Dr.Erwin Haya

RADIACIN ELECTROMAGNTICA Se trata de Energa pura que se propaga por el espacio sinnecesidad de un medio material.La radiacin electromagntica puede representarse por unaonda electromagntica, constituida por un campo elctricoalternante perpendicular a la direccin de propagacin del haz,asociado a dicho campo se propaga un campo magnticovariable perpendicular al campo elctrico.Los rayos X son radiaciones electromagnticas de altafrecuencia y alta energa (mayor a 1 Kev).La velocidad de la radiacin en el vaco (c) es INVARIANTE, eigual a c = 3.00 x 1010 cm s-1

BCampo magntico Campo elctrico E

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El espectro electromagnticoEl espectro electromagntico es el conjunto de la radiacinelectromagntica de todas las longitudes de onda.

Las ondas electromagnticas se clasifican segn su frecuencia,formando el espectro electromagntico

Cuanto mayor es la longitud de onda menor es la frecuencia, yCuanto mayor es la frecuencia de la onda mayor es su energa.

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Radiacin electromagntica de muy alta frecuenciaproducida por el frenado de electrones de elevada energa(espectro continuo) o transiciones electrnicas deelectrones que se encuentran en los orbitales internos delos tomos (espectro de lneas). Los rayos X son invisibles a

nuestros ojos, pero producenimgenes visibles cuandousamos placas fotogrficas odetectores especiales paraello.

Los rayos X constituyen unaherramienta fundamental en eldiagnstico clnico, lateraputica y la determinacinde estructuras moleculares.

RAYOS X

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Tipos de rayos X Los rayos de mayor longitud de onda, cercanos a la banda

ultravioleta del espectro electromagntico, se conocencomo rayos X blandos.

Los rayos de menor longitud de onda, que estn msprximos a la zona de rayos gamma, se denominanrayos X duros.

Los rayos X formados por una mezcla de muchaslongitudes de onda diferentes se conocen comorayos X blancos, Regin del espectro Intervalo de frecuencias (Hz)

Luz visible 4.61014-7.51014Ultravioleta 7.51014-6.01016Rayos X 6.01016-1.01020Radiacin gamma 1.01020-.

PROPIEDADES DE LOS RAYOS X Capacidad para causar fluorescencia en ciertas substancias. Son capaces de atravesar el cuerpo humano de manera diferencial

segn la densidad del medio. Capacidad de los Rayos X para formar una imagen latente en la

emulsin de la pelcula. Los rayos X tienen efectos biolgicos que se utilizan en

radioterapia. Pueden causar cambios biolgicos en las clulas vivas. Son invisibles y no se pueden detectar con ninguno de los sentidos Los rayos X no tienen carga ni masa ni peso. Viajan a la velocidad luz. (300,000 km/seg) en lneas rectas y se

pueden desviar o dispersar. Viajan en ondas y tienen longitudes de onda corta con una

frecuencia alta. Generan radiacin secundaria . Ionizan la materia

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RADIACIONES IONIZANTES Se dice que una radiacin, tanto de partculas como de ondas

electromagnticas, es ionizante si la energa de las partculasque la constituyen es lo suficientemente alta como para poderarrancar electrones de los tomos o molculas con los quechocan.

Si las partculas que constituyen una determinada radiacinionizante estn cargadas, decimos que se trata de radiacindirectamente ionizante. Ejm rayos alfa, beta positivo y betanegativo, protones y deuterones.

Si no estn cargadas, decimos que es radiacin indirectamenteionizante. Ejm los rayos X, rayos gama y neutrones.

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EFECTOS DE LAS RADIACIONESELECTROMAGNTICAS.

Los fotones de alta frecuencia poseen energa suficiente para producirtransiciones electrnicas que alteran la actividad qumica de lasmolculas.

Los rayos X y los gamma son especialmente nocivos durante el embarazo. Una gran parte de las malformaciones congnitas se deben a las

transmutaciones producidas por las radiaciones tanto naturales comoartificiales.

Las sobredosis de radiacin tambin producen esterilidad. Una de las consecuencias ms graves de la radiacin dura es la leucemia. Los efectos perniciosos de la radiacin tambin son indirectos, a travs

del agua de los materiales biolgicos. La ionizacin de las molculas deagua produce radicales libres O OH, altamente reactivos. Dos radicalesOH pueden unirse y formar H2O2, que ataca a las molculas complejas delos ncleos de las clulas.

