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UNIDAD I GENERALIDADES Y FÍSICAS DE LOS RAYOS X 1. Relación de la radiología dental con distintas especialidades odontológicas. 2. Historia de los rayos “X”. 2.1 Científicos que precedieron al descubrimiento de los rayos “X”. La historia de los rayos X comienza con los experimentos del científico británico William Crookes, que investigó en el siglo XIX los efectos de ciertos gases al aplicarles descargas de energía. Estos experimentos se desarrollaban en un tubo vacío, y electrodos para generar corrientes de alto voltaje. Él lo llamó tubo de Crookes. Pues bien, este tubo, al estar cerca de placas fotográficas, generaba en las mismas algunas imágenes borrosas. Pese al descubrimiento, Crookes no continuó investigando este efecto. Es así como Nikola Tesla, en 1887, comenzó a estudiar este efecto creado por medio de los tubos de Crookes. Una de las consecuencias de su investigación fue advertir a la comunidad científica el peligro para los organismos biológicos que supone la exposición a estas radiaciones. Pero hasta el 8 de noviembre de 1895 no se descubrieron los rayos X; el físico Wilhelm Conrad Röntgen, realizó experimentos con los tubos de Hittorff-Crookes (o simplementetubo de Crookes) y la bobina de Ruhmkorff. Analizaba los rayos catódicos para evitar la fluorescencia violeta que producían los rayos catódicos en las paredes de un vidrio del tubo. Para ello, crea un ambiente de oscuridad, y cubre el tubo con una funda de cartón negro. Al conectar su equipo por última vez, llegada la noche, se sorprendió al ver un débil resplandor amarillo-verdoso a lo lejos: sobre un banco próximo había un pequeño cartón con una solución de cristales de platino- cianuro de bario, en el que observó un oscurecimiento al apagar el tubo. Al encender de nuevo el tubo, el resplandor se producía nuevamente. Retiró más lejos la solución de cristales y comprobó que la fluorescencia se seguía produciendo, así repitió el experimento y determinó que los rayos creaban una radiación muy penetrante, pero invisible. Observó que los rayos atravesaban grandes capas de papel e incluso metales menos densos que el plomo. En las siete semanas siguientes, estudió con gran rigor las características propiedades de estos nuevos y desconocidos rayos. Pensó en fotografíar este fenómeno y entonces fue cuando hizo un nuevo descubrimiento: las placas fotográficas que tenía en su caja estaban veladas. [cita requerida] Intuyó la acción de estos rayos sobre la emulsión fotográfica y se dedicó a comprobarlo. Colocó

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UNIDAD I

GENERALIDADES Y FÍSICAS DE LOS RAYOS X

1. Relación de la radiología dental con distintas especialidades

odontológicas.

2. Historia de los rayos “X”.

2.1 Científicos que precedieron al descubrimiento de los rayos “X”.

La historia de los rayos X comienza con los experimentos del científico británico William Crookes, que

investigó en el siglo XIX los efectos de ciertos gases al aplicarles descargas de energía. Estos

experimentos se desarrollaban en un tubo vacío, y electrodos para generar corrientes de alto voltaje. Él

lo llamó tubo de Crookes. Pues bien, este tubo, al estar cerca de placas fotográficas, generaba en las

mismas algunas imágenes borrosas. Pese al descubrimiento, Crookes no continuó investigando este

efecto.

Es así como Nikola Tesla, en 1887, comenzó a estudiar este efecto creado por medio de los tubos de

Crookes. Una de las consecuencias de su investigación fue advertir a la comunidad científica el peligro

para los organismos biológicos que supone la exposición a estas radiaciones.

Pero hasta el 8 de noviembre de 1895 no se descubrieron los rayos X; el físico Wilhelm Conrad

Röntgen, realizó experimentos con los tubos de Hittorff-Crookes (o simplementetubo de Crookes) y

la bobina de Ruhmkorff. Analizaba los rayos catódicos para evitar la fluorescencia violeta que producían

los rayos catódicos en las paredes de un vidrio del tubo. Para ello, crea un ambiente de oscuridad, y

cubre el tubo con una funda de cartón negro. Al conectar su equipo por última vez, llegada la noche, se

sorprendió al ver un débil resplandor amarillo-verdoso a lo lejos: sobre un banco próximo había un

pequeño cartón con una solución de cristales de platino-cianuro de bario, en el que observó un

oscurecimiento al apagar el tubo. Al encender de nuevo el tubo, el resplandor se producía nuevamente.

Retiró más lejos la solución de cristales y comprobó que la fluorescencia se seguía produciendo, así

repitió el experimento y determinó que los rayos creaban una radiación muy penetrante, pero invisible.

Observó que los rayos atravesaban grandes capas de papel e incluso metales menos densos que

el plomo.

En las siete semanas siguientes, estudió con gran rigor las características propiedades de estos nuevos

y desconocidos rayos. Pensó en fotografíar este fenómeno y entonces fue cuando hizo un nuevo

descubrimiento: las placas fotográficas que tenía en su caja estaban veladas.[cita requerida] Intuyó la acción

de estos rayos sobre la emulsión fotográfica y se dedicó a comprobarlo. Colocó una caja de madera con

unas pesas sobre una placa fotográfica y el resultado fue sorprendente. El rayo atravesaba la madera e

impresionaba la imagen de las pesas en la fotografía. Hizo varios experimentos con objetos como una

brújula y el cañón de una escopeta. Para comprobar la distancia y el alcance de los rayos, pasó al

cuarto de al lado, cerró la puerta y colocó una placa fotográfica. Obtuvo la imagen de la moldura, el

gozne de la puerta e incluso los trazos de la pintura que la cubría.

Un año después ninguna de sus investigaciones ha sido considerada como casual. El 22 de diciembre,

un día memorable, se decide a realizar la primera prueba con humanos. Puesto que no podía manejar

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al mismo tiempo su carrete, la placa fotográfica de cristal y exponer su propia mano a los rayos, le pidió

a su esposa que colocase la mano sobre la placa durante quince minutos. Al revelar la placa de cristal,

apareció una imagen histórica en la ciencia. Los huesos de la mano de Berta, con el anillo flotando

sobre estos: la primera imagen radiográfica del cuerpo humano. Así nace una rama de la Medicina:

la Radiología.

El descubridor de estos tipos de rayos tuvo también la idea del nombre. Los llamó "rayos incógnita", o lo

que es lo mismo: "rayos X" porque no sabía que eran, ni cómo eran provocados. Rayos desconocidos,

un nombre que les da un sentido histórico. De ahí que muchos años después, pese a los

descubrimientos sobre la naturaleza del fenómeno, se decidió que conservaran ese nombre.

La noticia del descubrimiento de los rayos "X" se divulgó con mucha rapidez en el mundo. Röntgen fue

objeto de múltiples reconocimientos, el emperador Guillermo II de Alemania le concedió la Orden de la

Corona, fue honrado con la medalla Rumford de la Real Sociedad de Londres en 1896, con la medalla

Barnard de la Universidad de Columbia y con elpremio Nobel de Física en 1901.

El descubrimiento de los rayos "X" fue el producto de la investigación, experimentación y no por

accidente como algunos autores afirman; W.C. Röntgen, hombre de ciencia, agudo observador,

investigaba los detalles más mínimos, examinaba las consecuencias de un acto quizás casual, y por

eso tuvo éxito donde los demás fracasaron. Este genio no quiso patentar su descubrimiento

cuando Thomas Alva Edison se lo propuso, manifestando que lo legaba para beneficio de la humanidad.

