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Cómo funcionan los rayos X

Cómo funcionan los rayos X
Satisfacer
  1. ¿Qué es una radiografía?
  2. máquina de rayos X
  3. ¿Le hacen daño los rayos X?

¿Qué es una radiografía?

Los rayos X son básicamente los mismos que los rayos de luz visible. Ambas son formas de onda de energía electromagnética transportados por partículas llamadas fotones (consulte Cómo funciona la luz para obtener más detalles). La diferencia entre los rayos X y los rayos de luz visible es la nivel de energía fotones individuales. Esto también se expresa como Longitud de onda rayos.

Nuestros ojos son sensibles a la longitud de onda específica de la luz visible, pero no a la longitud de onda más corta de las ondas de rayos X de alta energía ni a la longitud de onda más larga de las ondas de radio de baja energía.

Los fotones de luz visible y los fotones X son producidos por el movimiento de electrones átomos. Los electrones ocupan diferentes niveles de energía, u orbitales, alrededor del núcleo de un átomo. Cuando un electrón cae en un orbital inferior, debe liberar energía; libera energía adicional en forma de fotón. El nivel de energía del fotón depende de la distancia que recorre el electrón entre los orbitales. (Consulte esta página para obtener una descripción detallada de este proceso).

Cuando un fotón choca con otro átomo, el átomo puede hacer eso. absorber energía fotónica, aumentando un electrón a un nivel superior. Para que esto suceda, el nivel de energía del fotón debe reunión la diferencia de energía entre las dos posiciones de los electrones. De lo contrario, el fotón no puede mover electrones entre orbitales.




Los átomos que forman los tejidos del cuerpo son muy buenos para absorber fotones de luz visible. El nivel de energía del fotón corresponde a varias diferencias de energía entre las posiciones de los electrones. Las ondas de radio no tienen suficiente energía para mover electrones entre los orbitales de átomos más grandes, por lo que atraviesan la mayoría de las cosas. Los fotones X también atraviesan la mayoría de las cosas, pero por la razón opuesta: tienen mucha energía.

Otros usos de las radiografías
Las contribuciones más importantes de la tecnología de rayos X se han producido en el mundo médico, pero los rayos X también han jugado un papel crucial en muchos otros campos. Los rayos X han jugado un papel central en la investigación que involucra la teoría de la mecánica cuántica, la cristalografía y la cosmología. En el mundo industrial, los escáneres de rayos X se utilizan a menudo para detectar defectos menores en equipos de metales pesados. Y los escáneres de rayos X obviamente se han convertido en un equipo estándar en la seguridad de los aeropuertos.

Sin embargo, pueden alejar completamente un electrón de un átomo. Parte de la energía en el fotón de rayos X trabaja para separar el electrón del átomo y el resto hace que el electrón vuele al espacio. Es más probable que un átomo más grande absorba un fotón de rayos X de esta manera, porque los átomos más grandes tienen mayores diferencias de energía entre los orbitales; el nivel de energía se corresponde más estrechamente con la energía del fotón. Los átomos más pequeños, donde los orbitales de los electrones están separados por rebotes de energía relativamente pequeños, tienen menos probabilidades de absorber fotones de los rayos X.

Los tejidos blandos de su cuerpo están formados por átomos más pequeños, por lo que no absorben muy bien los fotones de rayos X. Los átomos de calcio que forman sus huesos son mucho más grandes, por lo que son mejores. absorben fotones de los rayos X..

En la siguiente sección, veremos cómo las máquinas de rayos X aplican este efecto.

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máquina de rayos X

El corazón de una máquina de rayos X es un archivo par de electrodos – un cátodo y un ánodo – que está dentro de un tubo de vacío de vidrio. El cátodo es un filamento calentado, como puedes encontrar en una vieja lámpara fluorescente. La máquina pasa corriente a través del filamento y lo calienta. El calor rocía electrones sobre la superficie del filamento. El ánodo cargado positivamente, un disco plano en tungsteno, atrae electrones a través del tubo.


Cómo funcionan los rayos X

La diferencia de voltaje entre el cátodo y el ánodo es extremadamente alta, por lo que los electrones atraviesan el tubo con gran fuerza. Cuando un electrón en aceleración choca con un átomo de tungsteno, lanza un electrón a uno de los orbitales inferiores del átomo. Un electrón en un orbital superior cae inmediatamente al nivel de energía más bajo, liberando su energía extra en forma de fotón. Es una gran caída, por lo que el fotón tiene un alto nivel de energía: es un fotón de rayos X.


Cómo funcionan los rayos X
El electrón libre choca con el átomo de tungsteno, lo que hace que un electrón salga de un orbital inferior. Un electrón orbital superior llena la posición vacía, liberando su exceso de energía en forma de fotón.

Los electrones libres también pueden generar fotones sin llegar a un átomo. El núcleo de un átomo puede atraer un electrón lo suficientemente rápido como para cambiar su trayectoria. Como un cometa que gira alrededor del Sol, el electrón se ralentiza y cambia de dirección cuando pasa frente al átomo. Esta acción de “frenado” hace que el electrón emita un exceso de energía en forma de fotón de rayos X.


Cómo funcionan los rayos X
El electrón libre es atraído por el núcleo del átomo de tungsteno. A medida que pasa el electrón, el núcleo cambia de curso. El electrón pierde energía, que se libera en forma de fotón de rayos X.

Medios de contraste

En una imagen de rayos X normal, la mayor parte del tejido blando no es claramente visible. Para concentrarse en los órganos o examinar los vasos sanguíneos que forman el sistema circulatorio, los médicos deben presentar Contraste medio en el cuerpo.

