Radiación de rayos X. Radiación característica de rayos X: descripción, acción, características.

RADIACION DE RAYOS X
Radiación invisible capaz de penetrar, aunque en diversos grados, en todas las sustancias. Es una radiación electromagnética con una longitud de onda del orden de 10-8 cm. Como la luz visible, la radiación de rayos X provoca el ennegrecimiento de la película fotográfica. Esta propiedad es importante para la medicina, la industria y la investigación científica. Al pasar a través del objeto en estudio y luego caer sobre la película fotográfica, la radiación de rayos X representa su estructura interna en él. Dado que el poder de penetración de la radiación de rayos X es diferente para diferentes materiales, las partes del objeto que son menos transparentes dan áreas más claras en la fotografía que aquellas a través de las cuales la radiación penetra bien. Por lo tanto, el tejido óseo es menos transparente a los rayos X que el tejido que forma la piel y los órganos internos. Por lo tanto, en la radiografía, los huesos se indicarán como áreas más claras y el sitio de la fractura, que es más transparente para la radiación, se puede detectar con bastante facilidad. Los rayos X también se utilizan en odontología para detectar caries y abscesos en las raíces de los dientes, y en la industria para detectar grietas en molduras, plásticos y gomas. Los rayos X se utilizan en química para analizar compuestos y en física para estudiar la estructura de los cristales. Un haz de rayos X que atraviesa un compuesto químico provoca una radiación secundaria característica, cuyo análisis espectroscópico permite al químico determinar la composición del compuesto. Al caer sobre una sustancia cristalina, el haz de rayos X es dispersado por los átomos del cristal, dando un patrón claro y correcto de manchas y rayas en la placa fotográfica, lo que permite establecer la estructura interna del cristal. El uso de rayos X en el tratamiento del cáncer se basa en el hecho de que destruye las células cancerosas. Sin embargo, también puede tener efectos indeseables en las células normales. Por lo tanto, se debe tener mucho cuidado al usar rayos X de esta manera. Los rayos X fueron descubiertos por el físico alemán W. Roentgen (1845-1923). Su nombre está inmortalizado en algunos otros términos físicos asociados con esta radiación: los rayos X son la unidad internacional de dosis de radiación ionizante; una imagen tomada en una máquina de rayos X se llama radiografía; el campo de la medicina radiológica, que utiliza rayos X para diagnosticar y tratar enfermedades, se llama radiología. Roentgen descubrió la radiación en 1895 cuando era profesor de física en la Universidad de Würzburg. Mientras experimentaba con rayos catódicos (corrientes de electrones en los tubos de descarga), notó que una pantalla ubicada cerca del tubo de vacío, cubierta con cianoplatinita de bario cristalino, brilla intensamente, aunque el tubo en sí está cubierto con cartón negro. Además, Roentgen descubrió que la capacidad de penetración de los rayos desconocidos que descubrió, a los que llamó rayos X, depende de la composición del material absorbente. También obtuvo una imagen de los huesos de su propia mano, colocándola entre un tubo de descarga con rayos catódicos y una pantalla recubierta con cianoplatinita de bario. El descubrimiento de Roentgen fue seguido por experimentos de otros investigadores que descubrieron muchas propiedades y aplicaciones nuevas de esta radiación. M. Laue, W. Friedrich y P. Knipping hicieron una gran contribución, quienes demostraron en 1912 la difracción de la radiación de rayos X cuando atraviesa un cristal; W. Coolidge, quien en 1913 inventó el tubo de rayos X de alto vacío con un cátodo calentado; G. Moseley, quien estableció en 1913 la relación entre la longitud de onda de la radiación y el número atómico de un elemento; G. y L. Braggi, quienes recibieron el Premio Nobel en 1915 por el desarrollo de los fundamentos del análisis estructural de rayos X.
OBTENCIÓN DE RADIACIÓN DE RAYOS X
La radiación de rayos X ocurre cuando los electrones que se mueven a altas velocidades interactúan con la materia. Cuando los electrones chocan con átomos de cualquier sustancia, rápidamente pierden su energía cinética. En este caso, la mayor parte se convierte en calor y una pequeña fracción, generalmente menos del 1%, se convierte en energía de rayos X. Esta energía se libera en forma de cuantos: partículas llamadas fotones que tienen energía pero cuya masa en reposo es cero. Los fotones de rayos X difieren en su energía, que es inversamente proporcional a su longitud de onda. El método de producción de rayos X convencional produce una amplia gama de longitudes de onda, lo que se conoce como espectro de rayos X. El espectro contiene componentes pronunciados, como se muestra en la Fig. 1. Un amplio "continuo" se denomina espectro continuo o radiación blanca. Los picos agudos que se superponen se denominan líneas de emisión de rayos X características. Aunque todo el espectro es el resultado de colisiones de electrones con la materia, los mecanismos para la aparición de su parte ancha y líneas son diferentes. La sustancia consta de un gran número de átomos, cada uno de los cuales tiene un núcleo rodeado por capas de electrones, y cada electrón en la capa de un átomo de un elemento dado ocupa un cierto nivel de energía discreto. Por lo general, estas capas, o niveles de energía, se indican con los símbolos K, L, M, etc., comenzando por la capa más cercana al núcleo. Cuando un electrón incidente con una energía suficientemente alta choca con uno de los electrones unidos al átomo, golpea ese electrón fuera de su caparazón. El lugar vacío lo ocupa otro electrón de la capa, que corresponde a una gran energía. Este último cede el exceso de energía emitiendo un fotón de rayos X. Dado que los electrones de las capas tienen valores de energía discretos, los fotones de rayos X emergentes también tienen un espectro discreto. Esto corresponde a picos agudos para ciertas longitudes de onda, cuyos valores específicos dependen del elemento objetivo. Las líneas características forman las series K, L y M, dependiendo de qué capa (K, L o M) se eliminó el electrón. La relación entre la longitud de onda de los rayos X y el número atómico se llama ley de Moseley (Fig. 2).

Si un electrón golpea un núcleo relativamente pesado, entonces se desacelera y su energía cinética se libera en forma de un fotón de rayos X de aproximadamente la misma energía. Si sobrevuela el núcleo, perderá solo una parte de su energía y el resto se transferirá a otros átomos que se crucen en su camino. Cada acto de pérdida de energía conduce a la emisión de un fotón con algo de energía. Aparece un espectro de rayos X continuo, cuyo límite superior corresponde a la energía del electrón más rápido. Este es el mecanismo para la formación de un espectro continuo, y la energía máxima (o longitud de onda mínima) que fija el límite del espectro continuo es proporcional al voltaje de aceleración, que determina la velocidad de los electrones incidentes. Las líneas espectrales caracterizan el material del objetivo bombardeado, y el espectro continuo está determinado por la energía del haz de electrones y es prácticamente independiente del material objetivo. Los rayos X se pueden obtener no solo mediante bombardeo de electrones, sino también irradiando el objetivo con rayos X de otra fuente. En este caso, sin embargo, la mayor parte de la energía del haz incidente pasa al espectro de rayos X característico, y una fracción muy pequeña de ella cae al espectro continuo. Evidentemente, el haz de rayos X incidente debe contener fotones, cuya energía sea suficiente para excitar las líneas características del elemento bombardeado. El alto porcentaje de energía en el espectro característico hace que este método de excitación de rayos X sea conveniente para la investigación científica.
Tubos de rayos X Para obtener radiación de rayos X debido a la interacción de los electrones con la materia, es necesario tener una fuente de electrones, un medio para acelerarlos a altas velocidades y un objetivo que pueda resistir el bombardeo de electrones y producir rayos X de la intensidad requerida. El dispositivo que contiene todo esto se llama tubo de rayos X. Los primeros investigadores utilizaron tubos de "evacuación profunda" del tipo de los modernos tubos de descarga de gas. El vacío en ellos no era muy alto. Los tubos de descarga de gas contienen una pequeña cantidad de gas, y cuando se aplica una gran diferencia de potencial a los electrodos del tubo, los átomos de gas se convierten en iones positivos y negativos. Los positivos se mueven hacia el electrodo negativo (cátodo) y, al caer sobre él, eliminan electrones de él y, a su vez, se mueven hacia el electrodo positivo (ánodo) y, bombardeándolo, crean una corriente de fotones de rayos X. . En el moderno tubo de rayos X desarrollado por Coolidge (Fig. 3), la fuente de electrones es un cátodo de tungsteno calentado a alta temperatura. Los electrones se aceleran a altas velocidades por la gran diferencia de potencial entre el ánodo (o anticatodo) y el cátodo. Dado que los electrones deben llegar al ánodo sin chocar con los átomos, se requiere un vacío muy alto, para lo cual el tubo debe estar bien evacuado. Esto también reduce la probabilidad de ionización de los átomos de gas restantes y las corrientes laterales resultantes.

