¿Qué es el blindaje de los rayos X? Definición

El blindaje efectivo de los rayos X se basa en la mayoría de los casos en el uso de materiales con dos propiedades de material siguientes: material de alta densidad y número atómico. Blindaje de rayos X

Shielding of Gamma and X-raysLos 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 el parámetro clave de todos los fotones, porque determina la energía de un fotón. Los fotones se clasifican de acuerdo con las energías de las ondas de radio de baja energía y la radiación infrarroja, a través de 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), correspondiente 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 generalmente 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 .

 

Blindaje de rayos X

Ver también: Blindaje de la radiación ionizante.

Atenuación de rayos X

Coeficientes de atenuación.
Total de secciones transversales de fotones.
Fuente: Wikimedia Commons

A medida que los fotones de alta energía pasan a través del 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, los fotones de mayor energía tienen menos probabilidades de interactuar 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 de 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 constante para diferentes energías, aunque disminuye lentamente a energías más altas.

capa de valor medio

Como se puede ver, la protección efectiva de los rayos X se basa en la mayoría de los casos en el uso de materiales con las siguientes dos propiedades:

  • 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 de baja Z pueden compensarse 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 un escudo gamma. Por otro lado,  el uranio empobrecido  es mucho más efectivo debido a su mayor Z. El uranio empobrecido se usa para proteger en fuentes portátiles de rayos gamma.

En  las centrales nucleares, la  protección del núcleo de un  reactor  puede ser proporcionada por materiales del recipiente a presión del reactor, internos del reactor ( reflector de neutrones ). También se usa hormigón pesado para proteger tanto los  neutrones  como la radiación gamma.

En general, la protección contra rayos X es más compleja y difícil que la  protección contra 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 puede protegerse, debemos tener un conocimiento detallado de sus mecanismos de interacción.

Ver también más teoría:  interacción de rayos X con materia

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

Ver también XCOM – DB de sección transversal de fotones:  XCOM: base de datos de secciones cruzadas de fotones

Capa de valor medio: rayos X

La capa de valor medio expresa el espesor del material absorbente necesario para la reducción de la intensidad de 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 absorbedor. 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:

¿Qué cantidad de agua requiere, si desea reducir la intensidad de un haz de rayos X monoenergético ( haz estrecho ) de 100 keV al 1% de su intensidad incidente? La capa de valor medio para rayos X de 100 keV en agua es de 4,15 cm y el coeficiente de atenuación lineal para rayos X de 100 keV en agua es de 0,167 cm -1 . El problema es bastante simple y puede describirse mediante 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:atenuación de rayos X - problema con la solución

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 grosor x = 0.077 cm .

Tabla de capas de valor medio

Tabla de capas de valor medio (en cm) para diferentes materiales a energías de fotones de 100, 200 y 500 keV.

Amortiguador 100 keV 200 keV 500 keV
Aire 3555 cm 4359 cm 6189 cm
Agua 4,15 cm 5,1 cm 7,15 cm
Carbón 2,07 cm 2,53 cm 3,54 cm
Aluminio 1,59 cm 2,14 cm 3,05 cm
Planchar 0,26 cm 0,64 cm 1,06 cm
Cobre 0,18 cm 0,53 cm 0,95 cm
Dirigir  0,012 cm  0,068 cm  0,42 cm

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