Naturaleza de los rayos X

RADIACION X

ANTECEDENTES HISTÓRICOS

La radiación que luego se denominó X, se obtuvo mediante el paso de una corriente eléctrica de alta tensión ( alto voltaje ) a través de gases confinados en un tubo cerrado hermético a muy baja presión ( gases enrarecidos ) ( Morgan, 1785) ( Plüker, 1850 ) ( Geissler, 1860) (Hittorf, 1869) (Lenard, 1892)

Sin embargo, la primera observación de los Rayos X, como una fluorescencia en tubos de rayos catódicos, se debe a Röetgen en 1895. Es decir, que su descubrimiento como radiación y sus propiedades de penetración en la materia, son posteriores a su producción.

CARACTERÍSTICAS DE LOS RAYOS X

Los rayos X se ubican en el espectro electromagnético, entre las radiaciones ultravioletas y las gamma, presentando inclusive un “traslape” entre estas ondas adyacentes.

Se pueden resumir las siguientes características a partir de su ubicación en el espectro E.M.

NATURALEZA DE LOS RAYOS X

Cuando un electrón libre choca a gran velocidad contra un átomo de Z (número atómico) alto, puede generar radiación X por dos mecanismos:

• Al chocar el electrón libre contra el núcleo del átomo, por ej. de wolframio ( W , Z = 74 ), debido a la carga positiva de éste, el electrón libre pierde velocidad y hasta puede detenerse, por lo cual cede energía en forma de onda electromagnética de  (longitud de onda ) muy corta, como rayo X o fotón X. (Radiación de frenado o bremsstrahlung)

• Si el electrón libre choca a gran velocidad con algún electrón del átomo, éste gana energía y “salta” a un nivel de energía más externo. El electrón excitado, después de

unos 10 – 8 s, vuelve a su nivel de origen y libera la energía que absorbió en forma de radiación electromagnética de  muy corta, como fotón o rayo X. ( Si los choques ocurrieran contra electrones de niveles superficiales, se producen otras radiaciones E.M. de mayor , tales como radiación U.V., radiación infrarroja, aún luz visible)

Para que un electrón se libere desde un metal que posee electrones libres se lo somete a alta temperatura hasta el estado de incandescencia, de manera que la intensidad de la emisión dependerá de la temperatura que alcance el metal. Este fenómeno fue estudiado por Edison y se llama efecto Edison.

Por otra parte, si entre el metal emisor (cátodo) y otro electrodo ( ánodo ) se establece una diferencia de potencial, los electrones viajarán en dirección al ánodo ( electrodo positivo) a una velocidad que será proporcional a la diferencia de voltaje aplicada. Este fenómeno se llama efecto De Forest.

Cuando los electrones llegan al ánodo, ceden la energía absorbida como radiación X.

PRODUCCION DE RAYOS X

TUBO DE RAYOS X o TUBO RADIÓGENO

( Modelo de Coolidge )

La producción de rayos X requiere un tubo de vidrio Pyrex resistente a las altas temperaturas, cerrado hermético donde se ha logrado un vacío adecuado ( billonésima de atm ) dentro del cual hay un cátodo ( - ) consistente en un filamento en espriral de W ( o Tg ) , que se vuelve incandescente ( puede alcanzar hasta 2000 º C) por el paso de una corriente de varios mA y a un voltaje determinado ( del orden de los 50 a 150 kV ) y que libera los electrones a alta velocidad ( para 50 kV, alcanzan velocidad de 120.000 km / s ). Los electrones viajan hacia el ánodo cortado a bisel ( también denominado anticátodo ), que es una placa de W contenida en un bloque de Tungsteno ( o de Cu en modelos similares ). Esta carcaza sobresale del tubo radiógeno a fin de facilitar su refrigeración. Los rayos X salen colimados por una ventana. A excepción de la ventana, el resto del tubo está protegido por una carcaza de plomo.

Cuando los electrones chocan contra el ánodo (anticátodo), son “frenados” por el campo E.M. nuclear de los átomos del ánodo. En este proceso de frenado es cuando emiten la energía como rayos X llamados rayos X generales.

En el fenómeno de “frenado” puede que por las colisiones, sean expulsados electrones del ánodo, siendo ocupados sus lugares por otros electrones de órbitas superiores. Esto lleva a la emisión de rayos X llamados rayos X característicos.

Los dos tipos de rayos X mencionados, se diferencian por tener espectros continuo y discontínuo, respectivamente. Los característicos, constituyen un 30 % de los rayos X producidos por tubos de uso en diagnóstico.

En síntesis, el tubo de rayos X cumple la función de producir los “rayos catódicos” o electrones por la emisión desde el cátodo incandescente, acelerarlos hasta el anticátodo ( efecto de De Forest ) donde se frenerán finalmente, siguiendo la emisión de los rayos X.

APARATO DE RAYOS X DE USO ODONTOLÓGICO

Los aparatos radiográficos constan básicamente de un cabezal y de un sistema de soporte mecánico para su manipulación.

El cabezal de rayos X consta del tubo radiógeno descripto, unido al transformador de corriente eléctrica. Ambos están protegidos dentro de una unidad “blindada”, algunas de ellas llenas de aceite el cual funciona como aislante y refrigerante.

El tubo radiógeno puede ser de diferentes modelos; uno de ellos, se caracteriza por tener un ánodo giratorio, como se observa en la figura, de manera que ofrece alternativamente, distintos espacios de choque a los electrones acelerados desde el cátodo. Así, el calor disipado por el choque de los electrones, se distribuye en una amplia superficie, soportando unas 10 a 20 veces más carga electrónica sin fundir el tungsteno del anticátodo ( ánodo). Los tubos con ánodo fijo, en cambio, desarrollan calor en un punto fijo estático de escasa superficie.

El

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