2.2 W.C. Roentgen

2.3 Primeras aplicaciones de los rayos “X” en odontología.

Las bases que llevaron al descubrimiento de los rayos X datan del siglo XVII cuando nacieron las ciencias del magnetismo y de la electricidad. 1785 GUILLERMO MORGAN, miembro de la ROYAL SOCIETY de Londres, presentó ante esta sociedad una comunicación en la cual describe los experimentos que había hecho sobre fenómenos producidos por una descarga eléctrica en el interior de un tubo de vidrio. Habla que cuando no hay aire, y el vacío es lo mas perfecto posible, no puede pasar ninguna descarga eléctrica, pero al entrar una muy pequeña cantidad de aire, el vidrio brilla con un color verde, Morgan, sin saberlo había producido rayos X y su sencillo aparato representaba el primer tubo de rayos X. Las manos de la Sra. ROENTGEN no tenían nada en especial, y sin embargo se han convertido en las más famosas de la HISTORIA DE LA CIENCIA. Todo gracias a que en 1895 su marido WILHELM CONRAD ROENTGEN, se le ocurrió practicar en ellas un audaz experimento. Las expuso durante largo tiempo a la radiación de un tubo de CROOKES y colocó debajo una placa de fotografía. El resultado fue la primera radiografía de la historia. Suele decirse que el descubrimiento de los rayos X, como otros muchos avances de la ciencia se produjeron de manera casual, y en cierto modo es así. WILHELM CONRAD ROENTGEN (1845-1923),estudiaba el comportamiento de los electrones emitidos por un tubo de crookes, (llamado así en honor a su inventor, el químico y físico británico WILLIAM CROOKES especie de ampolla de cristal cerrada casi totalmente al vacío que produce una serie de relámpagos violáceos. Un día, descubrió que estos destellos eran capaces de iluminar unos frascos de sales de bario colocados en el mismo laboratorio , lo extraordinario era que el tubo estaba envuelto en papel negro y entre el y los frascos había varias planchas de madera y unos gruesos libros. Aquellas radiaciones habían atravesado todos los obstáculos como por arte de magia Así decidió patentar su revolucionario invento: LOS RAYOS X, por cierto, él eligió éste nombre porque no tenía idea de la naturaleza exacta de lo que acaba de descubrir. Al primitivo tubo de CROOKES luego lo sustituyó el llamado tubo de COOLIDGE en el que el vacío es total. Dentro de él los electrones liberados por un cátodo golpean contra un obstáculo que puede ser una placa de tungsteno y producen una temperatura de varios millones de grados además de la consabida radiación Sin embargo, se informo que el profesor WIHELM KOENIG en Fransksfurth, realizó catorce radiografías dentales en febrero de 1896, y que en el mismo mes, el doctor OTTO WALKOFF le pidió a su colega y amigo FRITDRICH GUSEL, un profesor de Química y Física, le tomara una radiografía de sus molares. En Francia la fosforescencia había sido estudiada con entusiasmo por ALEXANDRE-EDMOND BECQUEREK, un científico fallecido 5 años antes del descubriendo de ROENTGEN, y cuyo hijo HENRRI estaba presente en la academia durante el anuncio de este descubrimiento. HENRRI BECQUEREL, quien contaba con un doctorado de Soborna, y era director del MUSEO DE HISTORIA NATURAL EN PARIS Al escuchar las noticias de los rayos X , decidió investigar de inmediato si los cuerpos fosforescentes emitirán rayos similares. Su idea era averiguar si la fosforescencia de tubo de rayos catódicos de Roentgen seria la fuente emisora de rayos X En la sesión siguiente de la academia Becquerel ya tenia resultados que presentar. Usando “sales cristalinas de uranio, que se sabia poseían

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propiedades fosforescentes , dispuestas con laminillas de formar una capa delgada y transparente, se envuelve una capa fotográfica con hojas de papel negro muy gruesas de modo que la capa no se vele por una exposición de sol, durante el día. Se pone sobre la hoja de papel en el exterior, una placa de la sustancia fosforescente y se expone durante un día . Se pone sobre la hoja de papel, en el exterior, una placa de sustancia fosforescente y se expone al sol varias horas. Se debe concluir de estos experimentos, que las sustancias fosforescentes en cuestión emiten radiaciones que atraviesan el papel opaco a la luz y reducen las sales de la plata.” Pasada una semana después concluyo el segundo reporte a la Academia, proponiendo “ Una hipótesis que se presenta de manera natural al espíritu sería suponer que éstas radiaciones, cuyos efectos tiene gran analogía con los efectos producidos por las radiaciones estudiadas por los Sres. LENARD Y ROENTGEN, serían radiaciones invisibles emitidas por fosforescencia” Los experimentos que YO hago en éste momento podrán aportar alguna aclaración sobre este nuevo tipo de fenómeno. BECQUEREL había descubierto la radioactividad, pero su explicación estaba incorrecta. EDMUND KELLS ; 1899 CIRUJANO DENTISTA DE Nueva ORLEANS, fue el primero en verificar si un conducto radicular había sido obturado y el que tomó la primera radiografía dental en los Estados Unidos logra disminuir el tiempo de exposición. No quiso experimentar en ningún colaborador haciéndolo en él mismo, por lo que perdió una mano, siguió tratando de mejorar el tiempo de exposición llegando así a perder la otra mano y después se suicidó. Durante decenios de años se practicó la radiografía en forma desordenada ,y sin medidas de seguridad. En el curso de los primeros años de experiencia, los numerosos radiólogos perdieron sus manos por ello, lo que demostró los efectos perversos de la radiación. Unos meses después del descubrimiento de los rayos X se crearon los primeros tubos de rayos X con finalidad médica y mas tarde en la guerra de Sudán de 1897, se utilizaron los primeros sistemas de visualización portátil Uno de los pioneros de la radiación médica fue ANTONIE BECLERE, médico francés que llegó a describir “ ESTA VIA ME PARECIO COMO EL CAMINO DE LA TIERRA PROMETIDA” En ésta época BECLERE no paró de estudiar, practicar y publicar el resultado de sus investigaciones. En poco tiempo creó el servicio de enseñanza radiología y sin embargo durante décadas de radiología, se utilizó como un mero complemento de diagnostico con aplicaciones muy limitadas. Aun así, los manipuladores de las nuevas máquinas se dieron cuenta muy pronto de que las radiaciones de aquellos rayos mágicos actuaban sobre las células, destruyéndolas. Pero incluso a este inconveniente se le hallo inmediatamente utilidad ; ya en 1904 se registraron 33 casos de cáncer en piel y uno de cáncer de ovario curado por los rayos X. Hubo dos mejoras muy notables, por un lado, la considerable mejora de los reportes de imágenes fotográficas con emulsiones y materiales más sensibles. Por otro, en los años sesenta la invención del llamado intensificador de imagen que permitía registrar por computadora las informaciones enviadas por rayos X , así el radiólogo podía recibir directamente las imágenes sobre una pantalla como la de la t.v. y obtuvo varias vistas de gran calidad con una radiación reducida a la décima parte necesaria para una placa. Uno de los últimos avances es el de la llamada radiografía intervencionista. Esta técnica permite al médico en directo , ó, sea sin abandonar la sala quirúrgica. El ESCANER invento revolucionario de la historia de las observaciones radiológicas. La gran limitación de las placas de la radiografía es que ofrecen una visión bidimensional de un objeto tridimensional. El escáner basado en los rayos X ofrece una visión tridimensional , la impresión del rayo no es recogida por una placa sensible ó un amplificador de brillantes, sino por un detector fotoeléctrico que transforma directamente la energía X en una corriente eléctrica. De éste modo se limitan las radiaciones, la adquisición de la imagen de la pantalla no necesita sino algunos segundos. En el escáner los detectores fotoeléctricos son de pequeñas dimensiones y, por lo tanto captan imágenes de áreas reducidas aunque en capas sucesivas, como las finas rebanadas de jamón . Pero se necesita una reconstrucción informática, el número de capas debe ser mayor y el tiempo de exposición a los rayos aumenta por otro lado .Además el paciente puede moverse durante la operación y la imagen reconstruida pierde precisión y así la imagen final nos gratifica produciendo imágenes nunca vistas y permite abrir la mágica puerta del mundo de tres dimensiones. WALEED S. HADDAD, físico el LAWRENCE LIVE neose laboratorio de CALIFORNIA, inventó el tomógrafo de rayos X de ultra alta revolución que mezcla un tubo de baja radiación X , con un microscopio de rayos X, su aparato puede distinguir dos puntos que se sitúen a solo 0.000001 centímetros con él, los investigadores pretenden reducir la TERCERA DIMENSIÓN, la historia vital de una célula del esperma humano.En 1930 empieza la TOMOGRAFIA EN FRANCIA con VOCAGE.En 1950 se descubre el intensificador de imágenes y la automatización. En 1958 el uso médico de los ultrasonidos empieza su aplicación en ginecología y obstetricia. En los 60’s se ha desarrollado el ESCANER ; es un estudio de la absorción de un haz de rayos mediante ordenador. HOUNSFIELD uno de los investigadores recibió el premio NOVEL. Ha sido la primera gran aplicación de la informática en la radiología.Mas recientemente ha aparecido la RESONANCIA NUCLEAR MAGNETICA (RNM) que parece revolucionar de nuevo la imagen diagnostica. Las imágenes obtenidas mediante la utilización de campos magnéticos potentes son extremadamente precisas y no parecen producir ningún riesgo al paciente. Aunque no es RAYO X es lo más nuevo en ayuda para diagnostico. LA RADIOGRAFIA ES LA PRODUCCION DE UNA IMAGEN FOTOGRAFICA DE UN OBJETO MEDIANTE EL USO DE LOS RAYOS X Y PASAN ATRAVES DE UN OBJETO LLEGANDO A UNA PELICULA. EN ODONTOLOGIA SE UTILIZAN PARA PROVEER INFORMACION SOBRE LOS TEJIDOS PROFUNDOS NO VISIBLES A SIMPLE VISTA.

IMPORTANCIA DE LA RADIOLOGIA EN ODONTOLOGIA.Hoy en día está establecido de manera universal el uso de la radiología mental con propósitos de diagnostico y

seguimiento de los tratamientos realizados en Odontología.Antes de la aparición de la radiología, dar un diagnostico de padecimientos desconocidos representaba un problema y

los dentistas en su afán de curar una enfermedad incluso podían producir un daño mayor.RESEÑA HISTORICA DE LA RADILOGIA DENTAL.

