¿Qué es la radiografía suave?

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 el parámetro clave de todos los fotones, porque determina la energía de un fotón. Los fotones se clasifican según 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 típicamente más largas que las de los rayos gamma.

Rayos X blandos y duros

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 fotónicas (superiores a 5–10 keV) se denominan rayos X duros , mientras que los que tienen una energía más baja (y una longitud de onda más larga) se denominan rayos X blandos . Debido a su capacidad de penetración, los rayos X duros se usan ampliamente para obtener imágenes del interior de objetos visualmente opacos. Las aplicaciones más vistas son en 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 las estructuras cristalinas mediante cristalografía de rayos X. Por el contrario, las radiografías 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.

Rayos X – Producción

Dado que los rayos X son fotones de alta energía , que tienen naturaleza electromagnética , se pueden producir siempre que partículas cargadas (electrones o iones) de suficiente energía golpean un material. Es similar al efecto fotoeléctrico , donde los fotones pueden ser aniquilados cuando golpean la placa de metal, cada uno entregando su energía cinética a un electrón .

Los rayos X pueden ser generados por un tubo de rayos X , un tubo de vacío que utiliza 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 potenciales 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 alcanzarán los electrones. Al alcanzar 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 radiación conocida como radiación sincrotrón . Cuando las partículas cargadas ultra-relativistas se mueven a través de campos magnéticos, se ven obligadas a moverse a lo largo de un camino curvo. Dado que su dirección de movimiento cambia continuamente, también están acelerando y emiten bremsstrahlung, en este caso se denomina radiación 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 usa ampliamente como un procedimiento analítico.

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 de electrones, por lo que un tubo de 100 kV no puede crear rayos X con una energía superior a 100 keV. Cuando los electrones alcanzan el objetivo, los rayos X son creados por dos procesos atómicos diferentes:

• Bremsstrahlung . El bremsstrahlung es la radiación electromagnética producida por la aceleración o desaceleración de un electrón cuando es desviada por fuertes campos electromagnéticos de núcleos de alta Z (número de protones) objetivo. 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. El bremsstrahlung es una de las posibles interacciones de partículas cargadas de luz con la materia (especialmente con números atómicos altos) Estas radiografías tienen un espectro continuo. La intensidad de los rayos X aumenta linealmente con 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 característica de rayos X. Si el electrón tiene suficiente energía, puede expulsar un electrón orbital de la capa interna de electrones de un átomo de metal. Dado que el proceso deja una vacante en el nivel de energía de los electrones del cual proviene el electrón, los electrones externos del átomo caen en cascada para llenar los niveles atómicos más bajos, y generalmente se emiten uno o más rayos X característicos . Como resultado, aparecen picos de intensidad bruscos en el espectro a longitudes de onda que son características del material del que está hecho el objetivo anódico. Las frecuencias de los rayos X característicos se pueden predecir a partir del modelo de Bohr.