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Generacin de Rx, tubo de Coolidge

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Para generar rayos X consiste en la aceleracin deelectrones a altas velocidades, que al chocar con un blancoson fuertemente frenados y emiten parte de la energa quepierden en forma de rayos X.

La mayor parte de dicha energa se disipa en forma decalor, ya que los tomos del blanco vibran fuertemente comoconsecuencia del choque, y una pequea parte, del orden del1 %, es emitida en forma de rayos X.

Generacin de Rx

.f iE E h f .E q V . .q V h f

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Ncleo deTungsteno

Fotn X

Rayos X

Anodo (+)

Ctodo (-)

Electrn

Formacin de Rayos X en el tubo Coolidge

RAYOS X DE FRENADOSe originan al interactuar electrones muy veloces con los

ncleos atmicos de la materia.La energa de los fotones emitidos tiene valores

comprendidos entre 0 y la energa cintica original delelectrn, predominando los de menor energa.

La curva continua del espectro corresponde a la radiacin de frenado Bremsstrahlung que est causada por la desaceleracin queexperimentan los electrones debido al campo elctrico de los ncleosatmicos del.

Los picos del espectro se producen cuando un electrn inciden te chocacon un electrn de las capas internas de un tomo del blanco y lo ioniza; elhueco creado es ocupado por otro electrn de un nivel de ms energa conla consiguiente emisin de un fotn de rayos X.

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"brehmstrahlung" (radiacin de frenado). Cuandoun electrn de alta energa pasa cerca del ncleose desvia debido a la interaccinelectromagntica. Como consecuencia de esteproceso de desvo, el electrn pierde energa enforma de un fotn X, cuya energa (longitud deonda) puede tomar cualquier valor (hasta el valorque llevaba el electrn incidente).

Un electrn de alta energa puede producir la salidade un electrn cercano al ncleo. La vacante asproducida se rellena por el salto de otro electrn deuna capa superior, con mayor energa. Esa diferenciade energa entre niveles (caracterstica del tomo) setransforma en radiacin X caracterstica, con unalongitud de onda (energa) determinada.

De acuerdo con la relacin de Planck, la frecuencia delfotn es proporcional a la diferencia energtica, entrelos dos niveles electrnicos involucrados:

La intensidad de la radiacin es proporcional al nmero deelectrones emitidos por el filamento por unidad de tiempo, que esfuncin de la temperatura del filamento nicamente. Esta dependede la intensidad de corriente que atraviesa el filamento, enconsecuencia este es el parmetro que controla la intensidad de laradiacin.

f iE E h

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Mecanismos de interaccin de losfotones X con tomos

Excitacin

IonizacinEfecto fotoelctrico

Efecto Compton

Formacin de pares

la ionizacin trata solo de electrones, cuando un tomorecibe un aporte energtico que produce una separacincompleta del electrn de su tomo.Esta energa es suficiente para sobrepasar la fuerzaelectrosttica que une el electrn al ncleo.

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Cuando un tomo recibe suficiente energa, un electrn orbitalabsorbe un fotn y pasa a un nivel energtico superior o pasan deuna capa interna a una capa ms externa, ocupando estados demayor energa.La luz y la radiacin UV pueden excitar electrones perifricos y laradiacin X y , electrones internos.

EXCITACION

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EFECTO FOTOELECTRICOLa energa del fotn X o gamma es completamente transferida a un electrnorbital que es expulsado del tomo. El fotn incidente desaparece despus dela colisin.

ionizacin

El efecto fotoelctrico ocurre cuando la energa del fotn es baja (menora 500 Kev) y con mayor probabilidad en medios de alto Z.

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EFECTO COMPTONLos fotones X o gamma pueden ceder parte de la energa a un electrn orbitalque ser expulsado del tomo, generndose un fotn remanente de menorenerga que es liberado en una nueva direccin.

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FORMACION DE PARESFotones con energa mayor a 1.02 MeV pueden interactuar con el ncleoformando un par electrn-positrn. Un exceso de energa se tranfiere en formaequivalente a ambas partculas las cuales pueden producir ionizacin adicionalen el material.

