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7/30/2019 Fisica Rayos x (1)
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PAUL RICARDO ARAUJO PEREZ
MEDICO RADIOLOGO
FISICA DE LOS RAYOS X
7/30/2019 Fisica Rayos x (1)
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El nombre tomo proviene del latnatomum, y este del griego, sin partes; tambin, sederiva de a (no) y tomo(divisible); no divisible.
El concepto de tomo como bloquebsico e indivisible que compone lamateria del universo fue postulado porla escuela atomista en la AntiguaGrecia.
Sin embargo, su existencia no queddemostrada hasta el siglo XIX. Con el
desarrollo de la fsica nuclear en elsiglo XX se comprob que el tomopuede subdividirse en partculas mspequeas
EL ATOMO
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Para trminos prcticos de
radiodiagnstico medico se utiliza el
modelo atmico de Bhor.
Esta constituido por partculas
fundamentales
Electrn, carga (-), masa (0)
Protn, carga (+), masa (1)
Neutrn, Carga( ), masa (1)
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Bhor en su teora indico que cada
electrn giraba en una determinada
capa (K, L, M, N, O, P, Q). En orden
de menor a mayor distancia del
ncleo.
Cada nivel de localizacion, no soloindica la distancia del electron al
nucleo sino tambien la energia relativa
que lo mantiene unida.
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Cada orbita tiene un nivel
energtico, los niveles mas
cercanos al ncleo son de menor
energa.
Sin embargo cuando el electrnesta mas cerca del ncleo se
necesita mayor energa para
desprenderlo. (energa de enlace
o energa de ligadura).
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Propagacin de energa a travs del espacio sin necesidad de
ningn medio, por tanto es una transmisin desde el medio
que la produce hasta el medio que la recibe.
Es un fenmeno de naturaleza ondulatoria. Puede considerarse de doble naturaleza, campo elctrico y
campo magntico.
El comportamiento de las radiaciones electromagnticas
depende de su longitud de onda.
Cuando la radiacin electromagntica interacta con tomos y
molculas puntuales, su comportamiento tambin depende de
la cantidad de energa que lleve
RADIACION ELECTROMAGNETICA
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Banda Longitud de onda (metros) Frecuencia (Herzios) Energa (Julios)
Rayos gamma 10 picmetros = 10 * 10-12 m 30,0 ExaHz = 30 * 10 18 Hz 20 * 10 -15 J
Rayos X 10 nanmetros = 10 * 10-9 m 30,0 PetaHz = 30 * 1015 Hz 20 * 10 -18 J
Ultravioleta extremo 200 nanmetros= 200 * 10-9 m 1,5 PetaHz = 1,5 * 1015 Hz 993 * 10 -21 J
Ultravioleta cercano 380 nanmetros = 380 * 10-9 m 789 TeraHz = 789 * 1012 Hz 523 * 10 -21 J
Luz visible 780 nanmetros = 780 * 10-9 m 384 TeraHz = 789 * 1012 Hz 255 * 10 -21 J
Infrarrojo cercano 2,5 micrmetros = 2,5 * 10-9 m 120 TeraHz = 789 * 1012 Hz 79 * 10 -21 J
Infrarrojo medio 50 micrmetros = 50 * 10-9 m 6,0 TeraHz = 789 * 1012 Hz 4 * 10 -21 J
Infrarrojo lejano 1 milmetro 300 GigaHz = 300 * 109 Hz 200 * 10 -24 J
Microondas 30 cm 1 GigaHz = 1 * 109 Hz 2 * 10 -24 J
Ultra alta frecuencia 1 metro 300 MegaHz = 300 * 106 Hz 19,8 * 10 -26 J
Muy alta frecuencia de radio 10 metros 30 MegaHz = 300 * 106 Hz 19,8 * 10 -28 J
Onda corta de radio 180 metros 1,7 MegaHz = 300 * 106 Hz 11,22 * 10 -28 J
Onda media de radio 650 metros 650 KiloHz 42,9 * 10 -29 J
Onda larga de radio 10 kilmetros 30 KiloHz 19,8 * 10 -30 J
Muy baja frecuencia de radio 10 kilmetros 30 KiloHz 19,8 * 10 -30 J
RADIACION ELECTROMAGNETICA
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EXITACION
Se colisiona con otro tomo opartcula de modo que parte de laenerga cintica de las partculascolisionantes sea absorbida por eltomo.