14 días después de que ROENTGEN anunciara su descubrimiento, el DR. OTTO WALKHOFF de Braunschweig, Alemania, realizó la primera radiografía dental . Su tiempo de exposición fue de 23 minutos. El Dr. EDMUND KELLS, tomo la primera radiografía intraoral ; fue el primer dentista que utilizó la radiografía para procedimientos Odontológicos. En

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los incipientes días de la radiografía dental es difícil lograr exposiciones para reproducir y que fueran uniformes debido a la variedad de gases contenidos dentro del tubo. La practica recomendada por Kells, era colocar la mano del operador entre el tubo y el fluoroscopio, para poner el tiempo de exposición cada vez que se usara el aparato. La practica daría por resultado la aparición de lesiones malignas . WILLIAM HERBERT ROLLINS invento la primera unidad dental de rayos X en 1896. WILLIAM D. COOLIDGE un empleado de la compañía General ELECTRIC en el año de 1913 fue el descubridor del tubo de tungsteno al alto vacío con energía estable y reproducible. En los primeros días de radiología dental, todas las películas intraorales eran envueltas a mano por el operador o asistente. La compañía EASTMAN KODAK fabricó películas intraorales con envoltura en el año de 1913. Entonces fue fabricado el primer aparato dental de rayos X, con motivo comercial por la compañía AMERICANA DE APARATOS DE RAYOS X. Se le conoce como el padre de la radiología dental moderna al DR. F. GORDON FITZGERALD, este logro el desarrollo de la técnica de paralelismo del cono largo. El DR. HOWARD RILEY RAPER de INDIANAPOLIS, Indiana en 1924, invento la película de aleta mordible, y escribió el primer libro de texto de radiología dental. El tubo que invento Coolidge en 1913 tuvo aplicación hasta 1923 que se coloco en el interior de una versión miniatura del tubo de la cabeza del aparato de rayos X, inmersa en aceite. Este fue el precursor de todos los modernos aparatos dentales de rayos X. Se fabricó por la COIRPORACION DE RAYOS X VICTOR DE CHICAGO, que se convirtiera en CORPORACION DE RAYOS X GENERAL ELECTRIC

DESARROLLO HISTORICO DE LA EVOLUCION DE TECNICA S DE RADIOLOGIA DENTAL.El DR. FRED M. MEDWEDEFF en 1960 desarrollo la técnica de colimación rectangular. El DR. WILLIAM UPDEGRAVE , fue el autor de la técnica de paralelismo de extensión del cono largo, para ambas colimaciones, rectangular y regular. El doctor UPDEGRAVE también practicó la técnica del plano agudo de la articulación temporomandibular. RADIOLOGIA PANORAMICA Aunque la primera radiología panorámica se publicara por el profesor YRJO V. PAATERO de HELSINKI, FINLANDIA, el primer aparato de rayos X panorámico que se produjo con propósitos comerciales fue el PANOREX fabricado por la compañía S.S.WHITE. Muchos del primer trabajo encaminado al perfeccionamiento del aparato lo realizó JOHN W. KAMPULA, GEORGE DICKSON y el doctor DONAL HUDSON. Pero es aceptado que el padre de la radiología panorámica es el profesor PAATERO. El DR. EIKO SAIRENJI del Japón, fue el primero en realizar el término ORTOPANTOMOGRAFO para describir la película panorámica. RESUMEN CRONOLÓGICO. 1895. Descubrimiento de los Rayos X. W.C Roentgen. 1896 Primera radiología dental O. Walkhoff. 1896 Primera radiografía dental en los Estados Unidos ( en cráneo) W.J.Morton. 1896 Primera radiología dental en los Estados Unidos (en paciente) C. E. Kells. 1901 Primer documento sobre los peligros de los rayos X W. H. Rollins. 1904 Presentación de la técnica de bisectriz W. A. Price. 1913 Primeras películas dentales preenvueltas Eastman Kodak comp.. 1913 Primer tubo de los rayos X. W. D. Coolidge. 1920 Primer paquete de película hecho a máquina Eastman Kodak comp.. 1923 Primer aparato dental de rayos X Victor X-RayCorporation de Ch. 1925 Primer texto de radiología dental. H. R. Raper. 1925 Presentación de la técnica de aleta mordible H. R. Raper 1947 Presentación de la técnica de Paralelismo con cono largo F.G Fitzgerald 1957 Primer aparato dental de rayos X de kilovoltaje variable. General Electric.

Radiaciones Ionizantes.La radiación ionizante se define como aquella capaz de producir iones al quitar o agregar un electrón a un átomo; se clasifica en dos grupos: Radiación de partículas. Se debe a partículas pequeñas de materia que poseen masa y viajan en línea recta a gran velocidad, transmiten energía cinética por medio de masa pequeñas con movimientos muy rápidos. Radiación electromagnética. Se define como la propagación de energía en forma de onda, sin masa a través del espacio o materia. Partícula. Este identifica las radiaciones electromagnéticas como haces discretos de energía llamadas fotones ó cuantos. Ionización. Los átomo pueden existir en un estado neutro ó en un desequilibrio eléctrico. La mayor parte de los átomos son neutros. Un átomo normal contiene un número igual de protones y electrones, uno que tenga un nivel extremo no saturado está desequilibrado eléctricamente e intenta capturar algún electrón de algún átomo adyacente. La ionización es la producción de iones, o el proceso de convertir un átomo en Ion; la ionización trata solo de electrones y requiere energía suficiente para sobrepasar la fuerza electrostática que une el electrón al núcleo. Cuando se saca un electrón de un átomo en el proceso de ionización, se produce un Ion par. El átomo se hace un Ion positivo, y el electrón eliminado se convierte en un Ion negativo. Radiación. La radiación es la emisión y propagación de energía a través del espacio ó una sustancia en forma de ondas ó partículas. Radioactividad. Se define como el proceso por medio del cual ciertos átomos ó elementos inestables sufren desintegración espontánea ó mueren en un esfuerzo por obtener un estado nuclear mas equilibrado.

Tipos de Rayos XLa radiación X es una radiación electromagnética ionizante de alta energía; al igual que todas las radiaciones electromagnéticas tiene las propiedades de ondas y partículas. Los rayos X se definen como haces de energía de menor peso( fotones) sin una carga eléctrica, que viaja en ondas con una frecuencia especifica a la velocidad de la luz.

PROPIEDADES DE LOS RAYOS X

Entre las muchas propiedades de los rayos X tenemos 4 como las mas importantes para la radiología :1.- Capacidad para causar fluorescencia en ciertas substancias.2.- Son capaces de atravesar el cuerpo humano, tanto mas fácilmente cuanto más penetrantes son ( mas alto voltaje ).3.- Capacidad de los Rayos X para formar una imagen latente en la emulsión de la película.

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4.- Los rayos X tienen efectos biológicos que se utilizan en radioterapia.5.- Son invisibles y no se pueden detectar con ninguno de los sentidos6.- No tienen masa ni peso.7.- Viajan a la velocidad luz. (300,000 km/seg)..8.-Los rayos X no tienen carga9.- Viajan en líneas rectas y se pueden desviar o dispersar.10.- Viajan en ondas y tienen longitudes de onda corta con una frecuencia alta.11.- Pueden causar cambios biológicos en las células vivas.

3. Física de los rayos “X”.

3.1. Teoría atómica.

3.1.1 Dalton: Teoría atómica de Dalton.

Las leyes ponderales de las combinaciones químicas encontraron una explicación satisfactoria en la teoría atómica formulada por DALTON en 1803 y publicada en 1808. Dalton reinterpreta las leyes ponderales basándose en el concepto de átomo. Establece los siguientespostulados o hipótesis, partiendo de la idea de que la materia es discontinua:

Los elementos están constituidos por átomos consistentes en partículas materiales

separadas e indestructibles;

Los átomos de un mismo elemento son iguales en masa y en todas las demás cualidades.

Los átomos de los distintos elementos tienen diferentes masa y propiedades

Los compuestos se forman por la unión de átomos de los correspondientes elementos en

una relación numérica sencilla. Los «átomos» de un determinado compuesto son a su vez idénticos en masa y en todas sus otras

propiedades.

Aunque el químico irlandés HIGGINS, en 1789, había sido el primero en aplicar la hipótesis atómica a las reacciones químicas, es Dalton quien le comunica una base más sólida al asociar a los átomos la idea de masa.

Los átomos de DALTON difieren de los átomos imaginados por los filósofos griegos, los cuales los suponían formados por la misma materia primordial aunque difiriendo en forma y tamaño. La hipótesis atómica de los antiguos era una doctrina filosófica aceptada en sus especulaciones científicas por hombres como GALILEO, BOYLE, NEWTON, etc., pero no fue hasta DALTON en que constituye una

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verdadera teoría científica mediante la cual podían explicarse y coordinarse cuantitativamente los fenómenos observados y las leyes de las combinaciones químicas.

