¿Qué es el blindaje de los rayos X? Definición

Los rayos X , también conocidos como radiación X , se refieren a la radiación electromagnética (sin masa en reposo, sin carga) de altas energías. Los rayos X son fotones de alta energía con longitudes de onda cortas y, por lo tanto, de muy alta frecuencia. La frecuencia de radiación es un parámetro clave de todos los fotones, porque determina la energía de un fotón. Los fotones se clasifican según las energías, desde las ondas de radio de baja energía y la radiación infrarroja, pasando por la luz visible, hasta los rayos X de alta energía y los rayos gamma .

La mayoría de los rayos X tienen una longitud de onda que varía de 0,01 a 10 nanómetros (3 × 10 ¹⁶ Hz a 3 × 10 ¹⁹ Hz), lo que corresponde a energías en el rango de 100 eV a 100 keV. Las longitudes de onda de los rayos X son más cortas que las de los rayos UV y, por lo general, más largas que las de los rayos gamma. La distinción entre rayos X y rayos gamma no es tan simple y ha cambiado en las últimas décadas. Según la definición actualmente válida, los rayos X son emitidos por electrones fuera del núcleo, mientras que los rayos gamma son emitidos por el núcleo .

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Blindaje de rayos X

Ver también: Blindaje de radiación ionizante

Atenuación de rayos X

A medida que los fotones de alta energía atraviesan el material, su energía disminuye. Esto se conoce como atenuación . La teoría de la atenuación también es válida para rayos X y rayos gamma . Resulta que los fotones de mayor energía (rayos X duros) viajan a través del tejido más fácilmente que los fotones de baja energía (es decir, es menos probable que los fotones de mayor energía interactúen con la materia). Gran parte de este efecto está relacionado con el efecto fotoeléctrico . La probabilidad de absorción fotoeléctrica es aproximadamente proporcional a (Z / E) ³, donde Z es el número atómico del átomo del tejido y E es la energía del fotón. A medida que E crece, la probabilidad de interacción disminuye rápidamente. Para energías más altas, la dispersión de Compton se vuelve dominante. La dispersión de Compton es casi constante para diferentes energías, aunque disminuye lentamente a energías más altas.

Como puede verse, el blindaje eficaz de los rayos X se basa en la mayoría de los casos en el uso de materiales con dos propiedades de material siguientes:

• alta densidad de material.
• alto número atómico de material (materiales con alto contenido de Z)

Sin embargo, los materiales de baja densidad y los materiales con bajo contenido de Z se pueden compensar con un mayor espesor, que es tan significativo como la densidad y el número atómico en aplicaciones de blindaje.

Un cable se usa ampliamente como escudo de rayos X. La principal ventaja del blindaje de plomo es su compacidad debido a su mayor densidad. Un cable se usa ampliamente como escudo gamma. Por otro lado,  el uranio empobrecido  es mucho más eficaz debido a su mayor Z. El uranio empobrecido se utiliza para el blindaje en fuentes portátiles de rayos gamma.

En  las plantas de energía nuclear, el  blindaje del núcleo de un  reactor  puede ser proporcionado por materiales de la vasija de presión del reactor, partes internas del reactor ( reflector de neutrones ). También se suele utilizar hormigón pesado para proteger tanto los  neutrones  como la radiación gamma.

En general, el blindaje de rayos X es más complejo y difícil que el  blindaje de radiación alfa  o  beta . Para comprender de manera integral la forma en que un rayo X pierde su energía inicial, cómo puede atenuarse y cómo protegerse, debemos tener un conocimiento detallado de sus mecanismos de interacción.

Ver también más teoría:  Interacción de los rayos X con la materia

Ver también calculadora:  actividad gamma a tasa de dosis (con / sin escudo)

Véase también XCOM – base de datos de secciones transversales de fotones :  XCOM: base de datos de secciones transversales de fotones

Capa de valor medio – Rayos X

La capa de valor medio expresa el espesor del material absorbente necesario para reducir la intensidad de la radiación incidente en un factor de dos . Hay dos características principales de la capa de valor medio:

• La capa de valor medio disminuye a medida que aumenta el número atómico del absorbente. Por ejemplo, se necesitan 35 m de aire para reducir la intensidad de un haz de rayos X de 100 keV en un factor de dos, mientras que solo 0,12 mm de plomo pueden hacer lo mismo.
• La capa de valor medio para todos los materiales aumenta con la energía de los rayos X. Por ejemplo, desde 0,26 cm para hierro a 100 keV hasta aproximadamente 0,64 cm a 200 keV.

Ejemplo:

¿Cuánta filtración de agua necesita si desea reducir la intensidad de un haz de rayos X monoenergético de 100 keV ( haz estrecho ) al 1% de su intensidad incidente? La capa de valor medio para rayos X de 100 keV en agua es 4,15 cm y el coeficiente de atenuación lineal para rayos X de 100 keV en agua es 0,167 cm ^-1 . El problema es bastante simple y se puede describir con la siguiente ecuación:

Si la capa de valor medio para el agua es 4.15 cm, el coeficiente de atenuación lineal es:Ahora podemos usar la ecuación de atenuación exponencial:

Entonces, el espesor de agua requerido es de aproximadamente 27,58 cm . Este es un espesor relativamente grande y es causado por pequeños números atómicos de hidrógeno y oxígeno. Si calculamos el mismo problema para el plomo (Pb) , obtenemos el espesor x = 0.077 cm .

Tabla de capas de valor medio

Tabla de Capas de Valor Medio (en cm) para diferentes materiales a energías fotónicas de 100, 200 y 500 keV.

Ver también:

Rayos X [ / lgc_column]