LOS RAYOS X. Ing Enrique Mario Avila Perona

Transcripción

1 LOS RAYOS X

2 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.

3 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 nm. - de 10 a 1= Blandos - de 1 a 0.005= Duros Los utilizados en radiología médica se sitúan entre 0.05 y 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

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5 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

6 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)

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8 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

9 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.

10 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.

11 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.

12 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

13 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.

14 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.

15 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.

16 Generadores de Rayos X con Ánodo Rotatorio

17 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.

18 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.

19 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.

20 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.

21 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.

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25 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.

26 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.

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32 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.

33 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 plásticos 3. 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 bolsas 2. 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.

34 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.

35 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.

36 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.