LOS RAYOS X

Ing Enrique Mario Avila Perona

HISTORIA

• Los rayos X fueron descubiertos de forma accidental en 1895 por el físico alemán Wilhelm Conrad Roentgen mientras estudiaba los rayos catódicos en un tubo de descarga gaseosa de alto voltaje.

• A pesar de que el tubo estaba dentro de una caja de cartón negro, Roentgen vio que una pantalla de platinocianuro de bario, que casualmente estaba cerca, emitía luz fluorescente siempre que funcionaba el tubo.

• Tras realizar experimentos adicionales, determinó que la fluorescencia se debía a una radiación invisible más penetrante que la radiación ultravioleta.

• Roentgen llamó a los rayos invisibles “rayos X” por su naturaleza desconocida. Posteriormente, los rayos X fueron también denominados rayos Roentgen en su honor.

Ing Enrique Mario Avila Perona

NATURALEZA • Forman parte del espectro de radiaciones

electromagnéticas.

• Radiación electromagnética: forma particular de energía

que se propaga a través del espacio en forma de ondas. • La diferencia de los rayos x con los rayos luminosos esta en su frecuencia.

• Tiene aprox. 1/10000 de la λ de la luz visible.

• λ de los rayos x: de 10 a 0.005 nm. - de 10 a 1= Blandos

- de 1 a 0.005= Duros

Los utilizados en radiología médica se sitúan entre 0.05 y 0.012 nm.

• Energía de la radiación: entre 0.01 y 250 KeV

En radiodiagnóstico la energías mas utilizadas son las comprendidas entre los 30 y los 125

KeV

Ing Enrique Mario Avila Perona

Ing Enrique Mario Avila Perona

• Las ondas electromagnéticas de λ corta y f elevada pueden interactuar con la materia como si de partículas, mas que ondas, se tratase.

cuantos o fotones: pequeños paquetes de engría puros, sin masa ni carga eléctrica, transportados a la velocidad de la luz.

E= hv • Unidad de medida: Electronvoltio cantidad de energía

cinética adquirida por 1 fotón acelerado por la diferencia de potencial de 1 voltio.

• En radiología se conceptúan los rayos x mas en términos de partículas que de onda electromagnética, pero ambas están relacionadas mediante la siguiente formula:

E= 1,24/λ (Ley de Duane-Hunt) • Cualquier fotón con energía superior a 15 eV o frecuencia inferior de 10 nm

es capaz de ionizar átomos y moléculas

Radiación ionizante

Ing Enrique Mario Avila Perona

ORIGEN

• Los rayos x se originan cuando los electrones inciden con gran velocidad sobre la materia y son frenados repentinamente, cediendo o perdiendo energía por uno de los siguientes procesos:

- Frenado brusco al chocar contra la materia (conversión de parte de su energía cinética en radiación x).

-Provocando el salto de otro electrón entre dos capas internas de un átomo y radiándose la diferencia de las energías de enlace, entre ambas capas, como un fotón X.

• Ambos procesos ocurren en el Ánodo (blanco) del tubo de rayos x, y la radiación producida constituye el espectro continuo.

• Si la energía de bombardeo de electrones es mayor, se produce una radiación cuya característica va depender del material del blanco Radiación característica (λ definida)

Ing Enrique Mario Avila Perona

Ing Enrique Mario Avila Perona

Definición

• Definición:

Radiación electromagnética, invisible, capaz de

atravesar cuerpos opacos y de imprimir las

películas fotográficas.

Es una radiación electromagnética de la misma

naturaleza que las ondas de radio, microondas,

rayos infrarrojos, luz visible, rayos ultravioleta y

rayos gamma

Ing Enrique Mario Avila Perona

PROPIEDADES

1. Poder de Penetracion. 2. Efecto luminiscente. 3. Efecto Fotográfico. 4. Efecto ionizante. 5. Efecto Biológico. 6. No poseen masa, son invisibles y eléctricamente neutros. 7. Viajan a la velocidad de la luz y en el vacio no disipan energía. 8. No pueden ser enfocados mediante lentes, prismas o espejos, ni

reflejados. 9. Viajan en línea recta en un haz divergente cuando emanan de un

punto focal. 10. Producen radiación secundaria y dispersa en los materiales que

atraviesan. 11. Pueden transformarse en calor cuando atraviesan la materia.

Ing Enrique Mario Avila Perona

• Poder de Penetración

Concepto de opacidad y penetrancia: Dependiendo del número atómico, de la densidad y del espesor de la sustancia

atravesada, y de la energía de radiación X, unos cuerpos absorben más

cantidad de radiación que otros, es decir, que tienen mayor o menor

coeficiente de atenuación.

-Tejidos radiotrasparentes: aquellos a los que los rayos X

atraviesan facilmente

-Sustancias radiopacas: aquellas que absorben de tal manera los

rayos X que poca o ninguna radiación consigue traspasarla.