Los electrones se enfocan en el ánodo usando un electrodo de forma especial que rodea el cátodo. Este electrodo se llama enfoque y junto con el cátodo forma el "foco de electrones" del tubo. El ánodo bombardeado con electrones debe estar hecho de un material refractario, ya que la mayor parte de la energía cinética de los electrones bombardeados se convierte en calor. Además, es deseable que el ánodo esté hecho de un material con un número atómico alto, ya que el rendimiento de los rayos X aumenta con el aumento del número atómico. El tungsteno se elige con mayor frecuencia como material de ánodo, cuyo número atómico es 74. El diseño de los tubos de rayos X puede ser diferente según las condiciones de uso y los requisitos.
DETECCIÓN DE RADIACIÓN DE RAYOS X
Todos los métodos de detección de rayos X se basan en su interacción con la materia. Los detectores pueden ser de dos tipos: los que dan una imagen y los que no. Los primeros incluyen dispositivos para fluorografía de rayos X y fluoroscopia, en los que el haz de rayos X atraviesa el objeto en estudio y la radiación transmitida cae sobre una pantalla luminiscente o película fotográfica. La imagen aparece debido al hecho de que diferentes partes del objeto en estudio absorben la radiación de diferentes maneras, dependiendo del grosor de la sustancia y su composición. En los detectores con pantalla luminiscente, la energía de la radiación de rayos X se convierte en una imagen directamente observada, mientras que en la difracción de rayos X se registra en una emulsión sensible y solo se puede observar después de que se haya revelado la película. El segundo tipo de detectores incluye una amplia variedad de dispositivos en los que la energía de la radiación de rayos X se convierte en señales eléctricas que caracterizan la intensidad relativa de la radiación. Esto incluye cámaras de ionización, un contador Geiger, un contador proporcional, un contador de centelleo y algunos detectores especiales de sulfuro de cadmio y seleniuro. Actualmente, los detectores más eficientes pueden considerarse contadores de centelleo, que funcionan bien en una amplia gama de energías.
ver también DETECTORES DE PARTÍCULAS. El detector se selecciona teniendo en cuenta las condiciones del problema. Por ejemplo, si es necesario medir con precisión la intensidad de la radiación de rayos X difractada, se utilizan contadores que permiten realizar mediciones con una precisión de fracciones de un porcentaje. Si es necesario registrar una gran cantidad de haces difractados, entonces es recomendable utilizar una película de rayos X, aunque en este caso es imposible determinar la intensidad con la misma precisión.
DEFECTOSCOPIA DE RAYOS X Y GAMMA
Una de las aplicaciones más comunes de los rayos X en la industria es el control de calidad del material y las pruebas no destructivas. El método de rayos X no es destructivo, por lo que el material que se está probando, si se encuentra que cumple con los requisitos requeridos, se puede utilizar para el propósito previsto. Tanto la detección de defectos de rayos X como la de rayos gamma se basan en el poder de penetración de la radiación de rayos X y las características de su absorción en los materiales. La penetración está determinada por la energía de los fotones de rayos X, que depende del voltaje de aceleración en el tubo de rayos X. Por tanto, las muestras gruesas y las muestras de metales pesados, como por ejemplo el oro y el uranio, requieren una fuente de rayos X con un voltaje más alto para su investigación, y para las muestras delgadas, una fuente con un voltaje más bajo es suficiente. Para la detección de defectos por rayos gamma de piezas fundidas muy grandes y productos laminados grandes, se utilizan betatrones y aceleradores lineales, que aceleran las partículas a energías de 25 MeV y más. La absorción de radiación de rayos X en un material depende del espesor del absorbedor d y del coeficiente de absorción my está determinada por la fórmula I = I0e-md, donde I es la intensidad de la radiación transmitida a través del absorbedor, I0 es la intensidad de la radiación incidente, ye = 2.718 es la base de los logaritmos naturales. Para un material dado a una longitud de onda (o energía) dada de radiación de rayos X, el coeficiente de absorción es constante. Sin embargo, la radiación de una fuente de rayos X no es monocromática, sino que contiene un amplio espectro de longitudes de onda, por lo que la absorción en el mismo espesor del absorbente depende de la longitud de onda (frecuencia) de la radiación. Los rayos X se utilizan ampliamente en todas las industrias de conformado de metales. También se utiliza para inspeccionar barriles de artillería, alimentos, plásticos y para inspeccionar dispositivos y sistemas complejos en ingeniería electrónica. (La difracción de neutrones también se usa para fines similares, en los que se usan haces de neutrones en lugar de rayos X). Los rayos X también se usan para otras tareas, por ejemplo, para examinar pinturas con el fin de establecer su autenticidad o para detectar capas adicionales. de pintura encima de la capa principal.
DIFFRACCIÓN DE LA RADIACIÓN DE RAYOS X
La difracción de rayos X proporciona información importante sobre los sólidos: su estructura atómica y forma de cristal, así como sobre líquidos, cuerpos amorfos y moléculas grandes. El método de difracción también se utiliza para la determinación precisa (con un error inferior a 10-5) de distancias interatómicas, detección de tensiones y defectos, y para determinar la orientación de monocristales. El patrón de difracción puede identificar materiales desconocidos, así como detectar la presencia de impurezas en la muestra y determinarlas. Difícilmente se puede sobrestimar la importancia del método de difracción de rayos X para el progreso de la física moderna, ya que la comprensión moderna de las propiedades de la materia se basa en última instancia en datos sobre la disposición de los átomos en varios compuestos químicos, sobre la naturaleza de los enlaces. entre ellos y sobre defectos estructurales. La principal herramienta para obtener esta información es el método de difracción de rayos X. La cristalografía por difracción de rayos X es extremadamente importante para determinar las estructuras de moléculas grandes complejas, como las moléculas de ácido desoxirribonucleico (ADN), el material genético de los organismos vivos. Inmediatamente después del descubrimiento de la radiación de rayos X, el interés científico y médico se centró tanto en la capacidad de esta radiación para penetrar en los cuerpos como en su naturaleza. Los experimentos sobre la difracción de la radiación de rayos X por rendijas y rejillas de difracción mostraron que pertenece a la radiación electromagnética y tiene una longitud de onda del orden de 10-8-10-9 cm. Incluso antes, los científicos, en particular W. Barlow, adivinaron que la forma correcta y simétrica de los cristales naturales se debe a la disposición ordenada de los átomos que forman el cristal. En algunos casos, Barlow pudo predecir correctamente la estructura del cristal. Las distancias interatómicas previstas fueron de 10 a 8 cm, y el hecho de que las distancias interatómicas fueran del orden de la longitud de onda de los rayos X, en principio, permitió observar su difracción. El resultado fue la idea de uno de los experimentos más importantes de la historia de la física. M. Laue organizó una prueba experimental de esta idea, que fue realizada por sus colegas W. Friedrich y P. Knipping. En 1912, los tres publicaron su trabajo sobre los resultados de la difracción de rayos X. Principios de difracción de rayos X. Para comprender el fenómeno de la difracción de rayos X, es necesario considerar en orden: primero, el espectro de rayos X, en segundo lugar, la naturaleza de la estructura cristalina y, en tercer lugar, el fenómeno de difracción en sí. Como se mencionó anteriormente, la radiación de rayos X característica consiste en una serie de líneas espectrales de un alto grado de monocromaticidad, determinadas por el material del ánodo. Usando filtros, puede seleccionar los más intensos. Por lo tanto, eligiendo apropiadamente el material del ánodo, es posible obtener una fuente de radiación casi monocromática con un valor de longitud de onda definido con mucha precisión. Las longitudes de onda de radiación características suelen oscilar entre 2,285 para el cromo y 0,558 para la plata (los valores de los diversos elementos se conocen dentro de los seis dígitos significativos). El espectro característico se superpone al espectro "blanco" continuo de una intensidad mucho menor, debido a la desaceleración de los electrones incidentes en el ánodo. Así, se pueden obtener dos tipos de radiación de cada ánodo: característica y bremsstrahlung, cada una de las cuales juega un papel importante a su manera. Los átomos de la estructura cristalina están dispuestos con la periodicidad correcta, formando una secuencia de células idénticas: una red espacial. Algunas celosías (por ejemplo, para la mayoría de los metales comunes) son bastante simples, mientras que otras (por ejemplo, para moléculas de proteínas) son bastante complejas. Lo siguiente es característico de la estructura cristalina: si uno se mueve desde un punto dado de una celda al punto correspondiente de una celda adyacente, entonces se encontrará exactamente el mismo ambiente atómico. Y si algún átomo está ubicado en un punto u otro de una celda, entonces el mismo átomo estará ubicado en el punto equivalente de cualquier celda vecina. Este principio es estrictamente cierto para un cristal perfecto y perfectamente ordenado. Sin embargo, muchos cristales (por ejemplo, soluciones de metal sólido) están desordenados en un grado u otro, es decir, Los sitios cristalográficamente equivalentes pueden estar ocupados por diferentes átomos. En estos casos, no se determina la posición de cada átomo, sino sólo la posición del átomo, "promediada estadísticamente" sobre un gran número de partículas (o células). El fenómeno de la difracción se analiza en el artículo de ÓPTICA, y el lector puede consultar este artículo antes de continuar. Muestra que si las ondas (por ejemplo, sonido, luz, radiación de rayos X) pasan a través de una pequeña rendija o agujero, entonces este último puede considerarse como una fuente secundaria de ondas, y la imagen de la rendija o agujero consiste en alternar rayas claras y oscuras. Además, si hay una estructura periódica de orificios o rendijas, entonces, como resultado de la interferencia de amplificación y atenuación de los rayos provenientes de diferentes orificios, surge un patrón de difracción claro. La difracción de rayos X es un fenómeno de dispersión colectiva, en el que el papel de los agujeros y los centros de dispersión lo desempeñan átomos ubicados periódicamente de la estructura cristalina. La mejora mutua de sus imágenes en ciertos ángulos da un patrón de difracción similar al que surgiría cuando la luz fuera difractada por una rejilla de difracción tridimensional. La dispersión se produce debido a la interacción de la radiación de rayos X incidente con los electrones del cristal. Debido al hecho de que la longitud de onda de la radiación de rayos X es del mismo orden de magnitud que las dimensiones del átomo, la longitud de onda de la radiación de rayos X dispersa es la misma que la de la incidente. Este proceso es el resultado de oscilaciones forzadas de electrones bajo la influencia de la radiación de rayos X incidente. Considere ahora un átomo con una nube de electrones ligados (que rodean el núcleo) sobre la que inciden los rayos X. Los electrones en todas direcciones dispersan simultáneamente el incidente y emiten sus propios rayos X de la misma longitud de onda, aunque de diferentes intensidades. La intensidad de la radiación dispersa está relacionada con el número atómico del elemento, ya que el número atómico es igual al número de electrones orbitales que pueden participar en la dispersión. (Esta dependencia de la intensidad del número atómico del elemento de dispersión y de la dirección en la que se mide la intensidad se caracteriza por el factor de dispersión atómico, que juega un papel extremadamente importante en el análisis de la estructura de los cristales). elija en la estructura cristalina una cadena lineal de átomos ubicados a la misma distancia entre sí, y considere su patrón de difracción. Ya se ha señalado que el espectro de rayos X consta de una parte continua ("continuum") y un conjunto de líneas más intensas características del elemento que es el material del ánodo. Digamos que filtramos el espectro continuo y obtuvimos un haz de rayos X casi monocromático dirigido a nuestra cadena lineal de átomos. La condición de amplificación (amplificación de interferencia) se satisface si la diferencia de trayectoria entre las ondas dispersadas por átomos vecinos es un múltiplo de la longitud de onda. Si el haz incide en un ángulo a0 de la línea atómica separada por intervalos a (período), entonces para el ángulo de difracción a, la diferencia de trayectoria correspondiente a la amplificación se escribe como a (cos a - cosa0) = hl, donde l es la longitud de onda y h es un número entero (fig. 4 y 5).