La teoría atómica constituyó tan sólo inicialmente una hipótesis de trabajo, muy fecunda en el desarrollo posterior de la Química, pues no fue hasta finales del siglo XIX en que fue universalmente aceptada al conocerse pruebas físicas concluyentes de la existencia real de los átomos. Pero fue entonces cuando se llegó a la conclusión de que los átomos eran entidades complejas formadas por partículas más sencillas y que los átomos de un mismo elemento tenían en muchísimos casos masa distinta. Estas modificaciones sorprendentes de las ideas de DALTON acerca de la naturaleza de los átomos no invalidan en el campo de la Química los resultados brillantes de la teoría atómica.

Justificación de las leyes ponderales.

Las suposiciones de DALTON permiten explicar fácilmente las leyes ponderales de las combinaciones químicas, ya que la composición en peso de un determinado compuesto viene determinada por el número y peso de los átomos elementales que integran el «átomo» del compuesto.

Ley de la conservación de la materia.

Por ser los átomos indivisibles e indestructibles los cambios químicos han de consistir únicamente en un reagrupamiento de átomos y, por tanto, no puede haber en el mismo variación alguna de masa al no variar el número de átomos presentes.

Ley de las proporciones definidas.

Si se combinan n átomos del elemento A con m átomos del elemento B y los pesos respectivos de estos átomos son a y b

Ley de las proporciones múltiples.

Si dos elementos se unen en varias proporciones para formar distintos compuestos quiere decir que sus átomos se unen en relaciones numéricas diferentes. Si un átomo del elemento A se une, por ejemplo, con uno y con dos átomos del elemento B, se comprende que la relación en peso de las cantidades de este elemento (uno y dos átomos) que se unen con una misma cantidad de aquél (un átomo) estén en relación de 1 : 2. Si los átomos de los elementos A y B se unen en otras cualesquiera relaciones numéricas, siempre de números enteros sencillos, se encontrará igualmente una relación sencilla entre las cantidades de uno de los elementos que se unen con una cantidad determinada del otro elemento.

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Ley de las proporciones recíprocas.

Si suponemos que los elementos se uniesen siempre en la relación atómica 1 : 1, la ley de las proporciones recíprocas no sólo sería evidente sino que los pesos de combinación serían a su vez los pesos atómicos. Aunque los elementos se unen en relaciones atómicas diferentes, 1 : 2, 1 : 3, 2 : 3 etcétera, puede fácilmente calcularse que las cantidades en peso de distintos elementos que se unen con una cantidad fija de un elemento dado han de estar en relación sencilla con sus respectivos pesos atómicos y que dichas cantidades, multiplicadas necesariamente en todo caso por números enteros sencillos, han de ser las que se combinen entre sí en las correspondientes combinaciones mutuas.

Fracaso ante la ley de Gay-Lussac.

Para DALTON las últimas partículas de los elementos gaseosos como el hidrógeno, oxígeno, cloro, etc., eran necesariamente simples y estaban constituidas por un solo átomo (así, H, O, CI, N, ...) y que las de compuestos gaseosos tan corrientes como el agua o el cloruro de hidrógeno eran naturalmente compuestas pero formadas por sólo dos átomos distintos (HO, CIH, ... ). Sin embargo, con estas fórmulas no se podían explicar las relaciones volumétricas de Gay-Lussac:

La conclusión experimental de GAY-LUSSAC de que un volumen de cloro se une con un volumen de hidrógeno para dar lugar ados volúmenes de cloruro de hidrógeno llevó a DALTON a suponer que en los volúmenes iguales de cloro y de hidrógeno debían existir igual número de átomos.

Al imaginar que estos elementos se unen átomo a átomo, formarán un mismo número de «átomos» (hoy moléculas) de cloruro de hidrógeno, al ser estos «átomos» indivisibles, debían

ocupar, en cambio, un volumen doble según los resultados de Gay Lussac.

La hipótesis de que en volúmenes iguales de gases debían existir igual número de «átomos» tuvo DALTON que descartarla llegando a la conclusión de que los resultados de GAY-LUSSAC eran inexactos.

Por el contrario, si la ley de Gay-Lussac era cierta estaba en contradicción con los postulados de DALTON y su teoría atómica.

3.1.2 Thompson: Partiendo de las propiedades que se descubrió acerca de los rayos

catódicos (flujo de electrones), Thomson propone el primer modelo atómico con las

siguientes características: el átomo es de forma esférica, con mas compacta y carga

positiva distribuida homogéneamente; dentro de la esfera se encuentran incrustados los

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electrones con un movimiento vibratorio y en cantidad suficiente como para neutralizar la

carga positiva de la esfera; por lo tanto, el átomo es eléctricamente neutro.

Por la apariencia que presentaba este modelo, fue denominado: “Modelo Budin de

Pasas”.

Su importancia radica en que fue el primero que permitió relacionar la electricidad con el

átomo. Pero, como cualquier otro modelo científico tenia que ser perfeccionado para poder

explicar nuevos fenómenos que ocurren en el laboratorio o en la naturaleza.

El modelo atómico de Thomsom.

Thomson, sir Joseph john (1856-1940). Físico británico. Según el modelo de Thomson el átomo consistía en una esfera uniforme de materia cargada positivamente en la que se hallaban incrustados los electrones de un modo parecido a como lo están las semillas en una sandía. Este sencillo modelo explicaba el hecho de que la materia fuese eléctricamente neutra, pues en los átomos de Thomson la carga positiva era neutralizada por la negativa. Además los electrones podrían ser arrancados de la esfera si la energía en juego era suficientemente importante como sucedía en los tubos de descarga.

J. J. Thomson demostró en 1897 que estos rayos se desviaban también en un campo eléctrico y eran atraídos por el polo positivo, lo que probaba que eran cargas eléctricas negativas. Calculó también la relación entre la carga y la masa de estas partículas.

Para este cálculo realizó un experimento: hizo pasar un haz de rayos catódicos por un campo eléctrico y uno magnético.

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Cada uno de estos campos, actuando aisladamente, desviaba el haz de rayos en sentidos opuestos. Si se dejaba fijo el campo eléctrico, el campo magnético podía variarse hasta conseguir que el haz de rayos siguiera la trayectoria horizontal original; en este momento las fuerzas eléctricas y magnética eran iguales y, por ser de sentido contrario se anulaban.

El segundo paso consistía en eliminar el campo magnético y medir la desviación sufrida por el haz debido al campo eléctrico. Resulta que los rayos catódicos tienen una relación carga a masa más de 1.000 veces superior a la de cualquier ion.

Esta constatación llevó a Thomson a suponer que las partículas que forman los rayos catódicos no eran átomos cargados sino fragmentos de átomos, es decir, partículas subatómicas a las que llamó electrones.

Las placas se colocan dentro de un tubo de vidrio cerrado, al que se le extrae el aire, y se introduce un gas a presión reducida.

3.1.3 Rutherford: El modelo de Rutherford.

Sir Ernest Rutherford (1871-1937), famoso hombre de ciencia inglés que obtuvo el premio Nobel de química en 1919, realizó en 1911 una experiencia que supuso en paso adelante muy importante en el conocimiento del átomo.

La experiencia de Rutherford consistió en bombardear con partículas alfa una finísima lámina de oro. Las partículas alfa atravesaban la lámina de oro y eran recogidas sobre una pantalla de sulfuro de cinc.

La importancia del experimento estuvo en que mientras la mayoría de partículas atravesaban la lámina sin desviarse o siendo desviadas solamente en pequeños ángulos, unas cuantas partículas eran dispersadas a ángulos grandes hasta 180º.

El hecho de que sólo unas pocas radiaciones sufriesen desviaciones hizo suponer que las cargas positivas que las desviaban estaban concentradas dentro de los átomos ocupando un espacio muy pequeño en comparación a todo el tamaño atómico; esta parte del átomo con electricidad positiva fue llamado núcleo.

Rutherford poseía información sobre el tamaño, masa y carga del núcleo, pero no tenía información alguna acerca de la distribución o posición de los electrones.

En el modelo de Rutherford, los electrones se movían alrededor del núcleo como los planetas alrededor del sol. Los electrones no caían en el núcleo, ya que la fuerza de atracción electrostática era contrarrestada por la tendencia del electrón a continuar moviéndose en línea recta. Este modelo fue satisfactorio hasta que se observó que estaba en contradicción con una información ya conocida en aquel momento: de acuerdo con las leyes delelectromagnetismo, un electrón o todo objeto eléctricamente cargado que es acelerado o cuya dirección lineal es modificada, emite o absorberadiación electromagnética.