Ing Enrique Mario Avila Perona

Cuando un haz de rayos X incide sobre el organismo (radiación incidente), parte de esta se absorbe, parte se dispersa (radiación dispersa) y parte no se modifica y sale del organismo (radiación remanente), el mismo será la responsable de la producción de la imagen radiográfica y de las diferentes grabaciones que en una radiografía aparecen del blanco y negro.

Ing Enrique Mario Avila Perona

• Efecto Luminiscente

• Ciertas sustancias como el sulfuro de cadmio y zinc,

wolframato de calcio, y el yoduro de cesio emiten luz al ser

bombardeadas por los rayos X

FLUORESCENCIA

Algunas de estas sustancias siguen emitiendo luz durante un

corto periodo de tiempo después de haber cesado la

radiación FOSFORESCENCIA

Ing Enrique Mario Avila Perona

•Efecto Fotográfico

• Los Rayos X dan origen a una imagen latente, al

actuar sobre una emulsión fotográfica que

después de revelada y fijada produce una imagen

visible que presenta un ennegrecimiento o

densidad fotográfica que constituye la base de la

imagen radiológica.

Ing Enrique Mario Avila Perona

• Efecto Ionizante

• Los rayos X producen ionización, excitación de los átomos y cambios de las moléculas de las sustancias que atraviesan.

• Esta propiedad se utiliza ampliamente en radiología para medir la cantidad (exposición) y la calidad de la radiación ionizante.

• Unidad de exposición: Roentgenio que se define como una exposición de 2.58 x 10-4 culombios/Kilogramo aire.

Ing Enrique Mario Avila Perona

PRODUCCIÓN

• Se necesita tener una fuente de electrones que choque

contra una diana con suficiente energía.

en este proceso la mayor parte de la energía se convierte en calor (más del 99%)

y una pequeñísima parte en Rayos X.

Ing Enrique Mario Avila Perona

Generadores de Rayos X con Ánodo Rotatorio

Ing Enrique Mario Avila Perona

Cuando se aplica un alto voltaje entre el cátodo y el ánodo, los electrones

son acelerados por la diferencia de potencial entre ellos, y al chocar contra

el blanco se producen los Rayos X de alguna de estas formas:

1. Radiación continua o de frenado: La interacción de

electrones acelerados con el núcleo atómico es seguida de una desaceleración por el

Efecto Coulomb (el electrón negativamente cargado es atraído por la carga positiva del

núcleo), produciéndose una perdida de energía cinética del electrón además de una

desviación en su recorrido. La energía perdida es el Fotón X

En el rango diagnostico este tipo de radiación corresponde a un 70% aprox. y es policromática o heterogénea.

Ing Enrique Mario Avila Perona

2. Radiación Discontinua o Característica:

• El choque del electrón acelerado con el electrón orbital produce una cesión de energía y da lugar a la expulsión del electrón de su orbita (ionización).

• Este fenómeno produce un electrón secundario (fotoelectrón) y un hueco en el orbital atómico, y hace que los electrones de las capas más externas salten desde la suya para rellenar este hueco, produciéndose fotones característicos que dependen de la diferencia de energía de las capas atómicas.

Este tipo de radiación se produce en un 30% aprox. en el rango diagnóstico y da lugar al espectro característico de la radiación.

Ing Enrique Mario Avila Perona

• Métodos de refrigeración:

• El más sencillo de ellos consiste en el que el ánodo

vaya engastado en un buen conductor, tal como el

cobre, que le continúe hacia atrás y que difunda

rápidamente el calor.

• En algunos casos se complementa con la circulación de

agua o aceite alrededor del ánodo.

• En los de ánodo rotatorio el foco térmico (de

wolframio y renio) descansa sobre una base de

molibdeno, que a su vez descansa sobre una de grafito.

Ing Enrique Mario Avila Perona

CARACTERÍSTICA DEL HAZ DE RADIACIÓN

1. Cantidad de radiación: La cantidad de la radiación

X obtenida es proporcional a la intensidad de la

corriente catódica ( se expresa en mA), al numero de

electrones que interaccionan con el ánodo, al numero

atómico del ánodo y al cuadrado del kilovoltaje.

2. Calidad de la radiación: La dureza o poder de

penetración de la radiación es lo que se conoce como

calidad. La tensión existente entre el cátodo y ánodo regula la

velocidad de los electrones y controla la calidad de los rayos X.

Ing Enrique Mario Avila Perona

La naturaleza del blanco influye en la energía de la

radiación característica. El blanco de wolframio produce

más energía de frenado que de energía característica y el de

molibdeno, el fenómeno inverso.

Resumen:

A mayor kilovoltaje corresponden:

-Electrones más rápidos.

-Mayor energía de los rayos X.

-Menor λ.

-Mayor poder de penetración.