Para extender este enfoque a un cristal tridimensional, solo es necesario seleccionar las filas de átomos en otras dos direcciones en el cristal y resolver las tres ecuaciones así obtenidas conjuntamente para tres ejes cristalinos con períodos a, by c. Las otras dos ecuaciones son

Estas son las tres ecuaciones de Laue fundamentales para la difracción de rayos X, siendo los números h, kyc los índices de Miller para el plano de difracción.
ver también CRISTALES Y CRISTALOGRAFÍA. Considerando cualquiera de las ecuaciones de Laue, por ejemplo la primera, se puede notar que, dado que a, a0, l son constantes y h = 0, 1, 2, ..., su solución se puede representar como un conjunto de conos con un eje común a (Fig. 5). Lo mismo es cierto para las direcciones by c. En el caso general de la dispersión tridimensional (difracción), las tres ecuaciones de Laue deben tener una solución general, es decir, deben cruzarse tres conos de difracción ubicados en cada uno de los ejes; la línea general de intersección se muestra en la fig. 6. La solución conjunta de las ecuaciones conduce a la ley de Bragg-Wolfe:

l = 2 (d / n) sinq, donde d es la distancia entre los planos con índices h, k y c (período), n = 1, 2, ... son números enteros (orden de difracción) y q es el ángulo formado por haz incidente (así como difractante) con el plano del cristal en el que se produce la difracción. Analizando la ecuación de la ley de Bragg-Wolfe para un monocristal ubicado en la trayectoria de un haz de rayos X monocromático, podemos concluir que la difracción no es fácil de observar, ya que las cantidades lyq son fijas, y senq MÉTODOS DE ANÁLISIS DE DIFRACCIÓN
Método de Laue. El método de Laue utiliza un espectro de rayos X "blanco" continuo, que se dirige a un monocristal estacionario. Para un valor específico del período d, el valor de longitud de onda correspondiente a la condición de Bragg-Wolfe se selecciona automáticamente de todo el espectro. Los patrones de Laue obtenidos de esta forma permiten juzgar las direcciones de los haces difractados y, en consecuencia, las orientaciones de los planos cristalinos, lo que también permite sacar conclusiones importantes en cuanto a la simetría, orientación del cristal y la presencia. de defectos en el mismo. En este caso, sin embargo, se pierde información sobre el período espacial d. En la Fig. 7 es un ejemplo de Lauegram. La película de rayos X se ubicó en el lado del cristal opuesto al que incidió el haz de rayos X de la fuente.

Método Debye-Scherrer (para muestras policristalinas). A diferencia del método anterior, aquí se utiliza radiación monocromática (l = constante) y se varía el ángulo q. Esto se consigue utilizando una muestra policristalina formada por numerosos pequeños cristalitos de orientación aleatoria, entre los que se encuentran los que cumplen la condición de Bragg-Wolfe. Los haces difractados forman conos, cuyo eje se dirige a lo largo del haz de rayos X. Una tira estrecha de película de rayos X en un casete cilíndrico se usa generalmente para disparar, y los rayos X se propagan en diámetro a través de los orificios en la película. El Debyegram obtenido de esta manera (Fig.8) contiene información exacta sobre el período d, es decir, sobre la estructura del cristal, pero no da la información que contiene el Lauegram. Por tanto, ambos métodos se complementan. Consideremos algunas aplicaciones del método Debye-Scherrer.

Identificación de elementos y compuestos químicos. A partir del ángulo q determinado a partir del Debyegram, es posible calcular la característica de distancia interplanar d de un elemento o conexión dado. En la actualidad, se han recopilado muchas tablas de valores d, que permiten identificar no solo uno u otro elemento o compuesto químico, sino también varios estados de fase de una misma sustancia, lo que no siempre da un análisis químico. También es posible determinar el contenido del segundo componente en aleaciones de sustitución con alta precisión a partir de la dependencia del período d de la concentración.
Analisis de ESTRES. A partir de la diferencia medida en distancias interplanares para diferentes direcciones en cristales, es posible, conociendo el módulo de elasticidad del material, calcular con alta precisión las pequeñas tensiones en él.
Investigaciones de la orientación preferida en cristales. Si los pequeños cristalitos en una muestra policristalina se orientan no del todo al azar, entonces los anillos en el Debyegram tendrán diferentes intensidades. En presencia de una orientación predominante claramente expresada, los máximos de intensidad se concentran en puntos separados en la imagen, que se vuelve similar a la imagen de un solo cristal. Por ejemplo, durante el laminado en frío profundo, una hoja de metal adquiere una textura: una orientación pronunciada de cristalitos. El Debyegram se puede utilizar para juzgar la naturaleza del trabajo en frío del material.
Investigación de tamaños de grano. Si el tamaño de grano del policristal es superior a 10-3 cm, las líneas del Debyegram estarán formadas por puntos separados, ya que en este caso el número de cristalitos es insuficiente para cubrir todo el rango de valores de los ángulos q . Si el tamaño de los cristalitos es inferior a 10-5 cm, las líneas de difracción se ensanchan. Su ancho es inversamente proporcional al tamaño de los cristalitos. El ensanchamiento se produce por la misma razón que, con una disminución en el número de rendijas, la resolución de la rejilla de difracción disminuye. La radiación de rayos X permite determinar tamaños de grano en el rango de 10-7-10-6 cm.
Métodos para monocristales. Para que la difracción por un cristal dé información no solo sobre el período espacial, sino también sobre la orientación de cada conjunto de planos de difracción, se utilizan métodos de un monocristal giratorio. Un haz de rayos X monocromático incide sobre el cristal. El cristal gira alrededor del eje principal para el que se satisfacen las ecuaciones de Laue. Esto cambia el ángulo q incluido en la fórmula de Bragg-Wolfe. Los máximos de difracción se encuentran en la intersección de los conos de difracción de Laue con la superficie cilíndrica de la película (Fig. 9). El resultado es un patrón de difracción del tipo que se muestra en la Fig. 10. Sin embargo, las complicaciones son posibles debido a la superposición de diferentes órdenes de difracción en un punto. El método puede mejorarse significativamente si, simultáneamente con la rotación del cristal, la película también se mueve de cierta manera.

