¿Qué son los Rayos X?

Los rayos X son radiaciones electromagnéticas, como la luz visible, las radiaciones ultravioleta, infrarroja, ondas de radio, etc. Lo único que los distingue de las demás radiaciones electromagnéticas es su longitud de onda, que es del orden de 10^-10 m.

Ondas Electromagnéticas

Son perturbaciones que se propagan con la velocidad de la luz, consistentes en ondas de campo eléctrico y de campo magnético perpendiculares entre sí y a la dirección de propagación. Se producen por la oscilación, aceleración o desaceleración de cargas eléctricas.

Los rayos X son una radiación electromagnética de la misma naturaleza que las ondas de radio, las ondas de microondas, los rayos infrarrojos, la luz visible, los rayos ultravioleta y los rayos gamma. La diferencia fundamental, por ejemplo, con los rayos gamma es su origen: los rayos gamma son radiaciones de origen nuclear que se producen por la desexcitación de un nucleón de un nivel excitado a otro de menor energía y en la desintegración de isótopos radiactivos, mientras que los rayos X surgen de fenómenos extranucleares, a nivel de la órbita electrónica, fundamentalmente producidos por desaceleración de electrones.

Radiación Gamma

Es un tipo de radiación electromagnética producida generalmente por elementos radiactivos o procesos subatómicos como la aniquilación de un par positrón-electrón. Debido a las altas energías que poseen, los rayos gamma constituyen un tipo de radiación ionizante capaz de penetrar en la materia más profundamente que la radiación alfa o beta. Dada su alta energía, pueden causar grave daño al núcleo de las células, por lo que son usados para esterilizar equipos médicos y alimentos.

Clasificación: Rayos X Blandos y Duros

Los rayos X de mayor longitud de onda, cercanos a la banda ultravioleta del espectro electromagnético, se conocen como rayos X blandos; los de menor longitud de onda, que están más próximos a la zona de rayos gamma o incluso se solapan con esta, se denominan rayos X duros. Cuanto menor es la longitud de onda de los rayos X, mayores son su energía y poder de penetración.

Origen de los Rayos X

Los Rayos X se originan cuando los electrones inciden con muy alta velocidad sobre la materia y son frenados repentinamente. Se produce así la radiación X, de muy distintas longitudes de onda, debido a la diferente velocidad de los electrones al chocar.

Propiedades Fundamentales de los Rayos X

• Poder de penetración: Tienen la capacidad de penetrar en la materia.
• Efecto luminiscente: Al incidir sobre ciertas sustancias, estas emiten luz.
• Efecto ionizante: Tienen la capacidad de ionizar los gases (Ionización: acción de eliminar o añadir electrones).
• Efecto fotográfico: Producen el ennegrecimiento de las emulsiones fotográficas, una vez reveladas y fijadas. Esta es la base de la imagen radiológica.

Absorción y Aplicación Radiológica

La absorción de rayos X por una sustancia depende de su densidad y masa atómica. Cuanto menor sea la masa atómica del material, más transparente será a los rayos X de una longitud de onda determinada. Cuando se irradia el cuerpo humano con rayos X, los huesos (compuestos de elementos con mayor masa atómica que los tejidos circundantes) absorben la radiación con más eficacia, por lo que producen sombras más oscuras sobre una placa fotográfica. Los rayos X son invisibles a nuestros ojos, pero producen imágenes visibles cuando usamos placas fotográficas o detectores especiales para ello.

Características de Rayos X Blandos y Duros

• Rayos X Blandos (longitud de onda > 0.5 Å): Poseen poca penetración y alto poder de ionización específica. Provocan quemaduras en tejidos superficiales.
• Rayos X Duros (longitud de onda ≤ 0.5 Å): Poseen gran penetración e interactúan con los tejidos. Pueden producir mutaciones genéticas en células de mitosis activa.

Conceptos Fundamentales de Ondas

Definición de Onda

Una onda es una propagación de una perturbación de alguna propiedad de un medio (por ejemplo, densidad, presión, campo eléctrico o campo magnético), que se propaga a través del espacio transportando energía. El medio perturbado puede ser de naturaleza diversa, como aire, agua, un trozo de metal, el espacio vacío, etc.

Reflexión

Es el cambio de dirección de un rayo o una onda que ocurre en la superficie de separación entre dos medios, de tal forma que regresa al medio inicial. Ejemplos comunes son la reflexión de la luz, el sonido y las ondas en el agua. El fenómeno más evidente sucede cuando la superficie es plana y pulimentada (espejo).

Leyes de la Reflexión

• El rayo que incide, el rayo reflejado y la normal con relación a la superficie de reflexión en el punto de incidencia, deben estar en el mismo plano (mismo medio).
• El ángulo formado entre el rayo que incide y la normal es igual al ángulo que existe entre el rayo reflejado y la misma normal.

Refracción

Es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Solo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si estos tienen índices de refracción distintos. La refracción se origina en el cambio de velocidad que experimenta la onda.

Ley de la Refracción

El rayo incidente, el rayo refractado y la normal están en un mismo plano.

Índice de Refracción Absoluto (n)

Se define como el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío («c») y la velocidad que tiene la luz en ese medio («v»). El valor de «n» es siempre adimensional y mayor que la unidad, siendo una constante característica de cada medio: n = c/v.

Reflexión Total y Ángulo Crítico

El ángulo crítico es el ángulo de incidencia en el cual el ángulo de refracción es 90°, aplicando la ley de Snell. Cuando en la refracción el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo crítico ocurre lo que se conoce como reflexión total.

Formación de Imágenes en Espejos Cóncavos

Al colocar un objeto delante de un espejo cóncavo, este formará una imagen real de dicho objeto (excepto en el último caso).

• Si el objeto está situado entre el centro de curvatura (C) y el infinito, la imagen será menor, real e invertida.
• Si el objeto está situado en C, la imagen también estará en C y será igual, invertida y real.
• Si el objeto está situado entre el centro de curvatura y el foco (F), la imagen será mayor, real e invertida, situada entre C y el infinito.
• Si el objeto está situado entre el foco y el espejo, la imagen será mayor, derecha y virtual, situada detrás del espejo.

Lentes Delgadas

Si el grosor de la lente es despreciable, comparándolo con los radios de curvatura de las caras que la forman, recibe el nombre de lente delgada.

Tipos de Lentes Delgadas

Según su forma, las lentes delgadas pueden ser convergentes y divergentes:

• Lentes Convergentes: Son más gruesas en el centro que en los extremos. Se representan esquemáticamente con una línea con dos puntas de flecha en los extremos.
• Lentes Divergentes: Son más delgadas en la parte central que en los extremos.