-Rayos X más duros.

Ing Enrique Mario Avila Perona

Ing Enrique Mario Avila Perona

Ing Enrique Mario Avila Perona

Ing Enrique Mario Avila Perona

Que es la tomografía axial

computarizada? •

La tomografía axial computarizada, también conocida por las siglas TAC o por la

denominación escáner , es una técnica de diagnóstico utilizada en medicina u otras

áraes.

Tomografía viene del griego tomos que significa corte o sección y de grafía que

significa representación gráfica. Por tanto la tomografía es la obtención de imágenes de

cortes o secciones de algún objeto.

La palabra axial significa "relativo al eje". Plano axial es aquel que es perpendicular al

eje longitudinal de un cuerpo. La tomografía axial computarizada o TAC, aplicada al

estudio del cuerpo humano, obtiene cortes transversales a lo largo de una región

concreta del cuerpo (o de todo él).

Computarizar significa someter datos al tratamiento de una computadora.

Muchas veces el “objeto” es parte del cuerpo humano, puesto que la TAC se utiliza

mayoritariamente como herramienta de diagnóstico médico.

Ing Enrique Mario Avila Perona

Otras Tomografías

• Actualmente, las tomografías se obtienen

utilizando diferentes fenómenos físicos, tales

como rayos X, rayos gamma, aniquilación de

electrones y positrones - reacción, resonancia

magnética nuclear, Ultrasonido, electrones, y

iones. Estos se denominan: TC, SPECT, PET,

MRI, ultrasonografía, 3D TEM y átomo sonda,

respectivamente.

Ing Enrique Mario Avila Perona

Imágenes

Ing Enrique Mario Avila Perona

Ing Enrique Mario Avila Perona

Ing Enrique Mario Avila Perona

Ing Enrique Mario Avila Perona

Ing Enrique Mario Avila Perona

Industria alimentaria

• Las exigencias crecientes del

consumidor y de las autoridades

reguladoras han intensificado la presión

sobre la industria alimentaria para que

aplique métodos fiables de inspección

de los alimentos con el fin de garantizar

la seguridad y la calidad de los

productos. La tecnología de rayos X se

puede emplear en la inspección de

alimentos para detectar contaminantes

físicos y para estudiar la estructura

interna de los productos alimentarios

para lograr una mayor calidad.

Ing Enrique Mario Avila Perona

Aplicaciones

• Según el tipo de equipamiento de inspección con rayos X y la naturaleza del

producto alimentario, la inspección con rayos X puede identificar varios

contaminantes físicos, como :

• el metal

• cistal,

• la goma

• la piedra

• algunos plásticos3.

• Dado que la inspección con rayos X proporciona imágenes de un modo no

destructivo, su uso está más generalizado entre los alimentos envasados y

procesados, y en especial en los que se presentan en botellas, latas, frascos y

bolsas2. A medida que avanza la tecnología, se está empleando cada vez más la

inspección con rayos X para el control y la verificación en líneas de

producción.

Ing Enrique Mario Avila Perona

Industria Automotriz

• Existen escáners de tomografía computarizada 3-D que permiten

ver los productos de “afuera hacia dentro”, verificando los

diseños e identificando el potencial de optimización.

• La capacidad para “ver” un componente por dentro y

compararlo fácilmente con los planos originales de diseño

asistido por computadora (CAD, por sus siglas en inglés), es una

clave valiosa para mejorar la calidad del producto. Los nuevos

Servicios de Soluciones de Tomografía Computarizada Industrial

(ICSS, por sus siglas en inglés), tienen la capacidad de ver en

detalle por medio de tomografía computarizada 3-D (CT, por sus

siglas en inglés), de alta resolución.

Ing Enrique Mario Avila Perona

• Este método de prueba no destructivo, de bajo costo,

proporciona:

• – Análisis de rayos X para identificar y localizar

posibles estructuras problemáticas, invisibles a simple

vista.

• – Análisis geométricos incluyendo dimensiones 2-D y

3-D y análisis de grosor de pared.

• – Análisis de materiales, para ayudar a detectar posibles

defectos y posicionamiento.

• – Análisis de ensamble, para ver el ajuste de

componentes integrados.

Ing Enrique Mario Avila Perona

Industria metalúrgica

• A menudo, ciertas mediciones pueden ser hechas sin dañar la

pieza, esto se conoce como prueba no destructiva. Ciertos

peligros, sin embargo deben ser enfrentados cuando evaluamos

calidad por métodos indirectos, ya que las mediciones indirectas

requieren interpretación, esto trae como concecuencia, errores

del tipo de factor humano, estos errores generalmente no están

presentes cuando la calidad es medida por métodos directos.

También debe ser conocida la relación entre las características

actuales empezando la medición y la calidad futura ya que ésta

• es importante para el servicio.

Ing Enrique Mario Avila Perona