Estudios de líquidos y gases. Se sabe que los líquidos, gases y cuerpos amorfos no tienen la estructura cristalina correcta. Pero incluso aquí existe un enlace químico entre los átomos de las moléculas, por lo que la distancia entre ellos permanece casi constante, aunque las moléculas mismas en el espacio están orientadas al azar. Dichos materiales también dan un patrón de difracción con un número relativamente pequeño de máximos difusos. El procesamiento de una imagen de este tipo mediante métodos modernos permite obtener información sobre la estructura de incluso esos materiales no cristalinos.
ANÁLISIS DE RAYOS X ESPECTROQUÍMICO
Ya unos años después del descubrimiento de los rayos X, Charles Barclay (1877-1944) descubrió que cuando una sustancia se expone a un flujo de radiación de rayos X de alta energía, se genera una radiación secundaria de rayos X fluorescente, que es característica. del elemento en estudio. Poco después de eso, G. Moseley, en una serie de sus experimentos, midió las longitudes de onda de la radiación de rayos X característica principal recibida por el bombardeo electrónico de varios elementos y derivó la relación entre la longitud de onda y el número atómico. Estos experimentos, así como la invención de Bragg del espectrómetro de rayos X, sentaron las bases para el análisis espectroquímico de rayos X. Las posibilidades de los rayos X para el análisis químico se reconocieron de inmediato. Se crearon espectrógrafos con registro en placa fotográfica, en la que la muestra en estudio servía como ánodo de un tubo de rayos X. Desafortunadamente, esta técnica resultó ser muy laboriosa y, por lo tanto, se usó solo cuando los métodos habituales de análisis químico eran inaplicables. Un ejemplo destacado de investigación innovadora en el campo de la espectroscopia analítica de rayos X fue el descubrimiento en 1923 por G. Hevesy y D. Koster de un nuevo elemento: el hafnio. El desarrollo de tubos de rayos X de alta potencia para radiografía y detectores sensibles para mediciones radioquímicas durante la Segunda Guerra Mundial contribuyó en gran medida al rápido crecimiento de la espectrografía de rayos X en los años siguientes. Este método se ha generalizado debido a la rapidez, conveniencia, naturaleza no destructiva del análisis y la posibilidad de automatización total o parcial. Es aplicable en las tareas de análisis cuantitativo y cualitativo de todos los elementos con número atómico superior a 11 (sodio). Aunque el análisis espectroquímico de rayos X se suele utilizar para determinar los componentes más importantes de una muestra (0,1-100%), en algunos casos es adecuado para concentraciones de 0,005% o incluso inferiores.
Espectrómetro de rayos X Un espectrómetro de rayos X moderno consta de tres sistemas principales (Fig.11): un sistema de excitación, es decir, un tubo de rayos X con un ánodo de tungsteno u otro material refractario y una fuente de alimentación; sistemas de análisis, es decir un analizador de cristal con dos colimadores de múltiples rendijas, así como un espectrogoniómetro para una alineación precisa; y sistemas de registro con contador Geiger o contador proporcional o de centelleo, así como rectificador, amplificador, contadores y registrador u otro dispositivo de registro.