El tomo absorbe un fotn, cuyaenerga es exactamente la quenecesita uno de sus electrones parasaltar a un nivel energtico maselevado.
Los tomos excitados tienden a
desexcitarse liberando energamediante un fotn de energaelectromagntica.
IONIZACION
Cuando a un electrn orbital se le
suministra energa
suficientemente elevada puede
ocasionar su separacin
completa que dar lugar a laformacin de un par de iones,
uno positivo y otro negativo.
Este fenmeno es tan importante
que da nombre a las radiaciones
que lo condicionan que explica el
efecto lesivo de las radiaciones.
FORMACION DE LOS RAYOS X
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Hay dos tipos de procesos atmicosque pueden producir fotones de rayosX
K-Shell
Un electrn de alta energa puede
producir la salida de un electrncercano al ncleo. La vacante asproducida se rellena por el saltode otro electrn de una capasuperior, con mayor energa. Esadiferencia de energa entreniveles (caracterstica del tomo)
se transforma en radiacin xcaracterstica que dependeexclusivamente de la estructurade los tomos del blanco
FORMACION DE LOS RAYOS X
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Bremsstrahlung
Cuando un electrn de altaenerga pasa cerca del ncleo sedesva debido a la interaccinelectromagntica. Comoconsecuencia de este proceso de
desvo, el electrn pierde energaen forma de un fotn x, cuyaenerga (longitud de onda) puedetomar cualquier valor (hasta elvalor que llevaba el electrnincidente). Este tipo de rayos x sedenomina radiacin de frenado oBrehmstrahlung y esindependiente de la naturalezadel blanco.
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Un acelerador de electrones
dentro del tubo dispara
electrones de alta energa en un
blanco metlico hecho de
tomos pesados, tales como el
tungsteno. Los rayos x salen
debido a un proceso atmico
inducido por los electrones
energticos que inciden en el
blanco
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Toda la energa del impacto de los
electrones se invierte en calentar el
tungsteno (aproximadamente solo un
1% de la energa del haz emitido se
transforma en energa de rayos x). El
tungsteno es usado porque este
puede resistir este bombardeo por
tener un alto punto de fusin y puede
irradiar el calor muy bien.
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Puede ser que atraviese el paciente
sin ceder energa ni condicionar
ningn cambio.
Puede colisionar con algunos
electrones corticales de los tomos
del paciente cediendole toda o parte
de su energia, pudiendo ocasionar dos
efectos
Efecto fotoelectrico
Efecto Compton.
EFECTOS BIOLOGICOS DE LOS RAYOS X
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Es una interaccin con
electrones poco ligados.
Se cede mas energa que
la necesaria para modificarlos niveles de energa de
los electrones.
Se produce arrancamiento
de los electronescondicionando excitacin y
ionizacin.
El fotn no absorbidopuede cambiar de direccincondicionando radiacindispersa.
Se produce mltiplesionizaciones de los tomosdel paciente que son labase de las teoras queexplican los efectos
biolgicos de lasradiaciones.
EFECTO COMPTON
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PROPIEDADES DE LOS RAYOS X
1. Poder de penetracin: los rayos X tienen la capacidad de penetrar en la
materia.
2. Efecto luminiscente: los rayos X tienen la capacidad de que al incidir
sobre ciertas sustancias, stas emitan luz.
3. Efecto fotogrfico: los rayos X tienen la capacidad de producir elennegrecimiento de las emulsiones fotogrficas, una vez reveladas y fijadas
stas. Esta es la base de la imagen radiolgica
4. Efecto ionizante: los rayos X tienen la capacidad de ionizar los gases
(Ionizacin: accin de eliminar o aadir electrones).
5. Efecto biolgico: son los efectos ms importantes para el hombre, y se
estudian desde el aspecto beneficioso para el ser humano en la
Radioterapia, y desde el negativo, intentando conocer sus efectos
perjudiciales, en la Proteccin Radiolgica.