El electrón del átomo de Rurherford modificaba su dirección lineal continuamente, ya que seguía una trayectoria circular. Por lo tanto, debería

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emitirradiación electromagnética y esta radiación causaría la disminución de la energía del electrón, que en consecuencia debería describir una trayectoria en espiral hasta caer en el núcleo. El modelo de Rutherford fue sustituido por el de Bohr unos años más tarde.

3.1.4 Bohr: El modelo atómico de Bhor.

Niels Bohr (1885-1962 fue un físico danés que aplicó por primera vez la hipótesis cuántica a la estructura atómica, a la vez que buscó una explicación a los espectros discontinuos de la luz emitida por los elementos gaseosos. Todo ello llevó a formular un nuevo modelo de la estructura electrónica de los átomos que superaba las dificultades del átomo de Rutherford.

Este modelo implicaba los siguientes postulados:

1.- El electrón tenía ciertos estados definidos estacionarios de movimiento (niveles de energía) que le eran permitidos; cada uno de estos estados estacionarios tenía una energía fija y definida.

2.- Cuando un electrón estaba en uno de estos estados no irradiaba pero cuando cambiaba de estado absorbía o desprendía energía.

3.- En cualquiera de estos estados, el electrón se movía siguiendo una órbita circular alrededor del núcleo.

4.- Los estados de movimiento electrónico permitidos eran aquellos en los cuales el momento angular del electrón (m · v · r ) era un múltiplo entero de h/2 · 3.14.

Vemos pues que Bohr aplicaba la hipótesis cuántica por Planck en 1900.

La teoría ondulatoria electromagnética de la luz era satisfactoria en cuanto explicaba algunos fenómenos ópticos tales como la difracción o la dispersión, pero no explicaba otros fenómenos tales como la irradicación de un cuerpo sólido caliente. Planck resolvió el problema suponiendo que unsistema mecánico no podía tener cualquier valor de la energía, sino solamente ciertos valores.

Así, en un cuerpo sólido caliente que irradia energía, Planck consideró que una onda electromagnética de frecuencia era emitida por un grupo de átomos que circulaba con la misma frecuencia.

Aplicando esta hipótesis a la estructura electrónica de los átomos se resolvía la dificultad que presentaba el átomo de Rutherford. El electrón, al girar alrededor del núcleo, no iba perdiendo la energía, sino que se situaba en unos estados estacionarios de movimiento que tenían una energía fija. Un electrón sólo perdía o ganaba energía cuando saltaba de un estado (nivel) a otro.

Por otro lado, el modelo de Bohr suponía una explicación de los espectros discontinuos de los gases, en particular del más sencillo de todos, el hidrógeno. Una raya de un espectro correspondía a una radiación de una determinada frecuencia.

¿Por qué un elemento emite solamente cierta frecuencia ? Veamos la respuesta:

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En condiciones normales los electrones de un átomo o ion se sitúan en los niveles de más baja energía. Cuando un átomo recibe suficiente energía, es posible que un electrón salte a un nivel superior a aquel en que se halla. Este proceso se llama excitación. Un electrón excitado se halla en un estado inestable y desciende a un nivel inferior, emitiendo una radiación cuya energía será igual a la diferencia de la que tienen los dos niveles.

La energía del electrón en el átomo es negativa porque es menor que la energía del electrón libre.

Al aplicar la formula de Bohr a otros átomos se obtuvieron resultados satisfactorios, al coincidir el pronóstico con el resultado experimental de los espectros de estos átomos.

El modelo de Thomson presentaba un átomo estático

y macizo. Las cargas positivas y negativas estaban

en reposo neutralizándose mutuamente. Los electrones

estaban incrustados en una masa positiva como las pasas en

un pastel de frutas. El átomo de Rutherford era dinámico

y hueco, pero de acuerdo con las leyes de la física clásica

inestable. El modelo de Bohr era análogo al de Rutherford,

pero conseguía salvar la inestabilidad recurriendo a la

noción de cuantificación y junto con ella a la idea de que la

física de los átomos debía ser diferente de la física clásica.

3.2 Corriente eléctrica:

3.2.1 Ley de Ohm. El ohmio (también ohm) es la unidad de medida de la resistencia que oponen los materiales

al paso de la corriente eléctrica y se representa con la letra W o con el símbolo o letra griega Ω (omega).

El ohmio se define como la resistencia que ofrece al paso de la corriente eléctrica una columna de mercurio (Hg)

de 106,3 cm de alto, con una sección transversal de 1 mm2, a una temperatura de 0º Celsius.

Esta ley relaciona los tres componentes que influyen en una corriente eléctrica, como son la intensidad (I),

la diferencia de potencial o tensión (V) y la resistencia (R) que ofrecen los materiales o conductores.

La Ley de Ohm establece que "la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor eléctrico

es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la

resistencia del mismo", se puede expresar matemáticamente en la siguiente fórmula o ecuación:

donde, empleando unidades del Sistema internacional de Medidas , tenemos que:

I = Intensidad en amperios (A)

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V = Diferencia de potencial en voltios (V)

R = Resistencia en ohmios (W o Ω).

Léase: La intensidad (en amperios) de una corriente es igual a la tensión o diferencia de potencial (en

voltios) dividido o partido por la resistencia (en ohmios).

De acuerdo con la “Ley de Ohm”, un ohmio (1 W o Ω) es el valor que posee una resistencia eléctrica cuando al

conectarse a un circuito eléctrico de un voltio (1 V) de tensión provoca un flujo o intensidad de corriente de un

amperio (1 A).

La resistencia eléctrica, por su parte, se identifica con el símbolo o letra (R) y la fórmula general

(independientemente del tipo de material de que se trate) para despejar su valor (en su relación con la intensidad y

la tensión) derivada de la fórmula general de la Ley de Ohm, es la siguiente:

La resistencia a una corriente (en ohmios) es igual a la tensión o diferencia de potencial (en voltios)

dividido o partido por la intensidad (en amperios).

3.2.2 Intensidad (Amperaje)..

Amperaje (corriente)

Ya antes de que se formulara la teoría electrónica, se sabía de la existencia del flujo eléctrico o corriente eléctrica; André Marie Ampere lo llamo corrientes voltaicas. Se pensaba que todo circuito eléctrico el trabajo lo realizaba un flujo eléctrico continuo, que saliendo de la fuente con su polo positivo, regresaba al negativo después de recorrer las líneas y componentes de todo circuito.

Tal vez nos parezca increíble la velocidad con que se mueve la corriente eléctrica; ya que se desplaza a trescientos millones de metros por segundo (300,000,000) velocidad igual a la de la luz.

Se acostumbra a llamar intensidad eléctrica a la cantidad de corriente que en un momento dado se mueve por un circuito.

La corriente eléctrica o flujo de electrones se mide en amperes (a), cuando fluyen relativamente pocos electrones en un circuito eléctrico, la intensidad de corriente es poca o baja, cuando fluyen muchos es grande o alta, el acumulador puede registrar una lectura de 12 V. pero si al dar marcha esta no funciona indica que el acumulador no tiene amperaje (A)

Se dice que cuando por un conductor pasan aproximadamente seis trillones de electrones en un segundo se tiene un ampere de intensidad o de corriente eléctrica.

3.2.3 Fuerza electromotriz (Voltaje).

Voltaje (tensión)

La corriente eléctrica es un flujo de electrones cuanto más halla movimiento más intensa es la corriente, mayor es la concentración de electrones en una terminal del generador, mayor es la fuerza de repulsión o presión entre los mismos y entre mayor sea esta presión mas electrones fluyen, ahora sustituiremos presión por tensión, electrones por corriente, el resultado es que entre mayor sea la tensión o voltaje

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más intensa será la corriente, tensión o voltaje son sencillamente los dos que se usan indistintamente para indicar presión eléctrica, la tensión o voltaje se mide en volts (V).

El voltaje es una fuerza electromotriz o una fuerza por la cual se mueven los electrones de una órbita a otra, través de un conductor.

FUERZA ELECTROMOTRIZ

La fuerza electromotriz es toda causa capaz de mantener una diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito abierto ode producir una corriente eléctrica en un circuito cerrado. Es una característica de cada generador eléctrico.El voltaje, tensión o diferencia de potencial es la presiónque ejerce una fuente de suministro de energía eléctricao fuerza electromotriz (FEM) sobre las cargas eléctricaso electrones en un circuito eléctrico cerrado, para que seestablezca el flujo de una corriente eléctricaEl voltaje, tensión o diferencia depotencial es el impulso quenecesita una carga eléctrica paraque pueda fluir por el conductorde un circuito eléctrico cerrado.Este movimiento de las cargaseléctricas por el circuito seestablece a partir del polonegativo de la fuente de FEMhasta el polo positivo de la propia fuente.

3.2.4. Resistencia. Resistencia (ohm)

Aunque el cobre el igual que otros metales es buen conductor, presenta una natural oposición al paso de la corriente eléctrica, tenemos que recordar que los electrones no siguen una trayectoria 100% recta, pues tienen que girar en las orbitas de los átomos del material por donde se mueven.