Análisis de fluorescencia de rayos X. La muestra a analizar se encuentra en el camino de la excitante radiación de rayos X. El área de la muestra a examinar se distingue generalmente por una máscara con un orificio del diámetro requerido, y la radiación pasa a través de un colimador que forma un haz paralelo. Detrás del cristal del analizador, un colimador de hendidura libera radiación difractada para el detector. Por lo general, el ángulo máximo q se limita a valores de 80-85 °, de modo que solo la radiación de rayos X cuya longitud de onda l está relacionada con la distancia interplanar d por la desigualdad l Microanálisis de rayos X. El espectrómetro analizador de cristal plano descrito anteriormente se puede adaptar para microanálisis. Esto se logra estrechando el haz de rayos X primario o el haz secundario emitido por la muestra. Sin embargo, una disminución en el tamaño efectivo de la muestra o la apertura de la radiación conduce a una disminución en la intensidad de la radiación difractada registrada. La mejora de este método se puede lograr mediante el uso de un espectrómetro de cristal curvado, que permite registrar un cono de radiación divergente, y no solo radiación paralela al eje del colimador. Las partículas de menos de 25 µm se pueden identificar con un espectrómetro de este tipo. Se logra una reducción aún mayor en el tamaño de la muestra analizada en el microanalizador de rayos X con sonda de electrones inventado por R. Kasten. Aquí, la radiación de rayos X característica de la muestra es excitada por un haz de electrones enfocado de manera nítida, que luego es analizada por un espectrómetro de cristal curvado. Con un dispositivo de este tipo, es posible detectar cantidades de una sustancia del orden de 10 a 14 g en una muestra con un diámetro de 1 μm. También se desarrollaron instalaciones con barrido por haz de electrones de la muestra, con cuya ayuda es posible obtener una imagen bidimensional de la distribución sobre la muestra del elemento, para cuya radiación característica está sintonizado el espectrómetro.
DIAGNÓSTICO MÉDICO DE RAYOS X
El desarrollo de la tecnología de investigación en rayos X ha permitido reducir significativamente el tiempo de exposición y mejorar la calidad de las imágenes, permitiendo estudiar incluso los tejidos blandos.
Fluorografía. Este método de diagnóstico consiste en fotografiar una imagen de sombra de una pantalla translúcida. El paciente se coloca entre la fuente de rayos X y una pantalla plana hecha de fósforo (generalmente yoduro de cesio), que brilla cuando se expone a la radiación de rayos X. Los tejidos biológicos de diversos grados de densidad crean sombras de rayos X con diversos grados de intensidad. El radiólogo examina la imagen de sombra en la pantalla fluorescente y hace un diagnóstico. En el pasado, un radiólogo confiaba en la visión para analizar imágenes. Ahora existen varios sistemas que amplifican la imagen, la muestran en una pantalla de televisión o registran datos en la memoria de la computadora.
Radiografía. La grabación de una imagen de rayos X directamente en una película fotográfica se llama radiografía. En este caso, el órgano en estudio se ubica entre la fuente de rayos X y la película fotográfica, que registra información sobre el estado del órgano en un momento dado. La radiografía repetida permite juzgar su evolución posterior. La radiografía permite un examen muy preciso de la integridad del tejido óseo, que consiste principalmente en calcio y es opaco a la radiación de rayos X, así como la rotura del tejido muscular. Con su ayuda, mejor que un estetoscopio o escuchar, se analiza el estado de los pulmones en caso de inflamación, tuberculosis o presencia de líquido. Con la ayuda de la radiografía, se determinan el tamaño y la forma del corazón, así como la dinámica de sus cambios en pacientes con enfermedades cardíacas.
Agentes de contraste. Las partes del cuerpo y las cavidades de los órganos individuales que son transparentes para la radiación de rayos X se vuelven visibles si se llenan con un agente de contraste que es inofensivo para el cuerpo, pero que permite visualizar la forma de los órganos internos y verificar su funcionamiento. El paciente toma agentes de contraste por vía oral (como las sales de bario al examinar el tracto gastrointestinal) o se inyectan por vía intravenosa (como las soluciones que contienen yodo al examinar los riñones y el tracto urinario). V últimos años sin embargo, estos métodos están siendo reemplazados por métodos de diagnóstico basados en el uso de átomos radiactivos y ultrasonido.
Tomografía computarizada. En la década de 1970, se desarrolló un nuevo método de diagnóstico por rayos X, basado en un estudio completo del cuerpo o sus partes. Las imágenes de capas delgadas ("cortes") son procesadas por una computadora y la imagen final se muestra en la pantalla del monitor. Este método se llama tomografía de rayos X computarizada. Se usa ampliamente en la medicina moderna para diagnosticar infiltrados, tumores y otros trastornos cerebrales, así como para diagnosticar enfermedades de los tejidos blandos dentro del cuerpo. Esta técnica no requiere la introducción de agentes de contraste extraños y, por tanto, es más rápida y eficaz que las técnicas tradicionales.
EFECTOS BIOLÓGICOS DE LA RADIACIÓN DE RAYOS X
El efecto biológico nocivo de los rayos X fue descubierto poco después de su descubrimiento por Roentgen. Resultó que la nueva radiación puede causar algo así como una quemadura solar grave (eritema), acompañada, sin embargo, de un daño cutáneo más profundo y persistente. Las úlceras que aparecían a menudo se convertían en cáncer. En muchos casos, hubo que amputar dedos o manos. También hubo víctimas mortales. Se ha descubierto que el daño a la piel se puede evitar reduciendo el tiempo y la dosis de radiación mediante el uso de blindaje (por ejemplo, plomo) y controles remotos. Pero gradualmente salieron a la luz otros efectos a más largo plazo de la exposición a los rayos X, que luego fueron confirmados y estudiados en animales de experimentación. Los efectos debidos a la acción de los rayos X, así como a otras radiaciones ionizantes (como la radiación gamma emitida por materiales radiactivos) incluyen: 1) cambios temporales en la composición de la sangre después de relativamente poca exposición excesiva; 2) cambios irreversibles en la composición de la sangre (anemia hemolítica) después de una exposición excesiva prolongada; 3) un aumento en la incidencia de cáncer (incluida la leucemia); 4) envejecimiento más rápido y muerte temprana; 5) la aparición de cataratas. Además, los experimentos biológicos en ratones, conejos y moscas (moscas de la fruta) han demostrado que incluso pequeñas dosis de irradiación sistemática de grandes poblaciones, debido a un aumento en la tasa de mutación, provocan efectos genéticos nocivos. La mayoría de los genetistas reconocen la aplicabilidad de estos datos al cuerpo humano. En cuanto al efecto biológico de la radiación de rayos X en el cuerpo humano, está determinado por el nivel de la dosis de radiación, así como por qué órgano del cuerpo estuvo expuesto a la radiación. Por ejemplo, las enfermedades de la sangre son causadas por la irradiación de los órganos que forman la sangre, principalmente la médula ósea, y las consecuencias genéticas son causadas por la irradiación de los genitales, que también puede conducir a la esterilidad. La acumulación de conocimientos sobre los efectos de la radiación de rayos X en el cuerpo humano ha llevado al desarrollo de estándares nacionales e internacionales para las dosis de radiación permisibles, publicados en varias publicaciones de referencia. Además de la radiación de rayos X, que es utilizada a propósito por los seres humanos, también existe la denominada radiación espuria dispersa que se produce por diversas razones, por ejemplo, debido a la dispersión debida a la imperfección del escudo protector de plomo, que no absorber completamente esta radiación. Además, muchos dispositivos eléctricos que no están diseñados para producir rayos X generan rayos X como subproducto. Dichos dispositivos incluyen microscopios electrónicos, lámparas rectificadoras de alto voltaje (kenotrones) y también tubos de imágenes de televisores en color obsoletos. La producción de tubos de imagen en color modernos en muchos países está ahora bajo control gubernamental.
FACTORES PELIGROSOS DE LA RADIACIÓN DE RAYOS X
Los tipos y el grado de peligro de la exposición a los rayos X para las personas dependen del contingente de personas expuestas a la radiación.
Profesionales que trabajan con equipos de rayos X. Esta categoría cubre radiólogos, dentistas, así como trabajadores científicos y técnicos y personal que mantiene y usa equipos de rayos X. Se están tomando medidas efectivas para reducir el nivel de radiación con el que deben lidiar.
Pacientes. Aquí no existen criterios estrictos, y los médicos tratantes determinan el nivel seguro de radiación que reciben los pacientes durante el tratamiento. No se recomienda a los médicos que expongan innecesariamente a los pacientes a rayos X. Se debe tener especial cuidado al examinar a mujeres embarazadas y niños. En este caso, se toman medidas especiales.
Métodos de control. Hay tres aspectos en esto:
1) la disponibilidad de equipos adecuados, 2) supervisar el cumplimiento de las normas de seguridad, 3) el uso correcto de los equipos. Los exámenes de rayos X solo deben exponer el área deseada a la radiación, ya sea para exámenes dentales o exámenes pulmonares. Tenga en cuenta que inmediatamente después de apagar el aparato de rayos X, tanto la radiación primaria como la secundaria desaparecen; tampoco hay radiación residual, que no siempre es conocida incluso por aquellos que están directamente relacionados con ella en su trabajo.
ver también
CONSTRUCCIÓN DE ÁTOMOS;

Los rayos X juegan un papel muy importante en la medicina moderna; la historia del descubrimiento de los rayos X se remonta al siglo XIX.

Los rayos X son ondas electromagnéticas que se generan con la participación de electrones. Con una fuerte aceleración de las partículas cargadas, se generan rayos X artificiales. Pasa por equipos especiales:

aceleradores de partículas.

Historia de descubrimiento

Estos rayos fueron inventados en 1895 por el científico alemán Roentgen: mientras trabajaba con un tubo de rayos catódicos, descubrió el efecto de fluorescencia del bario de cianuro de platino. Luego hubo una descripción de tales rayos y su asombrosa capacidad para penetrar los tejidos del cuerpo. Los rayos llegaron a llamarse rayos X (rayos X). Más tarde en Rusia se les llamó rayos X.

Los rayos X pueden penetrar incluso a través de las paredes. Entonces Roentgen se dio cuenta de que había hecho el mayor descubrimiento en el campo de la medicina. Fue a partir de este momento que comenzaron a formarse secciones separadas en ciencia, como radiología y radiología.

Los rayos pueden penetrar los tejidos blandos, pero se retrasan, su longitud está determinada por el obstáculo de la superficie dura. Los tejidos blandos del cuerpo humano son la piel y los tejidos duros son los huesos. En 1901, el científico recibió el Premio Nobel.

Sin embargo, incluso antes del descubrimiento de Wilhelm Konrad Roentgen, otros científicos estaban interesados en un tema similar. En 1853, el físico francés Antoine-Philibert Mason estudió una descarga de alto voltaje entre electrodos en un tubo de vidrio. El gas que contenía comenzó a emitir un resplandor rojizo a baja presión. Bombear el exceso de gas del tubo condujo a la desintegración del resplandor en una secuencia compleja de capas luminosas separadas, cuya sombra dependía de la cantidad de gas.

En 1878, William Crookes (físico inglés) sugirió que la fluorescencia surge del impacto de los rayos en la superficie de vidrio de un tubo. Pero todos estos estudios no se publicaron en ninguna parte, por lo que Roentgen no estaba al tanto de tales descubrimientos. Después de la publicación de sus descubrimientos en 1895 en una revista científica, donde el científico escribió que todos los cuerpos son transparentes a estos rayos, aunque en un grado muy diferente, otros científicos se interesaron en experimentos similares. Confirmaron la invención de Roentgen y comenzaron un mayor desarrollo y mejora de los rayos X.

El propio Wilhelm Roentgen publicó dos artículos científicos más sobre el tema de los rayos X en 1896 y 1897, tras lo cual se dedicó a otras actividades. Así, varios científicos lo inventaron, pero fue Roentgen quien publicó trabajos científicos al respecto.

Principios de adquisición de imágenes

Las características de esta radiación están determinadas por la propia naturaleza de su apariencia. La radiación se produce debido a una onda electromagnética. Sus principales propiedades son:

Reflexión. Si la onda golpea la superficie perpendicularmente, no se reflejará. En algunas situaciones, el diamante tiene la propiedad de reflejarse.
La capacidad de penetrar en los tejidos. Además, los rayos pueden atravesar superficies opacas de materiales como madera, papel, etc.
Absorbibilidad. La absorbancia depende de la densidad del material: cuanto más denso es, más lo absorben los rayos X.
Algunas sustancias tienen fluorescencia, es decir, brillan. Tan pronto como cesa la emisión, el resplandor también pasa. Si continúa después del cese de la acción de los rayos, este efecto se llama fosforescencia.
Los rayos X pueden iluminar la película fotográfica, al igual que la luz visible.
Si el haz atraviesa el aire, se produce una ionización en la atmósfera. Este estado se denomina conductor eléctrico y se determina mediante un dosímetro, que establece la tasa de dosis de radiación.

