Qué es Rayos X – Producción – Tubo de 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 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.

Rayos X – Producción

Dado que los rayos X son fotones de alta energía , que tienen naturaleza electromagnética , pueden producirse siempre que partículas cargadas (electrones o iones) de suficiente energía golpeen un material. Es similar al efecto fotoeléctrico , donde los fotones pueden ser aniquilados cuando golpean la placa de metal, cada uno entregando su thermodynamics/what-is-energy-physics/what-is-kinetic-energy/»>energía cinética a un electrón .

Los rayos X pueden ser generados por un tubo de rayos X , un tubo de vacío que usa un alto voltaje para acelerar los electrones liberados por un cátodo caliente a una alta velocidad. El cátodo debe calentarse para emitir electrones. Los electrones, acelerados por diferencias de potencial de decenas de miles de voltios, apuntan a un objetivo metálico (generalmente hecho de tungsteno u otro metal pesado) en un tubo de vacío. Cuanto mayor sea el voltaje entre los electrodos, mayor energía obtendrán los electrones. Al golpear el objetivo, los electrones acelerados se detienen abruptamente y los rayos Xy se generan calor. La mayor parte de la energía se transforma en calor en el ánodo (que debe enfriarse). Solo el 1% de la energía cinética de los electrones se convierte en rayos X. Los rayos X generalmente se generan perpendiculares a la trayectoria del haz de electrones.

Una fuente especializada de rayos X que se está utilizando ampliamente en la investigación es el acelerador de partículas, que genera una radiación conocida como radiación de sincrotrón . Cuando las partículas cargadas ultrarrelativistas se mueven a través de campos magnéticos, se ven obligadas a moverse a lo largo de una trayectoria curva. Dado que su dirección de movimiento cambia continuamente, también están acelerando y, por lo tanto, emiten bremsstrahlung, en este caso se denomina radiación de sincrotrón .

Los rayos X también pueden ser producidos por protones rápidos u otros iones positivos. La emisión de rayos X inducida por protones o la emisión de rayos X inducida por partículas se utiliza ampliamente como procedimiento analítico.

Radiografías blandas y duras

Los rayos X generalmente se describen por su energía máxima, que está determinada por el voltaje entre los electrodos. Los rayos X con altas energías de fotones (por encima de 5–10 keV) se denominan rayos X duros , mientras que los de menor energía (y mayor longitud de onda) se denominan rayos X suaves . Debido a su capacidad de penetración, los rayos X duros se utilizan ampliamente para obtener imágenes del interior de objetos visualmente opacos. Las aplicaciones más frecuentes se encuentran en la radiografía médica. Dado que las longitudes de onda de los rayos X duros son similares al tamaño de los átomos, también son útiles para determinar estructuras cristalinas mediante cristalografía de rayos X. Por el contrario, los rayos X suaves se absorben fácilmente en el aire. La longitud de atenuación de los rayos X de 600 eV en el agua es inferior a 1 micrómetro.

Espectro de rayos X: característico y continuo

Para los rayos X generados por el tubo de rayos X, la parte de energía que se transforma en radiación varía desde cero hasta la energía máxima del electrón cuando golpea el ánodo. La energía máxima del fotón de rayos X producido está limitada por la energía del electrón incidente, que es igual al voltaje en el tubo multiplicado por la carga del electrón, por lo que un tubo de 100 kV no puede crear rayos X con una energía superior a 100. keV. Cuando los electrones golpean el objetivo, los rayos X se crean mediante dos procesos atómicos diferentes:

• Bremsstrahlung . La bremsstrahlung es radiación electromagnética producida por la aceleración o desaceleración de un electrón cuando es desviado por fuertes campos electromagnéticos de núcleos objetivo de alto Z (número de protones). El nombre bremsstrahlung proviene del alemán. La traducción literal es «radiación de frenado» . Según la teoría clásica, cuando una partícula cargada se acelera o desacelera, debe irradiar energía. La bremsstrahlung es una de las posibles interacciones de partículas cargadas de luz con la materia (especialmente con números atómicos altos). Estos rayos X tienen un espectro continuo. La intensidad de los rayos X aumenta linealmente con la frecuencia decreciente, desde cero a la energía de los electrones incidentes, el voltaje en el tubo de rayos X. Cambiar el material del que está hecho el objetivo en el tubo no tiene ningún efecto sobre el espectro de esta radiación continua. Si tuviéramos que cambiar de un objetivo de molibdeno a un objetivo de cobre, por ejemplo, todas las características del espectro de rayos X cambiarían excepto la longitud de onda de corte.
• Emisión de rayos X característica. Si el electrón tiene suficiente energía, puede expulsar un electrón orbital de la capa interna de electrones de un átomo metálico. Dado que el proceso deja una vacante en el nivel de energía del electrón del que proviene el electrón, los electrones externos del átomo descienden en cascada para llenar los niveles atómicos inferiores, y generalmente se emiten uno o más rayos X característicos . Como resultado, aparecen picos de intensidad agudos en el espectro en longitudes de onda que son una característica del material del que está hecho el objetivo del ánodo. Las frecuencias de los rayos X característicos se pueden predecir a partir del modelo de Bohr.

Ver también:

Rayos X [ / lgc_column]