El positrn puede ser capturado por otro electrn ocurriendo el fenmeno deaniquilacin y generando como consecuencia dos fotones de 0.51 MeV (radiacin deaniquilacin). Esos fotones podrn perder su energa por Efecto Compton o fotoelctrico.

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ABSORCIN POR LA MATERIACuando los rayos X atraviesan un material su intensidaddisminuye con la distancia debido en parte a ladispersin de la onda y en parte a la absorcin de lamisma por el material. Se dice que la onda se atena.

0. xxI I e

0

d i s t a n c i a

I I n t e n s i d a d i n i c i a lc o e f i c i e n t e d e a t e n u a c i o n

x d e p e n e t r a c i o n

SEMIESPESOR

X1/2 = ln 2/ 0 1 2 3 4 5 6 7 80.00

0.25

0.50

0.75

1.00

tiempo (t1/2)

Activ

idad

Inten

sidad

(I)

Espesor (x)

Semiespesor (x1/2)

Es el espesor de material absorbente que reduce la intensidad de laradiacin incidente a la mitad.

Si I = I0 / 2,x = ln 2 /

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Los usos clnicos de los rayos X dependen del parmetroalfa (), que es funcin de los distintos mecanismos deatenuacin.

Se puede aumentar la absorcin de determinados rganosmediante la inyeccin en ellos de sustancias con altocoeficiente de atenuacin, como las sales de bario o loscompuestos de jodo.

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MAGNITUDES Y UNIDADES

Magnitud DefinicinUnidad

Sistema Internacional Otros

ActividadN de

desintegraciones porunidad de tiempo

1 Becquerelio = 1 Bq =1 d.p.s(desintegracin

por segundo)1 Curio = 1 Ci = 3.7 1010 Bq

ExposicinCarga total dee ionesliberada por unidadde masa de aire

(vlido en aire seco)1 Culombio/kilogramo

= 1 C/kg1 Roentgen = 1 R = 2.58 10-4

C/kg

Tasa deexposicin

Exposicin porunidad de tiempo 1 C/kg s 1 R/s, 1 R/h

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Magnitud DefinicinUnidad

Sistema Internacional Otros

Dosis absorvidaEnerga depositada por

unidad de masa de material(Anloga a la exposicinpero para materiales)

1 Gray = 1 Gy = 1 J/kg1 rad = 100ergios/gramo1Gy = 100 rad

Tasa de dosisabsorvida

Dosis aabsorvida porunidad de tiempo 1 Gy/s rad/h, rad/min

Dosis equivalente

La dosis absorvida produceefectos distintos segn el

tipo de radiacin, por eso sedefine la dosis equivalenteque es independiente de laradiacin que la haya

producido.

1 Sievert = 1 Sv 1 rem , 1Sv = 100 rem

Dosis efectivaSuma ponderada de lasdosis equivalentes en los

distintos rganos1 Sievert = 1 Sv 1 rem 1 Sv = 100 rem

MAGNITUDES Y UNIDADES

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1. La frecuencia mxima de un espectro de rayos X es de5x1020Hz.que diferencia de potencial se necesita paraproducir dicho espectro? Cul es la longitud de ondamnima del espectro?2. Deseamos obtener rayos x con una longitud de onda de2 Cul habr de ser la energa de cada fotn Cules la diferencia de potencial mnima con la que hemosde acelerar electrones para producir dichos rayos X?3. Se desea que el 99 % de la radiacin electromagnticaque incide sobre la piel haya sido absorbida despus depenetrar 1 cm Cul debe ser el coeficiente deabsorcin lineal para la radiacin usada.?

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Slide10Slide42Slide43Slide11Tipos de rayos XPROPIEDADES DE LOS RAYOS X RADIACIONES IONIZANTESSlide17EFECTOS DE LAS RADIACIONES ELECTROMAGNTICAS.Slide18Generacin de RxSlide40RAYOS X DE FRENADOSlide20Slide21Slide22Slide23Slide24Slide25Slide26Slide27Slide41ABSORCIN POR LA MATERIASEMIESPESOR Slide30MAGNITUDES Y UNIDADESMAGNITUDES Y UNIDADESSlide38