Radiación: daño y beneficio

Cuando se hizo el descubrimiento, el físico Roentgen ni siquiera podía imaginar lo peligroso que era su invento. En los viejos tiempos, todos los dispositivos que producían radiación estaban lejos de ser perfectos y, como resultado, se obtenían grandes dosis de rayos liberados. La gente no entendía los peligros de tal radiación. Aunque algunos científicos ya han presentado versiones de los peligros de los rayos X.

Los rayos X, que penetran en los tejidos, tienen un efecto biológico sobre ellos. La unidad para medir la dosis de radiación es el roentgen por hora. El efecto principal es sobre los átomos ionizantes que se encuentran dentro de los tejidos. Estos rayos actúan directamente sobre la estructura del ADN de una célula viva. Las consecuencias de la radiación incontrolada incluyen:

mutación celular;
la aparición de tumores;
quemaduras por radiación;
enfermedad por radiación.

Contraindicaciones para los exámenes de rayos X:

Pacientes en estado grave.
Periodo de embarazo por efectos negativos sobre el feto.
Pacientes con sangrado o neumotórax abierto.

¿Cómo funcionan los rayos X y dónde se aplican?

En medicina. Los diagnósticos de rayos X se utilizan para escanear tejidos vivos con el fin de detectar ciertos trastornos dentro del cuerpo. La terapia de rayos X se realiza para eliminar las formaciones tumorales.
En la ciencia. Se revelan la estructura de las sustancias y la naturaleza de los rayos X. Estas cuestiones se tratan en ciencias como la química, la bioquímica y la cristalografía.
En la industria. Detectar infracciones en productos metálicos.
Por la seguridad de la población. Los haces de rayos X se instalan en los aeropuertos y otros lugares públicos para escanear el equipaje.

Usos médicos de la radiación de rayos X Los rayos X se utilizan ampliamente en medicina y odontología con los siguientes fines:

Para diagnosticar enfermedades.
Para monitorear procesos metabólicos.
Para el tratamiento de muchas enfermedades.

El uso de rayos X con fines medicinales.

Además de detectar fracturas óseas, los rayos X se utilizan ampliamente con fines medicinales. El uso especializado de los rayos X es para lograr los siguientes objetivos:

Para matar las células cancerosas.
Reducir el tamaño del tumor.
Para reducir el dolor.

Por ejemplo, el yodo radiactivo, utilizado para enfermedades endocrinológicas, se utiliza activamente para el cáncer de tiroides, lo que ayuda a muchas personas a deshacerse de esta terrible enfermedad. Actualmente, los rayos X están conectados a las computadoras para diagnosticar enfermedades complejas y, como resultado, aparecen los últimos métodos de investigación, como la tomografía axial computarizada.

Esta exploración proporciona a los médicos imágenes en color que muestran los órganos internos de una persona. Una pequeña dosis de radiación es suficiente para detectar el funcionamiento de los órganos internos. Los rayos X también se utilizan ampliamente en fisioterapia.

Propiedades básicas de los rayos X

Capacidad de penetración. Todos los cuerpos son transparentes al haz de rayos X y el grado de transparencia depende del grosor del cuerpo. Es gracias a esta propiedad que el rayo se empezó a utilizar en medicina para detectar el trabajo de los órganos, la presencia de fracturas y cuerpos extraños en el cuerpo.
Son capaces de hacer brillar algunos objetos. Por ejemplo, si se aplican bario y platino al cartón, después de pasar por el rayo de exploración, se iluminará de color amarillo verdoso. Si coloca la mano entre el tubo de rayos X y la pantalla, la luz penetrará más en el hueso que en el tejido, por lo tanto, el tejido óseo se mostrará más brillante en la pantalla y el tejido muscular con menos brillo.
Acción sobre película fotográfica. Los rayos X pueden, como la luz, oscurecer la película, esto le permite fotografiar el lado de la sombra que se obtiene cuando se examinan los rayos X de los cuerpos.
Los rayos X pueden ionizar gases. Esto hace posible no solo encontrar rayos, sino también revelar su intensidad midiendo la corriente de ionización en el gas.
Tienen un efecto bioquímico sobre el organismo de los seres vivos. Debido a esta propiedad, los rayos X han encontrado un uso generalizado en la medicina: pueden tratar tanto enfermedades de la piel como enfermedades de los órganos internos. En este caso, se seleccionan la dosis de radiación requerida y la duración de los rayos. El uso prolongado y excesivo de dicho tratamiento es muy dañino y perjudicial para el cuerpo.

Se han salvado muchas vidas como consecuencia del uso de rayos X. Los rayos X ayudan no solo a diagnosticar la enfermedad de manera oportuna, los métodos de tratamiento con el uso de radioterapia alivian a los pacientes de diversas patologías, comenzando con la hiperfunción de la glándula tiroides y terminando con tumores malignos del tejido óseo.

El descubrimiento y los méritos en el estudio de las propiedades básicas de los rayos X pertenecen legítimamente al científico alemán Wilhelm Konrad Roentgen. Las asombrosas propiedades de los rayos X descubiertos por él recibieron inmediatamente una gran resonancia en el mundo científico. Aunque entonces, allá por 1895, el científico difícilmente podría haber imaginado qué beneficio, y a veces incluso daño, podrían traer los rayos X.

Averigüemos en este artículo cómo este tipo de radiación afecta la salud humana.

¿Qué es la radiografía?

La primera pregunta que interesó al investigador fue ¿qué es la radiación de rayos X? Varios experimentos permitieron comprobar que se trata de una radiación electromagnética con una longitud de onda de 10 -8 cm, que ocupa una posición intermedia entre la radiación ultravioleta y la gamma.

Aplicaciones de rayos X

Todos estos aspectos de los efectos destructivos de los misteriosos rayos X no excluyen en absoluto aspectos sorprendentemente extensos de su uso. ¿Dónde se usa la radiación de rayos X?

Estudio de la estructura de moléculas y cristales.
Detección de defectos por rayos X (en la industria, detección de defectos en productos).
Métodos de investigación y terapia médica.

Las aplicaciones más importantes de los rayos X son posibles gracias a las longitudes de onda muy cortas de todo el rango de estas ondas y sus propiedades únicas.

Dado que estamos interesados en el efecto de la radiación de rayos X en las personas que la encuentran solo durante un examen o tratamiento médico, consideraremos además solo esta área de aplicación de los rayos X.

Aplicación de la radiación de rayos X en medicina.

A pesar de la importancia especial de su descubrimiento, Roentgen no obtuvo una patente para su uso, lo que lo convierte en un regalo invaluable para toda la humanidad. Ya en la Primera Guerra Mundial, comenzaron a utilizarse equipos de rayos X, que permitieron diagnosticar de forma rápida y precisa a los heridos. Actualmente, existen dos áreas principales de aplicación de los rayos X en medicina:

Diagnósticos de rayos X;
Terapia de rayos X

Diagnóstico por rayos X

Los diagnósticos por rayos X se utilizan de varias maneras:

Averigüemos la diferencia entre estos métodos.

Todos estos métodos de diagnóstico se basan en la capacidad de los rayos X para iluminar la película fotográfica y en sus diferentes permeabilidades para los tejidos y el esqueleto óseo.

Terapia de rayos X

La capacidad de los rayos X de ejercer un efecto biológico sobre los tejidos se utiliza en medicina para tratar tumores. El efecto ionizante de esta radiación se manifiesta más activamente en el efecto sobre las células que se dividen rápidamente, que son las células de los tumores malignos.

Sin embargo, debe conocer los efectos secundarios que inevitablemente acompañan a la terapia de rayos X. El hecho es que las células de los sistemas hematopoyético, endocrino e inmunológico también se están dividiendo rápidamente. El impacto negativo sobre ellos da lugar a signos de enfermedad por radiación.

El efecto de los rayos X en los humanos.

Poco después del notable descubrimiento de los rayos X, se descubrió que los rayos X tienen un efecto en los humanos.

Estos datos se obtuvieron de experimentos en animales de experimentación, sin embargo, los genetistas sugieren que se pueden aplicar consecuencias similares al cuerpo humano.