Es la oposición al flujo de electrones o es la dificultad o facilidad con la que un material permite el paso de electrones, esta oposición que ofrece un conductor al paso de corriente de un circuito eléctrico, esta se mide en ohms y su símbolo es el omega (Ω)

3.3 Producción de los rayos “X”

3.3.1 Estructura de un tubo radiógeno.

3.3.2 Funcionamiento de un tubo radiógeno.

4. Radiación. Radiación de Rayos X

Los rayos X son un tipo de radiación electromagnética (EM) de alta energía. La radiación de rayos X tiene longitudes de ondasmucho más cortas que la luz visible , por lo que los fotones de rayos X tienen mucha mayor energía que los fotones de luz.

Los rayos X se encuentran entre la "luz" ultravioleta y los rayos gamma del espectro electromagnético . Los rayos X tienen longitudes de ondas entre 10 nanómetros (10 x 10-9 metros) y 10 picometros (10 x 10-12 metros). La radiación de rayos X oscila de 30 petahertz (PHz ó 1015 hertz) hasta 30 exahertz (EHz ó 1018hertz).

Los rayos X se encuentran subdivididos en rayos X duros y rayos X blandos. La baja energía de los rayos X blandos tienen longitud de onda más larga, mientras que los rayos X duros de elevada energía tienen longitud de onda más corta. La división entre los dos tipos de rayos X se encuentra a una longitud de onda aproximada de 100 picómetros, o a un nivel de energía aproximado de 10 keV por fotón. Los rayos X con energías entre 10 keV y unos cuantos cientos de keV se consideran rayos X duros.

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No hay una distinción precisa entre los rayos X de mayor energía y los rayos gamma de menor energía. De hecho, la distinción entre los rayos X y los rayos gamma se basa en el orígen de la radiación y no en la frecuencia o longitud de onda de las ondas electromagnéticas. Los rayos gamma se producen a causa de transiciones nucleares, mientras que los rayos-X son resultado de la aceleración de electrones.

La radiación es una emisión de energía generada o emitida por un cuerpo, que viaja por algún medio o el vacío hasta ser absorbida por otro cuerpo. Se puede propagar en forma de onda (radiación electromagnética) o de partículas (radiación corpuscular).

La radiación puede ser ionizante, cuando la energía que transporta es suficiente para provocar ionización en el medio por el que pasa (o sea este tipo de radiación produce átomos o moléculas con carga eléctrica debido a una falta o exceso de electrones). Son radiaciones ionizantes:

La radiación alfa, que se compone de núcleos de helio que se emiten durante una desintegración natural. Las partículas de helio emitidas consisten en dos neutrones y dos protones y tienen una carga alta que puede causar mucho daño si se ingiere. Sin embargo, posee mucha masa, por lo que tiene poca energía y bajo rango y puede ser detenida por una hoja de papel o la piel.

La radiación beta, que puede ser (-), cuando existe un electrón energético. Se produce cuando un neutrón se descompone en un protón en el núcleo. Es menos ionizante que la radiación alfa. También puede ser (+), cuando se emiten positrones, que al ser antimateria, pueden aniquilar la materia cercana.

En cuanto a la radiación gamma, se produce por la emisión de fotones de alta frecuencia. Ocurre para eliminar el exceso de energía del núcleo después de que éste ha emitido radiación alfa o beta.

La radiación también puede ser no ionizante, cuando no tiene la energía suficiente por protón, para ionizar átomos o moléculas. Son formas de energía consideradas "menores" de radiación electromagnética. Algunas formas de radiación no ionizante:

La radiación de neutrón, que consiste en neutrones libres, que se emiten por algunas formas de reacciones nucleares como la fisión nuclear. Debido a que los neutrones no tienen carga, esta radiación no ioniza átomos como lo hacen otras partículas como electrones o protones, pero las interacciones de neutrones sí pueden ser altamente ionizantes.

La luz, o luz visible, que es un tipo de radiación electromagnética con una longitud de onda visible para el ser humano. Algunos científicos se refieren a la luz como radiación de cualquier longitud de onda, sea visible o no.

La radiación térmica, que consiste en un proceso en que la superficie de un objeto irradia energía térmica en forma de ondas electromagnéticas. Entre los ejemplos de este tipo radiación, tenemos a la radiación infrarroja de un radiador o un calentador eléctrico. Esta radiación se genera cuando el calor del movimiento de las partículas cargadas de un átomo se convierte en radiación electromagnética.

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4.1 Definición de radiación.

4.2 Radiación ionizante.

4.3 Radiactividad.

El fenómeno de la radiactividad fue descubierto casualmente por Henri Becquerel(a la izquierda) en 1896. Estudiaba los fenómenos de fluorescencia y fosforescencia, para lo cual colocaba un cristal de Pechblenda, mineral que contiene uranio, encima de una placa fotográfica envuelta en papel negro y las exponía al sol. Cuando desenvolvía la placa la encontraba velada, hecho que atribuía a la fosforecencia del cristal. Los días siguientes no hubo sol y dejó en un cajón la placa envuelta con papel negro y con la sal de Uranio encima. Cuando sacó la placa fotográfica estaba velada, y no podía deberse a la fosforescencia ya que no había sido expuesta al sol. La única explicación era que la sal de uranio emitía una radiación muy penetrante. Sin saberlo Becquerel había descubierto lo que Marie Curie llamaría más tarde radiactividad.

Mme. Curie junto a su esposo Pierre Curie, empezaron a estudiar el raro fenómeno que había descubierto Becquerel. Estudiaron diversos minerales y se dieron cuenta de que otra sustancia el torio, era "radiactiva", término de su invención. Demostraron que la radiactividad no era resultado de una reacción química, sino una propiedad elemental del átomo. El fenómeno de la radiactividad era característico de los núcleos de los átomos. En 1898 descubren dos nuevas sutancias radiactivas: el radio y el polonio, mucho más activas que el uranio. Pierre estudiaba las propiedades de la radiación, y Marie intentaba obtener de los minerales las sustancias radiactivas con el mayor grado de pureza posible. Pierre probó el radio sobre su piel, y el resultado fue una quemadura y una herida, pronto el radio serviría para tratar tumores malignos. Era el comienzo de las aplicaciones médicas que Mme. Curie daría a la radiactividad. En 1903 recibieron el premio Nobel de física junto con Becquerel por el descubrimiento de la radiactividad natural.

Al poco tiempo murió Pierre Curie en un accidente debilitado como estaba por el radio. Mme. Curie siguió trabajando y fue la primera mujer que ocupó un puesto en la Universidad de la Sorbona en Paris. Siguió investigando junto a Ernest Rutherford, quien encontró que la radiación que emitían las sustancias radiactivas, tenía tres componentes que denominó:alfa, beta y gamma.

Mme. Curie siguió estudiando el fenómeno de la radiactividad durante toda su vida, prestando especial atención a las aplicaciones médicas de la radiactividad junto con los rayos X, recien descubiertos. Agotada, casi ciega, los dedos quemados y marcados por su querido radio, Mme Curie murió a los 60 años de leucemia en 1934. Su hija Irene continuó su trabajo con la misma pasión junto a su marido, con el que descubrió la radiactividad artificial y por lo que recibieron el premio Nobel.

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La radiactividad fue descubierta por el científico francés Antoine Henri Becquerel en 1896 de forma casi ocasional al realizar investigaciones sobre la fluorescencia del sulfato doble de uranio y potasio. Descubrió que el uranio emitía espontáneamente una radiación misteriosa. Esta propiedad del uranio, después se vería que hay otros elementos que la poseen, de emitir radiaciones, sin ser excitado previamente, recibió el nombre de radiactividad.

El descubrimiento dio lugar a un gran número de investigaciones sobre el tema. Quizás las más importantes en lo referente a la caracterización de otras sustancias radiactivas fueron las realizadas por el matrimonio, también francés, Pierre y Marie Curie, quienes descubrieron el polonio y el radio, ambos en 1898.

La naturaleza de la radiación emitida y el fenómeno de la radiactividad fueron estudiados en Inglaterra por Ernest Rutherford, principalmente, y por Frederick Soddy. Como resultado pronto se supo que la radiación emitida podía ser de tres clases distintas, a las que se llamó alfa, beta y gamma, y que al final del proceso el átomo radiactivo original se había transformado en un átomo de naturaleza distinta, es decir, había tenido lugar una transmutación de una especie atómica en otra distinta. También se dice (y esta es la terminología actual) que el átomo radiactivo ha experimentado una desintegración.

La radiactividad es una reacción nuclear de "descomposición espontánea", es decir, un nucleido inestable se descompone en otro más estable que él, a la vez que emite una "radiación". El nucleido hijo (el que resulta de la desintegración) puede no ser estable, y entonces se desintegra en un tercero, el cual puede continuar el proceso, hasta que finalmente se llega a un nucleido estable. Se dice que los sucesivos nucleidos de un conjunto de desintegraciones forman una serie radiactiva o familia radiactiva.