Los medios de contraste son líquidos que absorben los rayos X con mayor eficacia que los tejidos circundantes. Para ajustar los órganos digestivos y endocrinos, el paciente ingiere una mezcla de medio de contraste, generalmente un compuesto de bario. Si los médicos quieren examinar los vasos sanguíneos u otras partes del sistema circulatorio, inyectan medio de contraste en el torrente sanguíneo del paciente.

Los medios de contraste se utilizan a menudo junto con un archivo. fluoroscopio. En la fluoroscopia, los rayos X atraviesan el cuerpo en una pantalla fluorescente, creando una imagen de rayos X en movimiento. Los médicos pueden usar la fluoroscopia para rastrear el paso del medio de contraste a través del cuerpo. Los médicos también pueden grabar imágenes de rayos X en movimiento en películas o videos.

Las colisiones de alto impacto involucradas en la producción de rayos X generan mucho calor. Un motor hace girar el ánodo para evitar que se derrita (el haz de electrones no siempre se enfoca en la misma área). Un baño de aceite frío que envuelve la caja también absorbe calor.

Todo el mecanismo está rodeado por una gruesa pantalla de plomo. Esto evita que los rayos X se escapen en todas direcciones. Una pequeña ventana en la pantalla permite que algunos de los fotones de rayos X escapen en un haz estrecho. El haz pasa a través de una serie de filtros de camino al paciente.

Una cámara al otro lado del paciente registra el patrón de rayos X que atraviesa todo el cuerpo del paciente. La cámara de rayos X utiliza la misma tecnología de película que una cámara normal, pero la luz de rayos X desencadena la reacción química en lugar de la luz visible. (Consulte Cómo funciona la película fotográfica para obtener más información sobre este proceso).

Como regla general, los médicos mantienen la imagen de la película como un archivo. negativo. En otras palabras, las áreas expuestas a más luz aparecen más oscuras y las áreas expuestas a menos luz aparecen más claras. El material duro, como el hueso, se ve blanco y el material más blando se ve negro o gris. Los médicos pueden desarrollar diferentes materiales, variando la intensidad del haz de rayos X.

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¿Le hacen daño los rayos X?

Los rayos X son una maravillosa adición al mundo médico; permiten a los médicos examinar el interior de un paciente sin ninguna cirugía. Es mucho más fácil y seguro observar un hueso roto mediante rayos X que abrir a un paciente.

Pero los rayos X también pueden ser dañinos. En los primeros días de la ciencia de los rayos X, muchos médicos se exponían a ellos mismos y a sus pacientes a rayos X durante largos períodos de tiempo. Finalmente, los médicos y los pacientes comenzaron a desarrollar enfermedad por radiacióny la comunidad médica sabía que algo andaba mal.

El problema es que los rayos X son una forma de Radiación ionizante. Cuando la luz normal incide en un átomo, no puede cambiar el átomo de manera significativa. Pero cuando un rayo X golpea un átomo, puede enviar electrones fuera del átomo para crear un ion, un átomo cargado eléctricamente. Luego, los electrones libres chocan con otros átomos para crear más iones.

La carga eléctrica de un ion puede provocar reacciones químicas no naturales dentro de las células. Entre otras cosas, la carga puede romper cadenas de ADN. Una célula con una hebra de ADN rota morirá o el ADN mutará. Si mueren demasiadas células, el cuerpo puede desarrollar varias enfermedades. Si el ADN muta, una célula puede volverse cancerosa y ese cáncer puede diseminarse. Si la mutación está en un espermatozoide o en un óvulo, puede provocar defectos de nacimiento. Debido a todos estos riesgos, los médicos de hoy utilizan los rayos X con moderación.

Incluso con estos riesgos, las radiografías siguen siendo una opción más segura que la cirugía. Las máquinas de rayos X son una herramienta invaluable en medicina, así como un recurso para la seguridad y la investigación científica. Realmente son uno de los inventos más útiles de todos los tiempos.

Para obtener más información sobre rayos X y máquinas de rayos X, consulte los enlaces en la página siguiente.

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Galería de fotos de la medicina moderna

fractura de rayos x de hueso
© iStockphoto.com / Mayormente Mozart
La tecnología de rayos X nos ha permitido ver el interior del cuerpo humano desde 1895. Vea más imágenes de la medicina moderna.

Como ocurre con muchos descubrimientos monumentales de la humanidad, Tecnología de rayos X fue completamente inventado por accidente. En 1895, un físico alemán llamado Wilhelm Roentgen hizo el descubrimiento durante la experimentación haces de electrones en un tuberia de drenaje. Roentgen notó que una pantalla fluorescente en su laboratorio comenzó a brillar cuando se encendió el haz de electrones. Esta respuesta en sí misma no fue tan sorprendente – un material fluorescente normalmente brilla en respuesta a la radiación electromagnética – pero el tubo Roentgen estaba rodeado por cartón negro pesado. Roentgen especuló que esto bloquearía la mayor parte de la radiación.

Roentgen colocó varios objetos entre el tubo y la pantalla y la pantalla seguía encendida. Finalmente, puso su mano frente al tubo y vio el contorno de sus huesos proyectado en la pantalla fluorescente. Inmediatamente después de descubrir los propios rayos X, descubrió su aplicación más ventajosa.

El extraordinario descubrimiento de Roentgen precipitó uno de los avances médicos más importantes de la historia de la humanidad. La tecnología de rayos X permite a los médicos ver directamente a través del tejido humano para examinar huesos rotos, cavidades y objetos ingeridos con extraordinaria facilidad. Se pueden utilizar procedimientos radiográficos modificados para examinar tejidos más blandos, como pulmones, vasos sanguíneos o intestinos.

En este artículo, descubriremos exactamente cómo las máquinas de rayos X hacen este increíble truco. Al final, el proceso básico es bastante simple.

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