El estudio de las consecuencias de la exposición a los rayos X ha permitido desarrollar estándares internacionales para las dosis de radiación permitidas.

Dosis de rayos X para diagnóstico por rayos X

Después de visitar la sala de rayos X, muchos pacientes experimentan ansiedad: ¿cómo afectará su salud la dosis de radiación recibida?

La dosis total de radiación que recibe el cuerpo depende de la naturaleza del procedimiento que se realice. Por conveniencia, compararemos la dosis recibida con la radiación natural que acompaña a una persona a lo largo de su vida.

Radiografía: tórax: la dosis de radiación recibida equivale a 10 días de radiación de fondo; parte superior del estómago e intestino delgado - 3 años.
Tomografía computarizada de los órganos abdominales y pélvicos, así como de todo el cuerpo: 3 años.
Mamografía: 3 meses.
Las radiografías de las extremidades son prácticamente inofensivas.
En cuanto a los rayos X dentales, la dosis de radiación es mínima, ya que el paciente está expuesto a un haz de rayos X dirigido estrechamente con una duración de radiación corta.

Estas dosis de radiación cumplen con los estándares aceptables, pero si el paciente se siente ansioso antes de la radiografía, tiene derecho a solicitar un delantal protector especial.

Exposición a los rayos X en mujeres embarazadas

Cada persona se ve obligada a someterse a un examen de rayos X varias veces. Pero hay una regla: este método de diagnóstico no se puede recetar a mujeres embarazadas. El embrión en desarrollo es extremadamente vulnerable. Los rayos X pueden causar anomalías cromosómicas y, como resultado, el nacimiento de niños con defectos del desarrollo. El más vulnerable a este respecto es el período de gestación hasta las 16 semanas. Además, lo más peligroso para el futuro bebé es una radiografía de la columna vertebral, la región pélvica y abdominal.

Al conocer los efectos nocivos de los rayos X en el embarazo, los médicos evitan de todas las formas posibles su uso durante este período crucial en la vida de una mujer.

Sin embargo, existen fuentes secundarias de rayos X:

microscopios electrónicos;
tubos de imágenes de televisores en color, etc.

Las mujeres embarazadas deben ser conscientes del peligro que representan.

Para las madres lactantes, el diagnóstico por rayos X no es peligroso.

Qué hacer después de las radiografías

Para evitar incluso los efectos más pequeños de la exposición a los rayos X, existen algunos pasos sencillos que puede seguir:

después de la radiografía, beba un vaso de leche; elimina pequeñas dosis de radiación;
muy útil una copa de vino seco o jugo de uva;
algún tiempo después del procedimiento, es útil aumentar la proporción de alimentos con alto contenido de yodo (mariscos).

¡Pero no se requieren procedimientos médicos ni medidas especiales para eliminar la radiación después de una radiografía!

A pesar de las indudablemente graves consecuencias de la exposición a los rayos X, su peligro durante los exámenes médicos no debe sobrestimarse: se llevan a cabo solo en ciertas partes del cuerpo y muy rápidamente. Los beneficios de ellos son muchas veces mayores que el riesgo de este procedimiento para el cuerpo humano.

RADIACION DE RAYOS X

Radiación de rayos X ocupa la región del espectro electromagnético entre la radiación gamma y ultravioleta y es una radiación electromagnética con una longitud de onda de 10-14 a 10-7 m. En medicina, los rayos X se utilizan con una longitud de onda de 5 x 10-12 a 2,5 x 10 -10 m, es decir, 0.05 - 2.5 angstrom, y en realidad para diagnósticos de rayos X - 0.1 angstrom. La radiación es una corriente de cuantos (fotones) que se propagan en línea recta a la velocidad de la luz (300.000 km / s). Estos cuantos no tienen carga eléctrica. La masa de un cuanto es una parte insignificante de la unidad de masa atómica.

Energía de cuantos medido en julios (J), pero en la práctica a menudo utilizan una unidad fuera del sistema "electronvoltio" (eV) ... Un electrón-voltio es la energía que adquiere un electrón cuando pasa una diferencia de potencial de 1 voltio en un campo eléctrico. 1 eV = 1.6 10 ~ 19 J. Las derivadas son kiloelectron-volt (keV), igual a mil eV, y megaelectron-volt (MeV), igual a un millón de eV.

Los rayos X se producen mediante tubos de rayos X, aceleradores lineales y betatrones. En un tubo de rayos X, la diferencia de potencial entre el cátodo y el ánodo objetivo (decenas de kilovoltios) acelera los electrones que bombardean el ánodo. La radiación de rayos X ocurre cuando los electrones rápidos se desaceleran en el campo eléctrico de los átomos de la sustancia del ánodo. (bremsstrahlung) o al reorganizar las capas internas de los átomos (radiación característica) . Rayos X característicos tiene un carácter discreto y surge cuando los electrones de los átomos de la sustancia del ánodo pasan de un nivel de energía a otro bajo la influencia de electrones externos o cuantos de radiación. Radiografía de frenado tiene un espectro continuo que depende del voltaje del ánodo en el tubo de rayos X. Al desacelerar en la sustancia del ánodo, los electrones gastan la mayor parte de su energía en calentar el ánodo (99%) y solo una pequeña fracción (1%) se convierte en energía de rayos X. En el diagnóstico de rayos X, la radiación bremsstrahlung se usa con mayor frecuencia.

Las propiedades básicas de los rayos X son comunes a todas las radiaciones electromagnéticas, pero existen algunas peculiaridades. Los rayos X tienen las siguientes propiedades:

- invisibilidad - las células sensibles de la retina humana no reaccionan a los rayos X, ya que su longitud de onda es miles de veces más corta que la de la luz visible;

- propagación recta - los rayos se refractan, polarizan (se propagan en un plano determinado) y se difractan, como la luz visible. El índice de refracción difiere muy poco de la unidad;

- poder de penetración - penetran sin absorción significativa a través de capas significativas de una sustancia que es opaca a la luz visible. Cuanto más corta sea la longitud de onda, más penetrante será la radiación de rayos X;

- capacidad de absorción - tienen la capacidad de ser absorbidos por los tejidos del cuerpo, todos los diagnósticos de rayos X se basan en esto. La capacidad de absorción depende del peso específico de los tejidos (cuanto más, mayor es la absorción); el grosor del objeto; por la dureza de la radiación;

- acción fotográfica - descomponer los compuestos de haluro de plata, incluidos los que se encuentran en las emulsiones fotográficas, lo que permite obtener imágenes de rayos X;

- efecto luminiscente - provocan la luminiscencia de una serie de compuestos químicos (fósforos), esta es la base de la técnica de transmisión de rayos X. La intensidad del brillo depende de la estructura de la sustancia fluorescente, su cantidad y la distancia de la fuente de rayos X. Los fósforos se utilizan no solo para obtener una imagen de los objetos en estudio en una pantalla de rayos X, sino también en rayos X, donde permiten aumentar el efecto de radiación sobre la película de rayos X en el casete debido al uso. de pantallas amplificadoras, cuya capa superficial está hecha de sustancias fluorescentes;

- efecto de ionización - tienen la capacidad de provocar la desintegración de átomos neutros en partículas cargadas positiva y negativamente, la dosimetría se basa en esto. El efecto de ionización de cualquier medio consiste en la formación de iones positivos y negativos en él, así como electrones libres de átomos neutros y moléculas de materia. La ionización del aire en la sala de rayos X durante el funcionamiento del tubo de rayos X conduce a un aumento de la conductividad eléctrica del aire, un aumento de las cargas eléctricas estáticas en los objetos de la oficina. Para eliminar tal efecto indeseable, se proporciona suministro forzado y ventilación de escape en las salas de rayos X;

- acción biológica - tener un impacto sobre los objetos biológicos, en la mayoría de los casos este impacto es perjudicial;

- ley del cuadrado inverso - para una fuente puntual de radiación de rayos X, la intensidad disminuye en proporción al cuadrado de la distancia a la fuente.

El científico alemán Wilhelm Konrad Roentgen puede considerarse legítimamente el fundador de la radiografía y el descubridor de las características clave de los rayos X.

Luego, allá por 1895, ni siquiera sospechaba de la amplitud de aplicación y popularidad de la radiación X descubierta por él, aunque incluso entonces suscitaron una amplia resonancia en el mundo de la ciencia.

Es poco probable que el inventor pueda adivinar qué beneficio o daño traerá el fruto de su actividad. Pero hoy intentaremos averiguar qué efecto tiene este tipo de radiación en el cuerpo humano.

