Conversatorios de protección Radiológica de América Latina y el Caribe. ¿Cómo se producen los Rayos X?
Por: MsC. Omar Arias CEO Serofca.
En esta oportunidad Omar Arias estará conversando sobre: Cómo se producen los Rayos X.
Omar Arias comienza explicando la estructura de la materia, la cual esta compuesta por átomos que a su vez están constituidos por un núcleo conformado por protones y neutrones y electrones girando alrededor del núcleo, a su vez el núcleo también está conformado por partículas aún más pequeñas llamadas quark. Los griegos pensaban que la materia estaba conformada por partes indivisible llamadas átomos, hoy sabemos que existen partículas sub atómicas aún más pequeñas como los quarks.
Omar Arias hace una pregunta: “de donde surgen los rayos x.”
Se trata de interacciones de electrones incidentes con los electrones del átomo blanco y de intersecciones con el campo eléctrico del núcleo, se producen rayos x los cuales son radiación ionizante, es decir pueden arrancar un electrón de los átomos a los cuales inciden estos rayos x y estos átomos quedan cargados positivamente, creándose un par ion electrón.
La interacción de los electrones incidente con los electrones más ligados al núcleo son los que producen rayos x característicos, los cuales tienen una energías particulares que dependen de cada átomo blanco. Se emiten radiación discreta en el orden de las longitudes de onda de los rayos x con energías muy bien definidas, al mismo tiempo los electrones acelerados interactúan con el campo eléctrico del núcleo y se desaceleran emitiendo Rayos x continuos o rayos x de frenado o Bremsstrahlung, produciendo un espectro continuo de rayos x. al interactuar los electrones incidentes con el campo eléctrico del núcleo se producirán rayos x con diferentes energía los cuales corresponden a las pérdidas de energía cinética de los electrones incidentes, generándose así una distribución de energías de los rayos x.
Omar arias prosigue expresando que la producción de rayos x es altamente ineficiente, de toda la energía que se utiliza en la generación de rayos x sólo alrededor de 1 % se convierte en rayos x, el 99 % restante se pierde en forma de calor, sin embargo es la forma de producción de rayos x que tenemos por ejemplo para diagnóstico.
El tubo de rayos x está constituido por una ampolla al vacío que contiene un cátodo y un ánodo, en los últimos equipos es rotatorio para evitar un mayor deterioro del material que conforma el ánodo, también contiene un aceite refrigerante para sacar el calor producido, en el cátodo tenemos un filamento por ejemplo de tungsteno y hacemos pasar una corriente, lo que se conoce como el mA (miliamperios unidad de corriente), por efecto termoiónico se desprenden electrones, los equipos de rayos x tiene un foco fino y un foco grueso los cuales corresponden a dos filamentos diferentes, a mayor ma se tendrá una mayor producción de rayos x. Colocando una diferencia de potencial, los electrones adquieren energía cinética y se mueven hacia el ánodo, es lo que conocemos como el kV (kilovoltios unidad de diferencia de potencial o voltaje) aceleramos estos electrones dirigiéndolos hacia ánodo. Omar Arias pregunta qué pasaría al aumentar el kV. Se estaría aumentando la velocidad de los electrones incidentes, tendrán mayor la energía para interactuar con el ánodo, lo que quiere decir que tendrán mayor energía de los rayos x y un mayor número de rayos x.
En la siguiente figura se observa que al aumentar el kV aumenta la energía de los rayos x y un aumento en la intensidad de los rayos x, la curva se desplaza hacia la derecha y aumenta de tamaño.
Por otro lado un aumento en la corriente del filamento produce un aumento en el número de rayos x o de intensidad de los rayos x.
Los rayos x característicos están constituidos por un espectro de energías discretas correspondientes a las diferencias de energía de los niveles en los que ocurre la sustitución de un electrón de un nivel superior por el electrón arrancado del átomo producto de la interacción con el electrón incidente.
En los rayos x de frenado las energías están distribuidas entre la máxima energía cinética de los electrones y cero;
El espectro de emisión de rayos x es un espectro combinado de rayos x de frenado y rayos x característicos.
Dependiendo del blanco también se tiene diferentes intensidades de rayos x a mayor número atómico del blanco se tendrá mayor intensidad de los rayos x.
Omar Arias presenta unas imágenes donde está fijo el mA y se va aumentado el kV se pasa por una imagen muy blanca, es decir los rayos son deteniendo por el tejido, no logran atravesarlo y no se logra identificar detalles, al aumentar sustancialmente la cantidad de rayos x que atraviesa el material, estos no interactúan casi con el tejido y no se ve nivel de detalle, la imagen se ve oscura, hay un punto intermedio donde se logra identificar diferentes estructuras, es el caso de 70 kV, de esta manera se puede ver como el kV está asociado al poder de penetración de los rayos x y al aumento en el contraste.
Para observar el conversatorio ingrese al siguiente enlace de video:
