Un rayo X , o, con mucha menos frecuencia, una radiación X , es una forma penetrante de radiación electromagnética de alta energía . La mayoría de los rayos X tienen una longitud de onda que varía de 10 picómetros a 10 nanómetros , correspondientes a frecuencias en el rango de 30 petahercios a 30 exahertz (30 × 10 15 Hz hasta30 × 10 18 Hz ) y energías en el rango de 124 eV a 124 keV . Las longitudes de onda de los rayos X son más cortas que las de los rayos UV y, por lo general, más largas que las de los rayos gamma . En muchos idiomas, la radiación X se conoce como radiación de Röntgen , en honor al científico alemán Wilhelm Conrad Röntgen , quien la descubrió el 8 de noviembre de 1895. [1] La llamó radiación X para significar un tipo de radiación desconocido. [2] ortografías de rayos X (s) en Inglés incluyen las variantes de la radiografía (s) , radiografía (s) , y rayos X (s) . [3]
Historia
Observaciones e investigaciones anteriores a Röntgen
Antes de su descubrimiento en 1895, los rayos X eran solo un tipo de radiación no identificada que emanaba de tubos de descarga experimentales . Fueron notados por científicos que investigaban los rayos catódicos producidos por tales tubos, que son haces de electrones energéticos que se observaron por primera vez en 1869. Muchos de los primeros tubos de Crookes (inventados alrededor de 1875) indudablemente irradiaban rayos X, porque los primeros investigadores notaron efectos que eran atribuibles a ellos, como se detalla a continuación. Los tubos de Crookes crearon electrones libres mediante la ionización del aire residual en el tubo por un alto voltaje de CC de entre unos pocos kilovoltios y 100 kV. Este voltaje aceleró los electrones provenientes del cátodo a una velocidad lo suficientemente alta como para crear rayos X cuando golpearon el ánodo o la pared de vidrio del tubo. [4]
El primer experimentador que se cree que produjo (sin saberlo) rayos X fue el actuario William Morgan . En 1785 presentó un artículo a la Royal Society de Londres en el que describía los efectos del paso de corrientes eléctricas a través de un tubo de vidrio parcialmente evacuado, produciendo un resplandor creado por rayos X. [5] [6] Este trabajo fue explorado más a fondo por Humphry Davy y su asistente Michael Faraday .
Cuando el profesor de física de la Universidad de Stanford, Fernando Sanford, creó su "fotografía eléctrica", también generó y detectó rayos X sin saberlo. De 1886 a 1888 había estudiado en el laboratorio Hermann Helmholtz en Berlín, donde se familiarizó con los rayos catódicos generados en los tubos de vacío cuando se aplicaba un voltaje a través de electrodos separados, como habían estudiado previamente Heinrich Hertz y Philipp Lenard . Su carta del 6 de enero de 1893 (describiendo su descubrimiento como "fotografía eléctrica") a The Physical Review fue debidamente publicada y apareció en el San Francisco Examiner un artículo titulado Sin lente ni luz, fotografías tomadas con placa y objeto en la oscuridad . [7]
A partir de 1888, Philipp Lenard realizó experimentos para ver si los rayos catódicos podían salir del tubo de Crookes al aire. Construyó un tubo de Crookes con una "ventana" en el extremo de aluminio delgado, de cara al cátodo para que los rayos catódicos lo golpearan (más tarde llamado "tubo de Lenard"). Descubrió que algo pasó, que expondría las placas fotográficas y provocaría fluorescencia. Midió el poder de penetración de estos rayos a través de varios materiales. Se ha sugerido que al menos algunos de estos "rayos Lenard" eran en realidad rayos X. [8]
En 1889 Ucrania -nacido Ivan Puluj , un profesor de física experimental en la Praga Politécnica , que desde 1877 había sido la construcción de varios diseños de tubos llenos de gas para investigar sus propiedades, publicó un documento sobre cómo se convirtieron en placas fotográficas sellados oscuro con la exposición a las emanaciones de los tubos. [9]
Hermann von Helmholtz formuló ecuaciones matemáticas para rayos X. Postuló una teoría de la dispersión antes de que Röntgen hiciera su descubrimiento y anuncio. Se formó sobre la base de la teoría electromagnética de la luz. [10] Sin embargo, no trabajó con radiografías reales.
En 1894, Nikola Tesla notó una película dañada en su laboratorio que parecía estar asociada con los experimentos del tubo de Crookes y comenzó a investigar esta energía radiante de tipos "invisibles" . [11] [12] Después de que Röntgen identificara los rayos X, Tesla comenzó a hacer sus propias imágenes de rayos X utilizando altos voltajes y tubos de su propio diseño, [13] así como tubos de Crookes.
Descubrimiento por Röntgen
El 8 de noviembre de 1895, el profesor de física alemán Wilhelm Röntgen tropezó con los rayos X mientras experimentaba con tubos Lenard y tubos Crookes y comenzó a estudiarlos. Escribió un informe inicial "Sobre un nuevo tipo de rayo: una comunicación preliminar" y el 28 de diciembre de 1895 lo envió a la revista de la Sociedad Médico-Física de Würzburg . [14] Este fue el primer artículo escrito sobre rayos X. Röntgen se refirió a la radiación como "X", para indicar que se trataba de un tipo de radiación desconocido. El nombre se mantuvo, aunque (a pesar de las grandes objeciones de Röntgen) muchos de sus colegas sugirieron llamarlos rayos Röntgen . Todavía se les conoce como tales en muchos idiomas, incluidos alemán , húngaro , ucraniano , danés , polaco , búlgaro , sueco , finlandés , estonio , turco , ruso , letón , lituano , japonés , holandés , georgiano , hebreo y noruego . Röntgen recibió el primer Premio Nobel de Física por su descubrimiento. [15]
Hay relatos contradictorios de su descubrimiento porque a Röntgen le quemaron sus notas de laboratorio después de su muerte, pero esta es una reconstrucción probable de sus biógrafos: [16] [17] Röntgen estaba investigando los rayos catódicos de un tubo de Crookes que había envuelto en cartón negro. para que la luz visible del tubo no interfiera, utilizando una pantalla fluorescente pintada con platinocianuro de bario . Notó un tenue resplandor verde en la pantalla, aproximadamente a 1 metro de distancia. Röntgen se dio cuenta de que algunos rayos invisibles provenientes del tubo atravesaban el cartón para hacer que la pantalla brillara. Descubrió que también podían leer libros y papeles en su escritorio. Röntgen se dedicó a investigar sistemáticamente estos rayos desconocidos. Dos meses después de su descubrimiento inicial, publicó su artículo. [18]
Röntgen descubrió su uso médico cuando hizo una imagen de la mano de su esposa en una placa fotográfica formada por rayos X. La fotografía de la mano de su esposa fue la primera fotografía de una parte del cuerpo humano usando rayos X. Cuando vio la foto, dijo "He visto mi muerte". [21]
El descubrimiento de los rayos X provocó una auténtica sensación. El biógrafo de Röntgen, Otto Glasser, estimó que, solo en 1896, se publicaron hasta 49 ensayos y 1044 artículos sobre los nuevos rayos. [22] Esta fue probablemente una estimación conservadora, si se considera que casi todos los periódicos del mundo informaron extensamente sobre el nuevo descubrimiento, y una revista como Science le dedicó hasta 23 artículos solo en ese año. [23] Las reacciones sensacionalistas al nuevo descubrimiento incluyeron publicaciones que vinculan el nuevo tipo de rayos con teorías ocultas y paranormales, como la telepatía. [24] [25]
Avances en radiología
Röntgen advirtió de inmediato que los rayos X podrían tener aplicaciones médicas. Junto con su presentación de la Sociedad Médico-Física del 28 de diciembre, envió una carta a los médicos que conocía en toda Europa (1 de enero de 1896). [26] Las noticias (y la creación de "shadowgrams") se difundieron rápidamente, siendo el ingeniero eléctrico escocés Alan Archibald Campbell-Swinton el primero después de Röntgen en crear una radiografía (de una mano). Hasta febrero, hubo 46 experimentadores que adoptaron la técnica solo en América del Norte. [26]
El primer uso de rayos X en condiciones clínicas fue realizado por John Hall-Edwards en Birmingham , Inglaterra , el 11 de enero de 1896, cuando radiografió una aguja clavada en la mano de un asociado. El 14 de febrero de 1896, Hall-Edwards también fue el primero en utilizar rayos X en una operación quirúrgica. [27] A principios de 1896, varias semanas después del descubrimiento de Röntgen, Ivan Romanovich Tarkhanov irradió ranas e insectos con rayos X, concluyendo que los rayos "no solo fotografían, sino que también afectan la función de la vida". [28]
La primera radiografía médica realizada en los Estados Unidos se obtuvo utilizando un tubo de descarga diseñado por Pului. En enero de 1896, al leer el descubrimiento de Röntgen, Frank Austin del Dartmouth College probó todos los tubos de descarga en el laboratorio de física y descubrió que solo el tubo Pului producía rayos X. Esto fue el resultado de la inclusión de Pului de un "objetivo" oblicuo de mica , utilizado para contener muestras de material fluorescente , dentro del tubo. El 3 de febrero de 1896 Gilman Frost, profesor de medicina en la facultad, y su hermano Edwin Frost, profesor de física, expusieron la muñeca de Eddie McCarthy, a quien Gilman había tratado unas semanas antes por una fractura, a las radiografías y recogieron la imagen resultante del hueso roto en placas fotográficas de gelatina obtenida de Howard Langill, un fotógrafo local también interesado en el trabajo de Röntgen. [29]
Muchos experimentadores, incluido el propio Röntgen en sus experimentos originales, idearon métodos para ver imágenes de rayos X "en vivo" utilizando algún tipo de pantalla luminiscente. [26] Röntgen utilizó una pantalla recubierta con platinocianuro de bario . El 5 de febrero de 1896, tanto el científico italiano Enrico Salvioni (su "criptoscopio") como el profesor McGie de la Universidad de Princeton (su "Skiascope") desarrollaron dispositivos de imágenes en vivo , ambos usando platinocianuro de bario. El inventor estadounidense Thomas Edison comenzó a investigar poco después del descubrimiento de Röntgen e investigó la capacidad de los materiales para emitir fluorescencia cuando se exponen a los rayos X, y descubrió que el tungstato de calcio era la sustancia más eficaz. En mayo de 1896 desarrolló el primer dispositivo de imágenes en vivo producido en masa, su "Vitascope", más tarde llamado fluoroscopio , que se convirtió en el estándar para los exámenes médicos de rayos X. [26] Edison abandonó la investigación de rayos X alrededor de 1903, antes de la muerte de Clarence Madison Dally , uno de sus sopladores de vidrio. Dally tenía la costumbre de probar los tubos de rayos X con sus propias manos, desarrollando un cáncer en ellos tan tenaz que le amputaron ambos brazos en un vano intento por salvar su vida; en 1904, se convirtió en la primera muerte conocida atribuida a la exposición a los rayos X. [26] Durante el tiempo en que se desarrolló el fluoroscopio, el físico serbio estadounidense Mihajlo Pupin , utilizando una pantalla de tungstato de calcio desarrollada por Edison, descubrió que el uso de una pantalla fluorescente disminuía el tiempo de exposición necesario para crear una radiografía para imágenes médicas de un hora a unos minutos. [30] [26]
En 1901, el presidente estadounidense William McKinley recibió dos disparos en un intento de asesinato . Mientras que una bala solo le rozó el esternón , otra se había alojado en algún lugar profundo de su abdomen y no se pudo encontrar. Un ayudante preocupado de McKinley envió un mensaje al inventor Thomas Edison para que llevara una máquina de rayos X a Buffalo para encontrar la bala perdida. Llegó pero no se usó. Si bien el tiroteo en sí no había sido letal, se había desarrollado gangrena a lo largo del camino de la bala y McKinley murió de shock séptico debido a una infección bacteriana seis días después. [31]
Peligros descubiertos
Con la experimentación generalizada con rayos X después de su descubrimiento en 1895 por científicos, médicos e inventores, surgieron muchas historias de quemaduras, pérdida de cabello y cosas peores en las revistas técnicas de la época. En febrero de 1896, el profesor John Daniel y el Dr. William Lofland Dudley de la Universidad de Vanderbilt informaron sobre la pérdida del cabello después de que el Dr. Dudley fuera radiografiado. Un niño que había recibido un disparo en la cabeza fue llevado al laboratorio de Vanderbilt en 1896. Antes de intentar encontrar la bala se intentó un experimento, para el cual Dudley "con su característica devoción por la ciencia" [32] [33] [34] se ofreció como voluntario . Daniel informó que 21 días después de tomar una fotografía del cráneo de Dudley (con un tiempo de exposición de una hora), notó una calva de 2 pulgadas (5,1 cm) de diámetro en la parte de su cabeza más cercana al tubo de rayos X: "A Se sujetó el portaplacas con las placas hacia el lado del cráneo y se colocó una moneda entre el cráneo y la cabeza. El tubo se sujetó en el otro lado a una distancia de media pulgada del cabello ". [35]
En agosto de 1896, el Dr. HD. Hawks, un graduado de Columbia College, sufrió graves quemaduras en las manos y el pecho a causa de una demostración de rayos X. Se informó en Electrical Review y dio lugar a muchos otros informes de problemas asociados con los rayos X que se enviaron a la publicación. [36] Muchos experimentadores, incluidos Elihu Thomson en el laboratorio de Edison, William J. Morton y Nikola Tesla también informaron quemaduras. Elihu Thomson expuso deliberadamente un dedo a un tubo de rayos X durante un período de tiempo y sufrió dolor, hinchazón y ampollas. [37] A veces se culpaba a otros efectos del daño, incluidos los rayos ultravioleta y (según Tesla) el ozono. [38] Muchos médicos afirmaron que no hubo ningún efecto de la exposición a los rayos X en absoluto. [37] El 3 de agosto de 1905, en San Francisco , California , Elizabeth Fleischman , una pionera estadounidense de los rayos X, murió de complicaciones como resultado de su trabajo con los rayos X. [39] [40] [41]
Siglo XX y más allá
Las múltiples aplicaciones de los rayos X generaron de inmediato un enorme interés. Los talleres comenzaron a fabricar versiones especializadas de tubos de Crookes para generar rayos X y estos cátodos fríos de primera generación o tubos de rayos X de Crookes se utilizaron hasta aproximadamente 1920.
Un sistema de rayos X médico típico de principios del siglo XX consistía en una bobina Ruhmkorff conectada a un tubo de rayos X Crookes de cátodo frío . Por lo general, se conectaba una descarga de chispas al lado de alto voltaje en paralelo al tubo y se usaba para fines de diagnóstico. [42] El espacio de chispas permitió detectar la polaridad de las chispas, midiendo el voltaje por la longitud de las chispas, determinando así la "dureza" del vacío del tubo, y proporcionó una carga en caso de que el tubo de rayos X fuera desconectado. . Para detectar la dureza del tubo, la brecha de chispas se abrió inicialmente al ajuste más amplio. Mientras la bobina estaba funcionando, el operador redujo el espacio hasta que comenzaron a aparecer chispas. Un tubo en el que la brecha de chispa comenzó a chispear alrededor de 2 1/2 pulgadas se consideró suave (bajo vacío) y adecuado para partes delgadas del cuerpo como manos y brazos. Una chispa de 5 pulgadas indicó que el tubo era adecuado para hombros y rodillas. Una chispa de 7 a 9 pulgadas indicaría un vacío más alto adecuado para obtener imágenes del abdomen de individuos más grandes. Dado que la brecha de chispa estaba conectada en paralelo al tubo, la brecha de chispa tenía que abrirse hasta que cesaran las chispas para hacer funcionar el tubo para obtener imágenes. El tiempo de exposición de las placas fotográficas fue de alrededor de medio minuto para una mano a un par de minutos para un tórax. Las placas pueden tener una pequeña adición de sal fluorescente para reducir los tiempos de exposición. [42]
Los tubos de Crookes no eran fiables. Debían contener una pequeña cantidad de gas (invariablemente aire) ya que una corriente no fluirá en un tubo de este tipo si están completamente evacuados. Sin embargo, a medida que pasaba el tiempo, los rayos X hicieron que el vidrio absorbiera el gas, lo que provocó que el tubo generara rayos X "más duros" hasta que pronto dejó de funcionar. Los tubos más grandes y de uso más frecuente fueron provistos de dispositivos para restaurar el aire, conocidos como "ablandadores". Estos a menudo tomaban la forma de un pequeño tubo lateral que contenía un pequeño trozo de mica , un mineral que atrapa cantidades relativamente grandes de aire dentro de su estructura. Un pequeño calentador eléctrico calentó la mica, haciendo que liberara una pequeña cantidad de aire, restaurando así la eficiencia del tubo. Sin embargo, la mica tenía una vida limitada y el proceso de restauración era difícil de controlar.
En 1904, John Ambrose Fleming inventó el diodo termoiónico , el primer tipo de tubo de vacío . Este utilizó un cátodo caliente que provocó que una corriente eléctrica fluyera en el vacío . Esta idea se aplicó rápidamente a los tubos de rayos X y, por lo tanto, los tubos de rayos X de cátodo calentado, llamados "tubos de Coolidge", reemplazaron por completo a los molestos tubos de cátodo frío alrededor de 1920.
Aproximadamente en 1906, el físico Charles Barkla descubrió que los rayos X podían ser dispersados por gases y que cada elemento tenía un espectro de rayos X característico . Ganó el Premio Nobel de Física de 1917 por este descubrimiento.
En 1912, Max von Laue , Paul Knipping y Walter Friedrich observaron por primera vez la difracción de rayos X por cristales. Este descubrimiento, junto con los primeros trabajos de Paul Peter Ewald , William Henry Bragg y William Lawrence Bragg , dio a luz al campo de la cristalografía de rayos X .
En 1913, Henry Moseley realizó experimentos de cristalografía con rayos X que emanaban de varios metales y formuló la ley de Moseley que relaciona la frecuencia de los rayos X con el número atómico del metal.
El tubo de rayos X de Coolidge fue inventado el mismo año por William D. Coolidge . Hizo posible las continuas emisiones de rayos X. Los tubos de rayos X modernos se basan en este diseño, a menudo empleando el uso de objetivos giratorios que permiten una disipación de calor significativamente mayor que los objetivos estáticos, lo que permite una mayor cantidad de salida de rayos X para su uso en aplicaciones de alta potencia como los escáneres de TC rotacionales.
El uso de rayos X con fines médicos (que se convirtió en el campo de la radioterapia ) fue iniciado por el comandante John Hall-Edwards en Birmingham, Inglaterra . Luego, en 1908, tuvo que amputarle el brazo izquierdo debido a la propagación de la dermatitis de rayos X en su brazo. [43]
La ciencia médica también utilizó la película para estudiar la fisiología humana. En 1913, se hizo una película en Detroit que mostraba un huevo duro dentro de un estómago humano. Esta primera película de rayos X se grabó a una velocidad de una imagen fija cada cuatro segundos. [44] El Dr. Lewis Gregory Cole de Nueva York fue un pionero de la técnica, a la que llamó "radiografía en serie". [45] [46] En 1918, los rayos X se utilizaron en asociación con cámaras cinematográficas para capturar el esqueleto humano en movimiento. [47] [48] [49] En 1920, el Instituto de Fonética de Inglaterra lo utilizó para registrar los movimientos de la lengua y los dientes en el estudio de idiomas. [50]
En 1914 Marie Curie desarrolló vehículos radiológicos para apoyar a los soldados heridos en la Primera Guerra Mundial . Los coches permitirían obtener imágenes de rayos X rápidos de los soldados heridos para que los cirujanos del campo de batalla pudieran operar de forma rápida y precisa. [51]
Desde principios de la década de 1920 hasta la de 1950, las máquinas de rayos X se desarrollaron para ayudar en la colocación de zapatos [52] y se vendieron a zapaterías comerciales. [53] [54] [55] Las preocupaciones sobre el impacto del uso frecuente o mal controlado se expresaron en la década de 1950, [56] [57] lo que llevó al final de la práctica en esa década. [58]
El microscopio de rayos X se desarrolló durante la década de 1950.
El Observatorio de rayos X Chandra , lanzado el 23 de julio de 1999, ha estado permitiendo la exploración de procesos muy violentos en el universo que producen rayos X. A diferencia de la luz visible, que ofrece una visión relativamente estable del universo, el universo de rayos X es inestable. Presenta estrellas desgarradas por agujeros negros , colisiones galácticas y novas, y estrellas de neutrones que acumulan capas de plasma que luego explotan en el espacio.
Un láser de rayos X dispositivo se propuso como parte de la administración Reagan 's iniciativa de defensa estratégica en la década de 1980, pero la única prueba del dispositivo (una especie de láser 'Blaster' o rayo de la muerte , impulsado por una explosión termonuclear) dio concluyentes resultados. Por razones técnicas y políticas, el proyecto en general (incluido el láser de rayos X) fue desfinanciado (aunque más tarde fue revivido por la segunda administración Bush como Defensa Nacional de Misiles utilizando diferentes tecnologías).
Las imágenes de rayos X de contraste de fase se refieren a una variedad de técnicas que utilizan información de fase de un haz de rayos X coherente para obtener imágenes de los tejidos blandos. Se ha convertido en un método importante para visualizar estructuras celulares e histológicas en una amplia gama de estudios biológicos y médicos. Hay varias tecnologías que se utilizan para la obtención de imágenes de contraste de fase de rayos X, y todas utilizan principios diferentes para convertir las variaciones de fase de los rayos X que emergen de un objeto en variaciones de intensidad. [59] [60] Estos incluyen contraste de fase basado en propagación, [61] interferometría de Talbot , [60] imágenes mejoradas por refracción, [62] e interferometría de rayos X. [63] Estos métodos proporcionan un mayor contraste en comparación con las imágenes de rayos X de absorción-contraste normales, lo que permite ver detalles más pequeños. Una desventaja es que estos métodos requieren equipos más sofisticados, como fuentes de rayos X de sincrotrón o microfoco , óptica de rayos X y detectores de rayos X de alta resolución.
Rangos de energía
Rayos X suaves y duros
Los rayos X con altas energías de fotones por encima de 5–10 keV (por debajo de 0,2–0,1 nm de longitud de onda) se denominan rayos X duros , mientras que aquellos con menor energía (y mayor longitud de onda) se denominan rayos X suaves . [64] El rango intermedio con energías de fotones de varios keV se denomina a menudo rayos X sensibles . Debido a su capacidad de penetración, los rayos X duros se utilizan ampliamente para obtener imágenes del interior de objetos, por ejemplo, en radiografías médicas y seguridad en aeropuertos . El término rayos X se usa metonímicamente para referirse a una imagen radiográfica producida con este método, además del método en sí. Dado que las longitudes de onda de rayos X duros son similares al tamaño de los átomos, sino que también son útiles para determinar las estructuras cristalinas por cristalografía de rayos X . Por el contrario, los rayos X suaves se absorben fácilmente en el aire; la longitud de atenuación de los rayos X de 600 eV (~ 2 nm) en el agua es inferior a 1 micrómetro. [sesenta y cinco]
Rayos gamma
No hay consenso para una definición que distinga entre rayos X y rayos gamma . Una práctica común es distinguir entre los dos tipos de radiación en función de su fuente: los rayos X son emitidos por electrones , mientras que los rayos gamma son emitidos por el núcleo atómico . [66] [67] [68] [69] Esta definición tiene varios problemas: otros procesos también pueden generar estos fotones de alta energía o, a veces, se desconoce el método de generación. Una alternativa común es distinguir la radiación X y la gamma sobre la base de la longitud de onda (o, de manera equivalente, la frecuencia o la energía fotónica), con una radiación más corta que alguna longitud de onda arbitraria, como 10-11 m (0.1 Å ), definida como radiación gamma. . [70] Este criterio asigna un fotón a una categoría inequívoca, pero solo es posible si se conoce la longitud de onda. (Algunas técnicas de medición no distinguen entre las longitudes de onda detectadas). Sin embargo, estas dos definiciones a menudo coinciden ya que la radiación electromagnética emitida por los tubos de rayos X generalmente tiene una longitud de onda más larga y una menor energía de fotones que la radiación emitida por núcleos radiactivos . [66] Ocasionalmente, un término u otro se usa en contextos específicos debido a un precedente histórico, basado en la técnica de medición (detección), o basado en su uso previsto en lugar de su longitud de onda o fuente. Por tanto, los rayos gamma generados para usos médicos e industriales, por ejemplo , la radioterapia , en el intervalo de 6 a 20 MeV , también pueden denominarse en este contexto rayos X. [71]
Propiedades
Los fotones de rayos X transportan suficiente energía para ionizar los átomos y romper los enlaces moleculares . Esto la convierte en un tipo de radiación ionizante y, por tanto, dañina para los tejidos vivos . Una dosis de radiación muy alta durante un período corto de tiempo causa enfermedad por radiación , mientras que dosis más bajas pueden aumentar el riesgo de cáncer inducido por radiación . En las imágenes médicas, este aumento del riesgo de cáncer generalmente se ve superado en gran medida por los beneficios del examen. La capacidad ionizante de los rayos X se puede utilizar en el tratamiento del cáncer para destruir células malignas mediante radioterapia . También se utiliza para la caracterización de materiales usando espectroscopia de rayos X .
Los rayos X duros pueden atravesar objetos relativamente gruesos sin ser muy absorbidos o dispersos . Por esta razón, los rayos X se utilizan ampliamente para obtener imágenes del interior de objetos visualmente opacos. Las aplicaciones más frecuentes se encuentran en radiografía médica y escáneres de seguridad de aeropuertos , pero técnicas similares también son importantes en la industria (por ejemplo , radiografía industrial y tomografía computarizada industrial ) y en la investigación (por ejemplo, tomografía computarizada de animales pequeños ). La profundidad de penetración varía con varios órdenes de magnitud en el espectro de rayos X. Esto permite que la energía de los fotones se ajuste para la aplicación a fin de proporcionar una transmisión suficiente a través del objeto y, al mismo tiempo, proporcionar un buen contraste en la imagen.
Los rayos X tienen longitudes de onda mucho más cortas que la luz visible, lo que hace posible sondear estructuras mucho más pequeñas que las que se pueden ver con un microscopio normal . Esta propiedad se utiliza en microscopía de rayos X para adquirir imágenes de alta resolución y también en cristalografía de rayos X para determinar las posiciones de los átomos en los cristales .
Interacción con la materia
Los rayos X interactúan con la materia de tres formas principales, a través de la fotoabsorción , la dispersión de Compton y la dispersión de Rayleigh . La fuerza de estas interacciones depende de la energía de los rayos X y de la composición elemental del material, pero no mucho de las propiedades químicas, ya que la energía de los fotones de rayos X es mucho mayor que las energías de unión química. La fotoabsorción o absorción fotoeléctrica es el mecanismo de interacción dominante en el régimen de rayos X suaves y para las energías de rayos X duros más bajos. A energías más altas, domina la dispersión de Compton.
Absorción fotoeléctrica
La probabilidad de una absorción fotoeléctrica por unidad de masa es aproximadamente proporcional a Z 3 / E 3 , donde Z es el número atómico y E es la energía del fotón incidente. [72] Esta regla no es válida cerca de las energías de enlace de electrones de la capa interna donde hay cambios abruptos en la probabilidad de interacción, los llamados bordes de absorción . Sin embargo, la tendencia general de coeficientes de absorción altos y, por lo tanto, profundidades de penetración cortas para energías de fotones bajas y números atómicos altos es muy fuerte. Para los tejidos blandos, la fotoabsorción domina hasta aproximadamente 26 keV de energía de fotones donde la dispersión de Compton se hace cargo. Para sustancias de mayor número atómico, este límite es mayor. La alta cantidad de calcio ( Z = 20) en los huesos, junto con su alta densidad, es lo que hace que se vean tan claramente en las radiografías médicas.
Un fotón fotoabsorbido transfiere toda su energía al electrón con el que interactúa, ionizando así el átomo al que estaba unido el electrón y produciendo un fotoelectrón que probablemente ionice más átomos en su camino. Un electrón externo llenará la posición del electrón vacante y producirá un rayo X característico o un electrón Auger . Estos efectos se pueden utilizar para la detección elemental mediante espectroscopía de rayos X o espectroscopía electrónica Auger .
Dispersión de Compton
La dispersión de Compton es la interacción predominante entre los rayos X y los tejidos blandos en las imágenes médicas. [73] La dispersión de Compton es una dispersión inelástica del fotón de rayos X por un electrón de la capa exterior. Parte de la energía del fotón se transfiere al electrón de dispersión, ionizando así el átomo y aumentando la longitud de onda de los rayos X. El fotón disperso puede ir en cualquier dirección, pero es más probable una dirección similar a la dirección original, especialmente para rayos X de alta energía. La probabilidad de diferentes ángulos de dispersión se describe mediante la fórmula de Klein-Nishina . La energía transferida se puede obtener directamente del ángulo de dispersión de la conservación de la energía y el momento .
la dispersión de Rayleigh
La dispersión de Rayleigh es el mecanismo de dispersión elástica dominante en el régimen de rayos X. [74] La dispersión hacia adelante inelástica da lugar al índice de refracción, que para los rayos X es solo ligeramente inferior a 1. [75]
Producción
Siempre que partículas cargadas (electrones o iones) de suficiente energía golpean un material, se producen rayos X.
Producción por electrones
Material del ánodo | Número atómico | Energía fotónica [keV] | Longitud de onda [nm] | ||
---|---|---|---|---|---|
K α1 | K β1 | K α1 | K β1 | ||
W | 74 | 59,3 | 67,2 | 0.0209 | 0.0184 |
Mes | 42 | 17,5 | 19,6 | 0.0709 | 0.0632 |
Cu | 29 | 8.05 | 8,91 | 0,154 | 0,139 |
Ag | 47 | 22,2 | 24,9 | 0.0559 | 0.0497 |
Georgia | 31 | 9.25 | 10.26 | 0,134 | 0,121 |
En | 49 | 24,2 | 27,3 | 0.0512 | 0,455 |
Los rayos X pueden ser generados por un tubo de rayos X , un tubo de vacío que usa un alto voltaje para acelerar los electrones liberados por un cátodo caliente a una alta velocidad. Los electrones de alta velocidad chocan con un objetivo metálico, el ánodo , creando los rayos X. [78] En los tubos de rayos X médicos, el objetivo suele ser el tungsteno o una aleación más resistente al agrietamiento de renio (5%) y tungsteno (95%), pero a veces molibdeno para aplicaciones más especializadas, como cuando se utilizan rayos X más suaves. necesario como en la mamografía. En cristalografía, un objetivo de cobre es más común, y el cobalto se usa a menudo cuando la fluorescencia del contenido de hierro en la muestra podría presentar un problema.
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 del electrón, por lo que un tubo de 80 kV no puede crear rayos X con una energía superior a 80. keV. Cuando los electrones golpean el objetivo, los rayos X se crean mediante dos procesos atómicos diferentes:
- Emisión característica de rayos X (electroluminiscencia de rayos X): si el electrón tiene suficiente energía, puede expulsar un electrón orbital de la capa interna de electrones del átomo objetivo. Después de eso, los electrones de niveles de energía más altos llenan las vacantes y se emiten fotones de rayos X. Este proceso produce un espectro de emisión de rayos X en unas pocas frecuencias discretas, a veces denominadas líneas espectrales. Por lo general, se trata de transiciones de las capas superiores a la capa K (llamadas líneas K), a la capa L (llamadas líneas L) y así sucesivamente. Si la transición es de 2p a 1s, se llama Kα, mientras que si es de 3p a 1s es Kβ. Las frecuencias de estas líneas dependen del material del objetivo y, por lo tanto, se denominan líneas características. La línea Kα tiene normalmente mayor intensidad que la Kβ y es más deseable en experimentos de difracción. Por lo tanto, la línea Kβ se filtra mediante un filtro. El filtro suele estar hecho de un metal que tiene un protón menos que el material del ánodo (por ejemplo, filtro de Ni para el ánodo de Cu o filtro de Nb para el ánodo de Mo).
- Bremsstrahlung : esta es la radiación emitida por los electrones cuando son dispersados por el fuerte campo eléctrico cerca de losnúcleos dealto Z (número de protones ). Estos rayos X tienen un espectro continuo . La frecuencia de bremsstrahlung está limitada por la energía de los electrones incidentes.
Entonces, la salida resultante de un tubo consiste en un espectro de bremsstrahlung continuo que cae a cero en el voltaje del tubo, más varios picos en las líneas características. Los voltajes utilizados en los tubos de rayos X de diagnóstico varían de aproximadamente 20 kV a 150 kV y, por lo tanto, las energías más altas de los fotones de rayos X varían de aproximadamente 20 keV a 150 keV. [79]
Ambos procesos de producción de rayos X son ineficientes, con solo alrededor del uno por ciento de la energía eléctrica utilizada por el tubo convertida en rayos X y, por lo tanto, la mayor parte de la energía eléctrica consumida por el tubo se libera como calor residual. Cuando se produce un flujo de rayos X utilizable, el tubo de rayos X debe diseñarse para disipar el exceso de calor.
Una fuente especializada de rayos X que se está utilizando ampliamente en la investigación es la radiación de sincrotrón , que es generada por aceleradores de partículas . Sus características únicas son salidas de rayos X muchos órdenes de magnitud mayores que las de los tubos de rayos X, espectros amplios de rayos X, excelente colimación y polarización lineal . [80]
Las ráfagas cortas de nanosegundos de rayos X con un pico de energía de 15 keV se pueden producir de manera confiable despegando la cinta adhesiva sensible a la presión de su respaldo en un vacío moderado. Es probable que esto sea el resultado de la recombinación de cargas eléctricas producidas por la carga triboeléctrica . La intensidad de la triboluminiscencia de rayos X es suficiente para que se utilice como fuente de imágenes de rayos X. [81]
Producción por iones positivos rápidos
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 utiliza ampliamente como procedimiento analítico. Para energías altas, la sección transversal de producción es proporcional a Z 1 2 Z 2 −4 , donde Z 1 se refiere al número atómico del ion, Z 2 se refiere al del átomo objetivo. [82] En la misma referencia se ofrece una descripción general de estas secciones transversales.
Producción en descargas de rayo y laboratorio
Los rayos X también se producen en los relámpagos que acompañan a los destellos de rayos gamma terrestres . El mecanismo subyacente es la aceleración de los electrones en los campos eléctricos relacionados con los rayos y la posterior producción de fotones a través de Bremsstrahlung . [83] Esto produce fotones con energías de unos pocos keV y varias decenas de MeV. [84] En descargas de laboratorio con un tamaño de brecha de aproximadamente 1 metro de longitud y un voltaje pico de 1 MV, se observan rayos X con una energía característica de 160 keV. [85] Una posible explicación es el encuentro de dos serpentinas y la producción de electrones de fuga de alta energía ; [86] sin embargo, las simulaciones microscópicas han demostrado que la duración de la mejora del campo eléctrico entre dos serpentinas es demasiado corta para producir una cantidad significativa de electrones de fuga. [87] Recientemente, se ha propuesto que las perturbaciones del aire en las proximidades de las serpentinas pueden facilitar la producción de electrones de fuga y, por tanto, de rayos X de las descargas. [88] [89]
Detectores
Los detectores de rayos X varían en forma y función según su propósito. Los detectores de imágenes, como los que se utilizan para radiografía, se basaban originalmente en placas fotográficas y luego en películas fotográficas , pero ahora son reemplazados principalmente por varios tipos de detectores digitales , como placas de imágenes y detectores de pantalla plana . Para la protección radiológica, el peligro de exposición directa se evalúa a menudo utilizando cámaras de ionización , mientras que los dosímetros se utilizan para medir la dosis de radiación a la que ha estado expuesta una persona. Los espectros de rayos X se pueden medir mediante espectrómetros de dispersión de energía o de dispersión de longitud de onda . Para aplicaciones de difracción de rayos X , como la cristalografía de rayos X , los detectores de recuento de fotones híbridos se utilizan ampliamente. [90]
Usos médicos
Desde el descubrimiento de Röntgen de que los rayos X pueden identificar estructuras óseas, los rayos X se han utilizado para imágenes médicas . [91] El primer uso médico fue menos de un mes después de su artículo sobre el tema. [29] Hasta 2010, se habían realizado cinco mil millones de exámenes de imágenes médicas en todo el mundo. [92] La exposición a la radiación de imágenes médicas en 2006 representó aproximadamente el 50% de la exposición total a la radiación ionizante en los Estados Unidos. [93]
Radiografías de proyección
La radiografía de proyección es la práctica de producir imágenes bidimensionales utilizando radiación de rayos X. Los huesos contienen una alta concentración de calcio que, debido a su número atómico relativamente alto , absorbe los rayos X de manera eficiente. Esto reduce la cantidad de rayos X que llegan al detector en la sombra de los huesos, haciéndolos claramente visibles en la radiografía. Los pulmones y el gas atrapado también se muestran claramente debido a una menor absorción en comparación con el tejido, mientras que las diferencias entre los tipos de tejido son más difíciles de ver.
Las radiografías de proyección son útiles en la detección de patología del sistema esquelético, así como para detectar algunos procesos patológicos en tejidos blandos . Algunos ejemplos notables son la radiografía de tórax muy común , que puede usarse para identificar enfermedades pulmonares como neumonía , cáncer de pulmón o edema pulmonar , y la radiografía abdominal , que puede detectar obstrucción intestinal (o intestinal) , aire libre. (por perforaciones viscerales) y líquido libre (en ascitis ). Los rayos X también se pueden usar para detectar patologías como cálculos biliares (que rara vez son radiopacos ) o cálculos renales que a menudo (pero no siempre) son visibles. Las radiografías simples tradicionales son menos útiles en la obtención de imágenes de tejidos blandos como el cerebro o los músculos . Un área en la que se utilizan ampliamente las radiografías de proyección es en la evaluación de cómo un implante ortopédico , como un reemplazo de rodilla, cadera u hombro, está situado en el cuerpo con respecto al hueso circundante. Esto se puede evaluar en dos dimensiones a partir de radiografías simples, o se puede evaluar en tres dimensiones si se utiliza una técnica llamada 'registro 2D a 3D'. Esta técnica supuestamente niega los errores de proyección asociados con la evaluación de la posición del implante a partir de radiografías simples. [94] [95]
La radiografía dental se usa comúnmente en el diagnóstico de problemas bucales comunes, como las caries .
En aplicaciones de diagnóstico médico, los rayos X de baja energía (suaves) son indeseables, ya que son totalmente absorbidos por el cuerpo, aumentando la dosis de radiación sin contribuir a la imagen. Por lo tanto, una hoja de metal delgada, a menudo de aluminio , llamada filtro de rayos X , generalmente se coloca sobre la ventana del tubo de rayos X, absorbiendo la parte de baja energía en el espectro. Esto se denomina endurecimiento del haz, ya que desplaza el centro del espectro hacia rayos X de mayor energía (o más duros).
Para generar una imagen del sistema cardiovascular , incluidas las arterias y venas ( angiografía ) se toma una imagen inicial de la región anatómica de interés. Luego se toma una segunda imagen de la misma región después de que se haya inyectado un agente de contraste yodado en los vasos sanguíneos dentro de esta área. Estas dos imágenes luego se restan digitalmente, dejando una imagen de solo el contraste yodado delineando los vasos sanguíneos. El radiólogo o cirujano luego compara la imagen obtenida con imágenes anatómicas normales para determinar si hay algún daño o bloqueo del vaso.
Tomografía computarizada
La tomografía computarizada (tomografía computarizada) es una modalidad de imágenes médicas en la que se obtienen imágenes tomográficas o cortes de áreas específicas del cuerpo a partir de una gran serie de imágenes de rayos X bidimensionales tomadas en diferentes direcciones. [96] Estas imágenes transversales pueden combinarse en una imagen tridimensional del interior del cuerpo y usarse con fines diagnósticos y terapéuticos en diversas disciplinas médicas ...
Fluoroscopia
La fluoroscopia es una técnica de obtención de imágenes comúnmente utilizada por médicos o radioterapeutas para obtener imágenes en movimiento en tiempo real de las estructuras internas de un paciente mediante el uso de un fluoroscopio. En su forma más simple, un fluoroscopio consta de una fuente de rayos X y una pantalla fluorescente, entre las cuales se coloca un paciente. Sin embargo, los fluoroscopios modernos acoplan la pantalla a un intensificador de imágenes de rayos X y una cámara de video CCD , lo que permite que las imágenes se graben y reproduzcan en un monitor. Este método puede utilizar un material de contraste. Los ejemplos incluyen el cateterismo cardíaco (para examinar si hay obstrucciones en las arterias coronarias ) y la deglución de bario (para examinar si hay trastornos del esófago y trastornos de la deglución).
Radioterapia
El uso de rayos X como tratamiento se conoce como radioterapia y se utiliza principalmente para el tratamiento (incluida la paliación ) del cáncer ; requiere dosis de radiación más altas que las que se reciben solo para la obtención de imágenes. Los rayos X se utilizan para tratar cánceres de piel mediante rayos X de menor energía, mientras que los rayos de mayor energía se utilizan para tratar cánceres corporales como el de cerebro, pulmón, próstata y mama. [97] [98]
Efectos adversos
Las radiografías de diagnóstico (principalmente de tomografías computarizadas debido a la gran dosis utilizada) aumentan el riesgo de problemas de desarrollo y cáncer en las personas expuestas. [99] [100] [101] Los rayos X están clasificados como carcinógenos tanto por la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer de la Organización Mundial de la Salud como por el gobierno de los Estados Unidos. [92] [102] Se estima que 0,4% de los cánceres actuales en los Estados Unidos se deben a tomografías computarizadas (TC) realizadas en el pasado y que esto puede aumentar hasta 1,5 a 2% con las tasas de TC de 2007 uso. [103]
Los datos experimentales y epidemiológicos actualmente no respaldan la propuesta de que existe un umbral de dosis de radiación por debajo del cual no existe un mayor riesgo de cáncer. [104] Sin embargo, esto es cada vez más dudoso. [105] Se estima que la radiación adicional de los rayos X de diagnóstico aumentará el riesgo acumulativo promedio de una persona de contraer cáncer a los 75 años en un 0,6% a 3,0%. [106] La cantidad de radiación absorbida depende del tipo de prueba de rayos X y de la parte del cuerpo involucrada. [107] La tomografía computarizada y la fluoroscopia implican dosis más altas de radiación que las radiografías simples.
Para poner en perspectiva el aumento del riesgo, una radiografía simple de tórax expondrá a una persona a la misma cantidad de radiación de fondo a la que están expuestas (según la ubicación) todos los días durante 10 días, mientras que la exposición de una radiografía dental es aproximadamente equivalente a 1 día de radiación ambiental de fondo. [108] Cada uno de estos rayos X agregaría menos de 1 por cada 1,000,000 al riesgo de cáncer de por vida. Una tomografía computarizada de abdomen o tórax equivaldría a 2-3 años de radiación de fondo en todo el cuerpo, o de 4 a 5 años en el abdomen o el tórax, lo que aumentaría el riesgo de cáncer de por vida entre 1 de cada 1.000 a 1 de cada 10.000. [108] Esto se compara con aproximadamente el 40% de probabilidades de que un ciudadano estadounidense desarrolle cáncer durante su vida. [109] Por ejemplo, la dosis efectiva para el torso de una tomografía computarizada del tórax es de aproximadamente 5 mSv y la dosis absorbida es de aproximadamente 14 mGy. [110] Una tomografía computarizada de la cabeza (1,5 mSv, 64 mGy) [111] que se realiza una vez con y una vez sin agente de contraste, equivaldría a 40 años de radiación de fondo en la cabeza. La estimación precisa de las dosis efectivas debidas a la TC es difícil con un rango de incertidumbre de estimación de aproximadamente ± 19% a ± 32% para gammagrafías de la cabeza de adultos, según el método utilizado. [112]
El riesgo de radiación es mayor para un feto, por lo que en pacientes embarazadas, los beneficios de la investigación (rayos X) deben sopesarse con los peligros potenciales para el feto. [113] [114] En los EE. UU., Se calcula que se realizan anualmente 62 millones de tomografías computarizadas, incluidas más de 4 millones en niños. [107] Evitar radiografías innecesarias (especialmente tomografías computarizadas) reduce la dosis de radiación y cualquier riesgo de cáncer asociado. [115]
Los rayos X médicos son una fuente importante de exposición a la radiación provocada por el hombre. En 1987, representaron el 58% de la exposición de fuentes artificiales en los Estados Unidos . Dado que las fuentes artificiales representaron solo el 18% de la exposición total a la radiación, la mayoría de las cuales provino de fuentes naturales (82%), los rayos X médicos solo representaron el 10% de la exposición total a la radiación estadounidense; los procedimientos médicos en su conjunto (incluida la medicina nuclear ) representaron el 14% de la exposición total a la radiación. En 2006, sin embargo, los procedimientos médicos en los Estados Unidos estaban contribuyendo con mucha más radiación ionizante que a principios de la década de 1980. En 2006, la exposición médica constituyó casi la mitad de la exposición total a la radiación de la población estadounidense de todas las fuentes. El aumento se debe al aumento del uso de procedimientos de imágenes médicas, en particular la tomografía computarizada (TC), y al aumento del uso de la medicina nuclear. [93] [116]
La dosis debida a las radiografías dentales varía significativamente según el procedimiento y la tecnología (película o digital). Dependiendo del procedimiento y la tecnología, una sola radiografía dental de un humano da como resultado una exposición de 0.5 a 4 mrem. Una serie de radiografías de la boca completa puede resultar en una exposición de hasta 6 (digital) a 18 (película) mrem, para un promedio anual de hasta 40 mrem. [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123]
Se ha demostrado que los incentivos económicos tienen un impacto significativo en el uso de rayos X y los médicos reciben una tarifa separada por cada radiografía que proporciona más rayos X. [124]
La tomografía de fotones temprana o EPT [125] (a partir de 2015) junto con otras técnicas [126] se están investigando como posibles alternativas a los rayos X para aplicaciones de imágenes.
Otros usos
Otros usos notables de los rayos X incluyen:
- Cristalografía de rayos X en la que se registra el patrón producido por la difracción de rayos X a través de la red de átomos poco espaciados en un cristal y luego se analiza para revelar la naturaleza de esa red. Rosalind Franklin utilizó una técnica relacionada, la difracción de fibras , para descubrir la estructura de doble hélice del ADN . [127]
- Astronomía de rayos X , que es una rama de observación de la astronomía , que se ocupa del estudio de la emisión de rayos X de los objetos celestes.
- Análisis microscópico de rayos X , que utiliza radiación electromagnética en la banda de rayos X suave para producir imágenes de objetos muy pequeños.
- Fluorescencia de rayos X , una técnica en la que los rayos X se generan dentro de una muestra y se detectan. La energía de salida de los rayos X se puede utilizar para identificar la composición de la muestra.
- La radiografía industrial utiliza rayos X para la inspección de piezas industriales, particularmente soldaduras .
- Radiografía de objetos culturales , la mayoría de las veces radiografías de pinturas para revelar dibujos subyacentes , alteraciones de pentimenti en el curso de la pintura o por restauradores posteriores y, a veces, pinturas anteriores en el soporte. Muchos pigmentos , como el blanco de plomo, se ven bien en las radiografías.
- La espectromicroscopía de rayos X se ha utilizado para analizar las reacciones de los pigmentos en pinturas. Por ejemplo, al analizar la degradación del color en las pinturas de Van Gogh . [128]
- Autenticación y control de calidad de artículos empaquetados.
- CT industrial (tomografía computarizada), un proceso que utiliza equipos de rayos X para producir representaciones tridimensionales de componentes tanto externa como internamente. Esto se logra mediante el procesamiento por computadora de imágenes de proyección del objeto escaneado en muchas direcciones.
- Los escáneres de equipaje de seguridad de los aeropuertos utilizan rayos X para inspeccionar el interior del equipaje en busca de amenazas a la seguridad antes de cargarlo en el avión.
- Los escáneres de camiones de control fronterizo y los departamentos de policía nacionales utilizan rayos X para inspeccionar el interior de los camiones.
- Arte de rayos X y fotografía de bellas artes , uso artístico de rayos X, por ejemplo, las obras de Stane Jagodič
- La depilación por rayos X , un método popular en la década de 1920 pero ahora prohibido por la FDA. [130]
- Los fluoroscopios para calzar zapatos se popularizaron en la década de 1920, se prohibieron en los EE. UU. En la de 1960, en el Reino Unido en la de 1970 y más tarde en la Europa continental.
- La estereofotogrametría de Roentgen se utiliza para rastrear el movimiento de los huesos basándose en la implantación de marcadores.
- La espectroscopia de fotoelectrones de rayos X es una técnica de análisis químico que se basa en el efecto fotoeléctrico , generalmente empleada en la ciencia de superficies .
- La implosión por radiación es el uso de rayos X de alta energía generados a partir de una explosión de fisión (una bomba A ) para comprimir el combustible nuclear hasta el punto de ignición por fusión (una bomba H ).
Visibilidad
Aunque generalmente se considera invisible para el ojo humano, en circunstancias especiales los rayos X pueden ser visibles. Brandes, en un experimento poco tiempo después del artículo histórico de 1895 de Röntgen , informó que después de la adaptación a la oscuridad y colocando su ojo cerca de un tubo de rayos X, vio un tenue resplandor "azul grisáceo" que parecía originarse dentro del ojo mismo. [131] Al escuchar esto, Röntgen revisó sus libros de registro y descubrió que él también había visto el efecto. Al colocar un tubo de rayos X en el lado opuesto de una puerta de madera, Röntgen notó el mismo resplandor azul, que parecía emanar del ojo mismo, pero pensó que sus observaciones eran falsas porque solo vio el efecto cuando usó un tipo de tubo. Más tarde se dio cuenta de que el tubo que había creado el efecto era el único lo suficientemente poderoso como para hacer que el resplandor fuera claramente visible y, a partir de entonces, el experimento era fácilmente repetible. El conocimiento de que los rayos X son en realidad apenas visibles para el ojo desnudo adaptado a la oscuridad se ha olvidado en gran medida hoy; esto probablemente se deba al deseo de no repetir lo que ahora se consideraría un experimento temerariamente peligroso y potencialmente dañino con la radiación ionizante . No se sabe qué mecanismo exacto en el ojo produce la visibilidad: podría deberse a la detección convencional (excitación de las moléculas de rodopsina en la retina), excitación directa de las células nerviosas de la retina o detección secundaria mediante, por ejemplo, inducción de rayos X de fosforescencia en el globo ocular con detección retiniana convencional de la luz visible producida secundariamente.
Aunque los rayos X son invisibles de otra manera, es posible ver la ionización de las moléculas de aire si la intensidad del haz de rayos X es lo suficientemente alta. La línea de luz del wiggler en el ID11 en la Instalación de Radiación Sincrotrón Europea es un ejemplo de tan alta intensidad. [132]
Unidades de medida y exposición
La medida de la capacidad ionizante de los rayos X se llama exposición:
- El culombio por kilogramo (C / kg) es la unidad SI de exposición a la radiación ionizante , y es la cantidad de radiación requerida para crear un culombio de carga de cada polaridad en un kilogramo de materia.
- El roentgen (R) es una unidad de exposición tradicional obsoleta, que representaba la cantidad de radiación requerida para crear una unidad electrostática de carga de cada polaridad en un centímetro cúbico de aire seco. 1 roentgen =2,58 × 10 −4 C / kg .
Sin embargo, el efecto de la radiación ionizante sobre la materia (especialmente los tejidos vivos) está más estrechamente relacionado con la cantidad de energía depositada en ellos que con la carga generada. Esta medida de energía absorbida se llama dosis absorbida :
- El gris (Gy), que tiene unidades de (julios / kilogramo), es la unidad SI de dosis absorbida y es la cantidad de radiación requerida para depositar un julio de energía en un kilogramo de cualquier tipo de materia.
- El rad es la unidad tradicional correspondiente (obsoleta), igual a 10 milijulios de energía depositada por kilogramo. 100 rad = 1 gris.
La dosis equivalente es la medida del efecto biológico de la radiación en el tejido humano. Para radiografías es igual a la dosis absorbida .
- El hombre equivalente de Roentgen (rem) es la unidad tradicional de dosis equivalente. Para los rayos X es igual al rad , es decir, 10 milijulios de energía depositados por kilogramo. 100 rem = 1 Sv.
- El sievert (Sv) es la unidad SI de dosis equivalente y también de dosis efectiva . Para los rayos X, la "dosis equivalente" es numéricamente igual a un Gray (Gy). 1 Sv = 1 Gy. Para la "dosis efectiva" de rayos X, generalmente no es igual al Gray (Gy).
Cantidad | Unidad | Símbolo | Derivación | Año | Equivalencia SI |
---|---|---|---|---|---|
Actividad ( A ) | becquerel | Bq | s −1 | 1974 | Unidad SI |
curie | Ci | 3,7 × 10 10 s −1 | 1953 | 3,7 × 10 10 Bq | |
rutherford | Rd | 10 6 s −1 | 1946 | 1.000.000 Bq | |
Exposición ( X ) | culombio por kilogramo | C / kg | C⋅kg −1 de aire | 1974 | Unidad SI |
Röntgen | R | esu / 0.001293 g de aire | 1928 | 2,58 × 10 −4 C / kg | |
Dosis absorbida ( D ) | gris | Gy | J ⋅kg −1 | 1974 | Unidad SI |
ergio por gramo | ergio / g | erg⋅g −1 | 1950 | 1,0 × 10 −4 Gy | |
rad | rad | 100 ergg −1 | 1953 | 0,010 Gy | |
Dosis equivalente ( H ) | sievert | SV | J⋅kg −1 × W R | 1977 | Unidad SI |
hombre equivalente de röntgen | movimiento rápido del ojo | 100 erg⋅g −1 x W R | 1971 | 0,010 Sv | |
Dosis efectiva ( E ) | sievert | SV | J⋅kg −1 × W R × W T | 1977 | Unidad SI |
hombre equivalente de röntgen | movimiento rápido del ojo | 100 erg⋅g −1 × W R × W T | 1971 | 0,010 Sv |
Ver también
- Rayos X de retrodispersión
- Eficiencia cuántica detective
- Rayos X de alta energía
- Película de rayos X de Macintyre - película de radiografía documental de 1896
- Rayo n
- Radiación de neutrones
- NuSTAR
- Radiógrafo
- Reflexión (física)
- Dispersión de rayos X inelástica resonante (RIXS)
- Dispersión de rayos X de ángulo pequeño (SAXS)
- Los rayos X - cortometraje británico de comedia muda de 1897
- Espectroscopía de absorción de rayos X
- Marcador de rayos x
- Nanosonda de rayos X
- Reflectividad de rayos X
- Visión de rayos X
- Soldadura por rayos X
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enlaces externos
- Tubos de rayos X históricos
- Artículo de 1895 de Röntgen, en línea y analizado en BibNum [haga clic en 'à télécharger' para un análisis en inglés]
- Ejemplo de radiografía: húmero fracturado
- Una fotografía de una máquina de rayos X
- Seguridad de rayos X
- Una demostración de un tubo de rayos X (animación)
- Artículo de 1896: "Sobre un nuevo tipo de rayos"
- "Proyecto de tecnologías de rayos X digitales"
- ¿Qué es la Radiología? un sencillo tutorial
- 50.000 imágenes de rayos X, resonancia magnética y tomografía computarizada Base de datos de imágenes médicas MedPix
- Índice de artículos de Early Bremsstrahlung
- Extraordinary X-Rays Archivado el 27 de junio de 2010 en la Wayback Machine - presentación de diapositivas de Life
- Rayos X y cristales