La radiación X está dotada de un tremendo poder de penetración, pero depende de la longitud de onda y la densidad del material que se irradia;
bajo la influencia de la radiación, algunos objetos comienzan a brillar;
el haz de rayos X afecta a los seres vivos;
gracias a los rayos X comienzan a ocurrir algunas reacciones bioquímicas;
El haz de rayos X puede tomar electrones de algunos átomos y así ionizarlos.

Incluso el propio inventor estaba preocupado principalmente por la cuestión de qué son exactamente los rayos descubiertos por él.

Después de realizar una serie de estudios experimentales, el científico descubrió que los rayos X son ondas intermedias entre la radiación ultravioleta y la gamma, cuya longitud es de 10 a 8 cm.

Las propiedades de los rayos X, que se enumeran anteriormente, son destructivas, pero esto no impide que se utilicen con fines útiles.

Entonces, ¿dónde se pueden usar los rayos X en el mundo moderno?

Se pueden utilizar para estudiar las propiedades de muchas moléculas y formaciones cristalinas.
Para la detección de fallas, es decir, para verificar que las piezas y dispositivos industriales no presenten defectos.
En la industria médica y la investigación terapéutica.

Debido a la corta longitud de toda la gama de estas ondas y sus propiedades únicas, fue posible utilizar la radiación más importante descubierta por Wilhelm Roentgen.

Dado que el tema de nuestro artículo se limita al efecto de los rayos X en el cuerpo humano, que los encuentra solo cuando va al hospital, luego consideraremos exclusivamente esta rama de aplicación.

El científico que inventó los rayos X los convirtió en un regalo invaluable para toda la población de la Tierra, ya que no patentó su creación para su uso posterior.

Desde la Primera Guerra de la Plaga, las unidades portátiles de rayos X han salvado cientos de vidas heridas. Hoy en día, los rayos X tienen dos aplicaciones principales:

Diagnóstico con él.

El diagnóstico por rayos X se utiliza para varias opciones:

fluoroscopia o transiluminación;
radiografía o instantánea;
examen fluorográfico;
Tomografía de rayos X

Ahora tenemos que averiguar en qué se diferencian estos métodos entre sí:

El primer método asume que el sujeto se coloca entre una pantalla especial con una propiedad fluorescente y un tubo de rayos X. Según las características individuales, el médico selecciona la fuerza requerida de los rayos y recibe una imagen de los huesos y los órganos internos en la pantalla.
En el segundo método, se coloca al paciente en una película especial de rayos X en un casete. En este caso, el equipo se coloca encima de la persona. Esta técnica permite obtener una imagen en negativo, pero con detalles más finos que con la fluoroscopia.
El cribado masivo de la población en busca de enfermedades pulmonares permite la fluorografía. En el momento del procedimiento, la imagen se transfiere de un monitor grande a una película especial.
La tomografía le permite obtener imágenes de órganos internos en varias opciones transversales. Se toma toda una serie de imágenes, que en lo sucesivo se denominarán tomografía.
Si conecta la ayuda de una computadora al método anterior, los programas especializados crearán una imagen completa hecha con un escáner de rayos X.

Todos estos métodos de diagnóstico de problemas de salud se basan en la propiedad única de los rayos X de iluminar películas fotográficas. Al mismo tiempo, la capacidad de penetración de los tejidos inertes y otros de nuestro cuerpo es diferente, que se muestra en la imagen.

Después de que se descubrió que otra propiedad de los rayos X influía en los tejidos desde un punto de vista biológico, esta característica comenzó a usarse activamente en la terapia tumoral.

Las células, especialmente las malignas, se dividen muy rápidamente y la propiedad ionizante de la radiación tiene un efecto positivo en la terapia terapéutica y ralentiza el crecimiento tumoral.

Pero la otra cara de la moneda es el efecto negativo de los rayos X en las células de los sistemas hematopoyético, endocrino e inmunológico, que también se dividen rápidamente. Como resultado de la influencia negativa de los rayos X, se manifiesta la enfermedad por radiación.

El efecto de los rayos X en el cuerpo humano.

Literalmente, inmediatamente después de un descubrimiento tan rotundo en el mundo científico, se supo que los rayos X pueden afectar el cuerpo humano:

En el curso de los estudios de las propiedades de los rayos X, resultó que pueden causar quemaduras en la piel. Muy similares a las térmicas. Sin embargo, la profundidad de la lesión fue mucho mayor que las lesiones domésticas y cicatrizaron peor. Muchos científicos que se ocupan de estas insidiosas radiaciones han perdido los dedos de las manos.
A través de prueba y error, se descubrió que si reduce el tiempo y el tiempo de la inversión, se pueden evitar las quemaduras. Posteriormente se empezaron a utilizar pantallas de plomo e irradiación remota de pacientes.
Una perspectiva a largo plazo sobre la nocividad de los rayos muestra que los cambios en la composición de la sangre después de la exposición a la radiación provocan leucemia y envejecimiento prematuro.
La gravedad del efecto de los rayos X en el cuerpo humano depende directamente del órgano que se irradia. Entonces, con la radiografía de la pelvis pequeña, puede ocurrir infertilidad y con el diagnóstico de órganos hematopoyéticos: enfermedades de la sangre.
Incluso la exposición a la radiación más pequeña, pero durante un tiempo prolongado, puede provocar cambios a nivel genético.

Por supuesto, todos los estudios se llevaron a cabo en animales, pero los científicos han demostrado que los cambios patológicos se extenderán a los humanos.

¡IMPORTANTE! Sobre la base de los datos obtenidos, se desarrollaron estándares para la exposición a los rayos X, que son uniformes en todo el mundo.

Dosis de rayos X para el diagnóstico.

Probablemente todos los que abandonan el consultorio del médico después de una radiografía se preguntan cómo afectará este procedimiento a la salud futura.

La exposición a la radiación en la naturaleza también existe y la enfrentamos todos los días. Para que sea más fácil comprender cómo afectan los rayos X a nuestro cuerpo, compararemos este procedimiento con la radiación natural recibida:

con radiografía de tórax, una persona recibe una dosis de radiación equivalente a 10 días de radiación de fondo, y del estómago o los intestinos: 3 años;
una tomografía en una computadora de la cavidad abdominal o de todo el cuerpo, equivalente a 3 años de radiación;
examen de radiografía de tórax - 3 meses;
la extremidad se irradia, prácticamente sin dañar la salud;
Los rayos X dentales, debido a la direccionalidad precisa del haz y al tiempo de exposición mínimo, tampoco son peligrosos.

¡IMPORTANTE! A pesar de que los datos proporcionados, por atemorizantes que parezcan, cumplen con los requisitos internacionales. Sin embargo, el paciente tiene todo el derecho a solicitar remedios adicionales en caso de un gran temor por su bienestar.

Todos nos enfrentamos a un examen de rayos X, y más de una vez. Sin embargo, una categoría de personas fuera de los procedimientos prescritos son las mujeres embarazadas.

El hecho es que los rayos X afectan en gran medida la salud del feto. Estas ondas son capaces de provocar malformaciones intrauterinas como consecuencia del efecto sobre los cromosomas.

¡IMPORTANTE! El período más peligroso para una radiografía es el embarazo antes de las 16 semanas. Durante este período, las más vulnerables son las regiones pélvica, abdominal y vertebral del bebé.

Al conocer esta propiedad negativa de los rayos X, los médicos de todo el mundo intentan evitar recetarlos a mujeres embarazadas.

Pero hay otras fuentes de radiación que puede encontrar una mujer embarazada:

microscopios que funcionan con electricidad;
monitores de televisión en color.

Aquellos que se están preparando para convertirse en madres definitivamente deben conocer el peligro que les acecha. Durante la lactancia, los rayos X no representan una amenaza para el cuerpo de la mujer que amamanta y el bebé.

¿Qué hacer después de la radiografía?

Incluso los efectos más pequeños de la exposición a los rayos X se pueden minimizar siguiendo algunas pautas simples:

Beba leche inmediatamente después del procedimiento. Como saben, es capaz de eliminar la radiación;
el vino blanco seco o el jugo de uva tienen las mismas propiedades;
es aconsejable comer más alimentos que contengan yodo al principio.

¡IMPORTANTE! No debe recurrir a ningún procedimiento médico ni utilizar métodos médicos después de visitar la sala de rayos X.

Cualesquiera que sean las propiedades negativas de los rayos X, una vez abiertos, los beneficios de su uso superan con creces el daño causado. En las instituciones médicas, el procedimiento de transiluminación se realiza de forma rápida y con dosis mínimas.