose en la dirección de avance", dijo Gaffney. "Esto significa que no solo obtienes el color correcto de luzLos rayos X y no solo muchos de ellos porque tienes muchos electrones almacenados, también se emiten preferentemente en la dirección de avance ".
imágenes de rayos X
Debido a su capacidad para penetrar ciertos materiales, los rayos X se utilizan para varias aplicaciones de evaluación y prueba no destructivas, en particular para identificar fallas o grietas en componentes estructurales. Según el Centro de recursos de NDT, "la radiación se dirige a través de una pieza y hacia[una] película u otro detector. El gráfico de sombras resultante muestra las características internas "y si la pieza es sólida. Esta es la misma técnica utilizada en los consultorios de los médicos y dentistas para crear imágenes de rayos X de huesos y dientes, respectivamente. [ Imágenes: impresionantes radiografías de peces ]
Los rayos X también son esenciales para las inspecciones de seguridad del transporte de carga, equipaje y pasajeros. Los detectores de imágenes electrónicos permiten la visualización en tiempo real del contenido de los paquetes y otros artículos de los pasajeros.
El uso original de los rayos X era para obtener imágenes de los huesos, que se distinguían fácilmente de los tejidos blandos en la película que estaba disponible en ese momento. Sin embargo, los sistemas de enfoque más precisos y los métodos de detección más sensibles, como las películas fotográficas y electrónicas mejoradassensores de imagen, han hecho posible distinguir detalle cada vez más fino y diferencias sutiles en la densidad del tejido, mientras se utilizan niveles de exposición mucho más bajos.
Además, tomografía computarizada TC combina varias imágenes de rayos X en un modelo 3D de una región de interés.
Similar a la TC, la tomografía de sincrotrón puede revelar imágenes tridimensionales de estructuras interiores de objetos como componentes de ingeniería, según Centro Helmholtz de Materiales y Energía .
terapia de rayos X
La radioterapia utiliza radiación de alta energía para destruir las células cancerosas al dañar su ADN. Dado que el tratamiento también puede dañar las células normales, Instituto Nacional del Cáncer recomienda que el tratamiento se planifique cuidadosamente para minimizar los efectos secundarios.
Según la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU., La llamada radiación ionizante de los rayos X golpea un área enfocada con suficiente energía para quitar completamente los electrones de los átomos y moléculas, alterando así sus propiedades. En dosis suficientes, esto puede dañar o destruir las células. Si bien este daño celular puede causar cáncer, también se puede usar para combatirlo. Por dirigir rayos X a tumores cancerosos , puede demoler esas células anormales.
astronomía de rayos X
Según Robert Patterson, profesor de astronomía en la Universidad Estatal de Missouri, fuentes celestes de rayos X incluye sistemas binarios cercanos que contienen agujeros negros o estrellas de neutrones. En estos sistemas, el remanente estelar más masivo y compacto puede arrancar material de su estrella compañera para formar un disco de gas emisor de rayos X extremadamente caliente a medida que gira en espiral hacia adentro., agujeros negros supermasivos en los centros de las galaxias espirales pueden emitir rayos X a medida que absorben estrellas y nubes de gas que caen dentro de su alcance gravitacional.
Los telescopios de rayos X utilizan reflejos de ángulo bajo para enfocar estos fotones de alta energía luz que de otro modo pasarían a través de los espejos de los telescopios normales. Debido a que la atmósfera de la Tierra bloquea la mayoría de los rayos X, las observaciones se suelen realizar utilizando globos de gran altitud o en órbitatelescopios.
Recursos adicionales
- Para obtener más información, descargue este PDF de SLAC titulado " Historia temprana de rayos X . "
- El Centro de recursos NDE / NDT proporciona información sobre evaluación no destructiva / pruebas no destructivas.
- página de la misión de la NASA en el espectro electromagnético explica cómo los astrónomos usan los rayos X.
Esta página fue actualizada el 5 de octubre de 2018 por la editora gerente de Rhythm89, Jeanna Bryner.