Se puede considerar que todos los isótopos de los elementos con número atómico igual o mayor a 84 (el polonio es el primero de ellos) son radiactivos (radiactividad natural) pero que, actualmente, se pueden obtener en el laboratorio isótopos radiactivos de elementos cuyos isótopos naturales son estables (radiactividad artificial).

La primera obtención en el laboratorio de un isótopo artificial radiactivo (es decir, el descubrimiento de la radiactividad artificial) la llevó a cabo en 1934 el matrimonio formado por Fréderic Joliot e Irene Curie, hija del matrimonio Curie.

4.3.1 Radiación α: Radiación alfa

Es una radiación corpuscular constituida por partículas alfa, (42a++) que están

formadas por 2 protones y 2 neutrones, es decir, el núcleo de un átomo de Helio, y por

consiguiente tiene dos cargas positivas. La emisión de radiactividad tipo alfa ocurre en

general en átomos de elementos muy pesados, como el uranio, el torio o el radio. El

núcleo de estos átomos es bastante rico en neutrones, es decir, hay bastantes más

neutrones que protones en el núcleo, y ello los hace inestables.

Al emitir una partícula alfa, el átomo cambia la composición de su núcleo, y

queda transformado en otro distinto, con dos protones y dos neutrones menos,

trasformándose en el elemento que ocupa dos lugares anteriores en la tabla periódica.

Se dice que ha tenido lugar una transmutación de los elementos.

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22688Ra → 22286 Rn + 42 α23892U → 23890 To + 42 α

Las partículas alfa pueden capturar dos electrones y constituir un átomo de

helio. Comparada con otros tipos de radiaciones, las partículas alfa son muy pesadas

y llevan mucha mayor energía. Ello les hace interactuar con casi cualquier otra

partícula que encuentren en su trayecto, incluyendo los átomos que constituyen el aire,

causando un gran número de ionizaciones en corta distancia. Poseen un gran poder

de ionización, pero tienen escasa capacidad de penetración, ya que es detenida por

una simple hoja de papel o una lámina de alumno de 0.1 mm de espesor. No suelen

constituir un riesgo por vía externa, aunque sí por ingestión, inhalación o

sedimentación.

4.3.2 Radiación β Radiación beta

Está constituida por electrones del núcleo emitidos por las sustancias

radiactivas (radionúclidos) a velocidades próximas a la luz. Las partículas beta tiene

por tanto carga negativa (0-1 β-)

La radiación beta consiste en la emisión de electrones por un núcleo atómico,

proveniente de la descomposición del neutrón (neutrón = 1protón + 1 electrón + 1

neutrino).

La radiación beta tiene lugar en isótopos ricos en neutrones y suelen ser 10

elementos producidos es reacciones nucleares naturales, y más a menudo, en las

plantas de energía nuclear.

La emisión beta puede tener lugar de dos formas diferentes:

1. Emisión beta negativa: Cuando un núcleo expulsa una partícula beta, un

neutrón es transformado en un protón. El núcleo pierde una unidad de carga

negativa, por lo que Z aumenta una unidad, convirtiéndose en el elemento

inmediatamente superior en la tabal periódica y su masa atómica se mantiene

constante.

187 75 Rhenio → 18776 Osmio + 0-1 β-

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2. Emisión beta positiva: Ocurre cuando un protón se convierte en un neutrón,

emitiendo un positrón, es decir, el núcleo pierde una carga positiva,

desaparece un protón y parece un positrón, lo que lleva a que el número

atómico (Z) disminuya una unidad y, en este caso se convierte en el elemento

inmediatamente anterior de la tabla periódica, conservándose la misma masa.

Las partículas beta tienen una capacidad de ionización media, mayor

capacidad de penetración que las partículas alfa, siendo absorbidas (frenadas) por una

placa de aluminio de 5 mm de espesor o una lámina de plomo de 1 mm. Esta radiación

constituye un riesgo de irradiación externa e interna.

La radiación beta se utiliza en el tratamiento de ciertas patologías como

neoplasias (betatron)

4.3.4 Radiación γ

4.4 Diferencias entre radiación y radioactividad. La radiación es un proceso mediante le cual las partículas de energía o las ondas viajan a través de un medio, bien el espacio o un objeto. La radiación no se deposita en las plantas o en los órganos y tejidos de los animales y los hombres. Normalmente se mide en mrems, rads o sieverts.La radiactividad es la liberación de energía mediante la emisión de partículas ionizantes (radiaciones ionizantes). La emisión es espontánea, liberándose al medio ambiente, la biosfera, las plantas, animales y seres humanos.Hay más de 400 isótopos radiactivos que se liberan en los accidentes nucleares, como está ocurriendo ahora en Japón. Muchos de estos isótopos son de muy corta duración, no siendo peligrosos para los humanos. Sin embargo, unos 50 de estos isótopos son muy peligrosos para los seres humanos, como el estroncio-90, cesio, yodo, plutonio y elementos más allá del uranio(transuránidos) , que pueden ser absorbidos por el cuerpo humano.De los elementos radiactivos liberados en la fuga de una central nuclear, el yodo radiactivo tiene una vida media relativamente corta, de unos 8 días, lo que significa que desaparece en unos 80 días.

5. Espectro electromagnético.

El espectro electromagnético (o simplemente espectro) es el rango de todas las radiaciones electromagnéricas posibles. El espectro de un objeto es la distribución característica de la radiación electromagnética de ese objeto.

El espectro electromagnético se extiende desde las bajas frecuencias usadas para la radio moderna (extremo de la onda larga) hasta los rayos gamma (extremo de la onda

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corta), que cubren longitudes de onda de entre miles de kilómetros y la fracción del tamaño de un átomo. Se piensa que el límite de la longitud de onda corta está en las cercanías de la longitud Planck, mientras que el límite de la longitud de onda larga es el tamaño del universo mismo, aunque en principio el espectro sea infinito y continuo.

Rango del espectro

El espectro cubre la energía de ondas electromagnéticas que tienen longitudes de onda diferentes. Las frecuencias de 30 Hz y más bajas pueden ser producidas por ciertas nebulosas estelares y son importantes para su estudio. Se han descubierto frecuencias tan altas como 2.9 * 1027 Hz a partir de fuentes astrofísicas.

La energía electromagnética en una longitud de onda particular λ (en el vacío) tiene una frecuencia asociada f y una energía fotónica E. Así, el espectro electromagnético puede expresarse en términos de cualquiera de estas tres variables, que están relacionadas mediante ecuaciones.

De este modo, las ondas electromagnéticas de alta frecuencia tienen una longitud de onda corta y energía alta; las ondas de frecuencia baja tienen una longitud de onda larga y energía baja.

Siempre que las ondas de luz (y otras ondas electromagnéticas) se encuentran en un medio (materia), su longitud de onda se reduce. Las longitudes de onda de la radiación electromagnética, sin importar el medio por el que viajen, son, por lo general, citadas en términos de longitud de onda en el vacío, aunque no siempre se declara explícitamente.

Generalmente, la radiación electromagnética se clasifica por la longitud de onda: ondas de radio, microondas, infrarroja y región visible, que percibimos como luz, rayos ultravioleta, rayos X y rayos gamma.

El comportamiento de la radiación electromagnética depende de su longitud de onda. Las frecuencias más altas tienen longitudes de onda más cortas, y las frecuencias inferiores tienen longitudes de onda más largas. Cuando la radiación electromagnética interacciona con átomos y moléculas, su comportamiento también depende de la cantidad de energía por cuanto que transporta. La radiación electromagnética puede dividirse en octavas (como las ondas sonoras).

La espectroscopia puede descubrir una región mucho más amplia del espectro que el rango visible de 400 nm a 700 nm. Un espectroscopio de laboratorio

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común puede descubrir longitudes de onda desde 2 nm a 2500 nm. Con este tipo de aparatos puede obtenerse información detallada sobre las propiedades físicas de objetos, gases o incluso estrellas. La espectrometría se usa sobre todo en astrofísica. Por ejemplo, muchos átomos de hidrógeno emiten ondas de radio que tienen una longitud de onda de 21.12 cm.

5.1 Clasificación de las radiaciones electromagnéticas (frecuencia,

longitud de onda, poder de penetración, ionización).

Ondas de radio: se originan cuando se hacen oscilar cargas eléctricas en antenas. Reciben esta denominación por ser las utilizadas en estaciones de radiocomunicación.

Con un radiorreceptor, es posible oír la réplica de la voz de una persona que habla frente al micrófono de una estación emisora situada a cientos de kilómetros de distancia. El fundamento de la radiocomunicación consiste en que un conductor, por el que oscila una corriente eléctrica, emite ondas electromagnéticas en el espacio que lo rodea.

Cuando una persona habla produce vibraciones en el aire. En el micrófono, éstas se transfieren a una lámina delgada conectada a un circuito eléctrico en su interior. Cuando la lámina vibra, la corriente en el circuito cambia, formando lo que se conoce como señales eléctricas.

Un aparato llamado oscilador modula la amplitud (amplitud modulada o AM) o la frecuencia de las ondas (frecuencia modulada o FM) y hace que las señales eléctricas suban y bajen (oscilen) por una antena. Así, la antena emite ondas electromagnéticas moduladas que se propagan en el espacio que la rodea a una velocidad de 3 x 108m/s.

Otro conductor (antena receptora), que se encuentra a cierta distancia, intercepta las ondas y en él se produce una señal eléctrica idéntica a la de la antena emisora de ondas.

En el radiorreceptor, esta señal eléctrica hace vibrar las bocinas mediante otro circuito eléctrico y se produce una copia del sonido original.

En el cuadro se muestran las características de las ondas de radio y algunos de sus usos.

Microondas: se generan por medio de circuitos electrónicos y son utilizadas en el radar y en la banda UHF de la televisión. Las microondas tienen una frecuencia comprendida aproximadamente entre 108 Hz y 1012 Hz. Actualmente tienen una aplicación doméstica en los hornos de microondas.

Radiación infrarroja: la región infrarroja (antes del rojo) del espectro electromagnético, queda en el extremo de longitud de onda larga (y baja frecuencia) del espectro visible. Las frecuencias infrarrojas son de 1011 Hz a 1014 Hz, aproximadamente, y su longitud de onda de 10–3 a 10–7 m. Los cuerpos calientes son emisores de radiaciones infrarrojas (aparatos de calefacción, planchas, bombillas, el Sol, etcétera). Con placas fotográficas sensibles al infrarrojo se pueden fotografiar objetos en ausencia total de luz visible.

Luz visible: existe una franja de radiaciones electromagnéticas capaz de impresionar a la retina y que permite "ver" los objetos, pues construye la luz visible. Sus longitudes de onda van aproximadamente desde los 380 x 10–9 m del violeta hasta los 780 3 10–9m del rojo, pasando por los diferentes colores del arco iris. A cada color le corresponde una región de longitud de onda y de frecuencia. La luz blanca es la mezcla de estos colores.

Se define a la luz visible como el efecto producido en el sentido de la vista por ondas electromagnéticas, cuya longitud está comprendida entre 380 x 10–9 m y 780 x 10–9 m (7.5 x 1014 Hz y 4.6 x 1014 Hz).

Un esquema detallado de espectro visible relaciona los diferentes colores con su longitud de onda expresada en nanómetros (nm).

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Cuando la luz blanca incide sobre una superficie opaca, y se refleja totalmente, entonces se ve al objeto de color blanco.

Cuando la luz blanca incide en un cuerpo opaco, sólo refleja el color característico del cuerpo y absorbe los demás.

Cuando la luz que incide es absorbida en su totalidad, se ve el color negro.

Radiación ultravioleta: más allá del extremo violeta, fuera de la zona visible, se extiende la región de la radiación ultravioleta. Su intervalo aproximado de frecuencias es de 1014 Hz a 1017 Hz y su longitud de onda de 10–7 m a 10–

10 m.

El Sol es una fuente muy importante de radiación ultravioleta, que al llegar a la Tierra ioniza las moléculas de las capas altas de la atmósfera; en las inferiores –entre los 15 km y los 50 km de altitud–, es casi totalmente absorbida por las moléculas de ozono (O3). Los rayos ultravioleta pueden causar quemaduras en la piel, dañar los tejidos del ojo humano y acelerar procesos bioquímicos que pueden provocar un desequilibrio ecológico.

Debido a que la capa de ozono desempeña un papel protector, existe interés en conservarla. Puede ser destruida por algunos gases, como el freón.

Por otro lado, la exposición moderada a la luz solar es necesaria para la producción natural de vitamina D a partir de compuestos que hay en la piel; pero la exposición excesiva puede causar cáncer en ésta.

Rayos X: el intervalo aproximado de frecuencia en los rayos X es de 1017 Hz a 1019Hz, y su intervalo de longitud de onda es de 10–10 m a 10–11 m. Los rayos X son usados para obtener las radiografías. Esta radiación electromagnética de elevada energía y gran poder de penetración puede ocasionar cáncer, quemaduras de la piel entre otros efectos perjudiciales. Sin embargo, en intensidades bajas, pueden emplearse con relativa seguridad para observar la estructura interna del cuerpo humano y la estructura atómica de algunos materiales.

Rayos gamma: la frecuencia de los rayos gamma es superior a los 1019 Hz y su longitud de onda es menor a 10–

12 m. Son ondas electromagnéticas que, en efecto, presentan frecuencias muy altas.

Se originan en procesos radiactivos y nucleares, siendo muy penetrantes, ya que pueden atravesar espesores apreciables de materia, por lo que los materiales que los emiten deben protegerse con láminas gruesas de plomo, para evitar que las personas que trabajan con ellos se expongan a dichos rayos.

La radiación electromagnética

Las cargas eléctricas estacionarias producen campos eléctricos, las cargas eléctricas en movimiento producen campos eléctricos y magnéticos. Los cambios cíclicos en estos campos producen radiación electromagnética, de esta manera la radiación electromagnética consiste en una oscilación perpendicular de un campo eléctrico y magnético. La radiación electromagnética transporta energía de un punto a otro, esta radiación se mueve a la velocidad de la luz (siendo la luz un tipo de radiación electromagnética).

Las ondas de radiación electromagnética se componen de crestas y valles, convencionalmente las primeras hacia arriba y las segundas hacia abajo. La distancia entre dos crestas o valles se denomina longitud de onda (λ). La frecuencia de la onda esta determinada por las veces que ella corta la línea de base en la unidad de tiempo (casi siempre medida en segundos), esta frecuencia es tan importante que las propiedades de la radiación dependen de ella y está dada en Hertz. La amplitud de onda esta definida por la distancia que separa el pico de la cresta o valle de la línea de base (A). la energía que transporta la onda es proporcional al cuadrado de la amplitud. La unidad de medida para expresar semejantes distancias tan pequeñas es el nanómetro (10 -9 metros).

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La luz visible, es decir las ondas electromagnéticas para las cuales el ojo humano esta adaptado, se encuentran entre longitudes de onda entre los 400 nm (violeta) y 700 nm (rojo). Como lo predijeron las ecuaciones de Maxwell existen longitudes de onda por encima y por debajo de estos limites. Estas formas de "luz invisible" se han encontrado y organizado de acuerdo a sus longitudes en el espectro electromagnético.

Espectro electromagnético

Si las ondas electromagnéticas se organizan en un continuo de acuerdo a sus longitudes obtenemos el espectro electromagnético en donde las ondas mas largas (longitudes desde metros a kilómetros) se encuentran en un extremo (Radio) y las mas cortas en el otro (longitudes de onda de una billonésima de metros) (Gamma).

Luz Visible. Isaac Newton fue el primero en descomponer la luz visible blanca del Sol en sus componentes mediante la utilización de un prisma. La luz blanca está constituida por la combinación de ondas que tienen energías semejantes sin que alguna predomine sobre las otras. La radiación visible va desde 384x1012 hasta 769x1012 Hz. Las frecuencias mas bajas de la luz visible (longitud de onda larga) se perciben como rojas y las de mas alta frecuencia (longitud corta) aparecen violetas.

Rayos infrarrojos. La radiación infrarroja fue descubierta por el astrónomo William Herschel (1738-1822) en 1800, al medir una zona más caliente mas allá de la zona roja del espectro visible. La radiación infrarroja se localiza en el espectro entre 3x1011 Hz. hasta aproximadamente los 4x1014 Hz. La banda infrarroja se divide en tres secciones de acuerdo a su distancia a la zona visible: próxima (780 - 2500 nm), intermedia (2500 - 50000 nm) y lejana (50000 - 1mm). Toda molécula que tenga un temperatura superior al cero absoluto (-273º K) emite rayos infrarrojos y su cantidad esta directamente relacionada con la temperatura del objeto.

Microondas. La región de las microondas se encuentra entre los 109 hasta aproximadamente 3x1011 Hz (con longitud de onda entre 30 cm a 1 mm).

Ondas de Radio. Heinrich Hertz (1857-1894), en el año de 1887, consiguió detectar ondas de radio que tenían una longitud del orden de un metro. La región de ondas de radio se extiende desde algunos Hertz hasta 109 Hz con longitudes de onda desde muchos kilómetros hasta menos de 30 cm.

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Rayos X. En 1895 Wilhelm Röntgen invento una máquina que producía radiación electromagnética con una longitud de onda menor a 10 nm a los cuales debido a que no conocía su naturaleza las bautizó como X.

Radiación Ultravioleta. Sus longitudes de onda se extienden entre 10 y 400 nm más cortas que las de la luz visible.

Rayos Gamma. Se localizan en la parte del espectro que tiene las longitudes de onda mas pequeñas entre 10 y 0.01 nm.