Figura 1: esquema de la configuración de un tubo de rayos X
La figura 1 se corresponde con la configuración de un tubo generador de rayos X. Podemos observar tanto ánodo como cátodo, confinados en una estructura en la que se ha generado el vacío. También vemos representados los electrónes que se desprenden del cátodo (debido a que este esta sometida a cierta temperatura) viajando hacia el ánodo por acción de la diferencia de potencial establecida.
La parte anexa al ánodo se encarga de la refrigeración del mismo, ya que la transformación genera un aumento de temperatura residual.
Por último, vemos dibujada una representación esquemática de los rayos X generados en el ánodo como consecuencia de la interacción de este con los electrones* que impactan en el.
*Esta interacción es de dos tipos. Por un lado, los electrones, al pasar cerca de núcleos atómicos del material que compone el ánodo, varían su trayectoria, emitiendo un fotón por conservación de energía. Por otro lado, cuando los electrones chocan contra otros de niveles bajos de energía pertenecientes a átomos del material, los sacan de estos. Ese hueco energético se llena con un electron de niveles mas altos, y al pasar de uno a otro se desprenden fotónes de rayos X.
Figura 2: espectro de emisión de rayos X (Tungsteno)
La figura dos representa el espectro de emisión de rayos X correspondiente a un ánoda de Tungsteno (uno de los materiales más usados). El eje de ordenadas orresponde con la cantidad de fotónes emitida. El de abcisas corresponde a la energía de dichos fotones, esto es equivalente a representar las frecuencias de dichas emisiones.
Una vez tenemos esta pequeña introducción, pasamos a las cuestiones planteadas:
1.- ¿Qué características constructivas del tubo de rayos X se correlacionan con qué características del espectro de emisión de los rayos X?
La impedancia del circuito formado está directamente relacionada con la distancia entre cátodo y ánodo. Esta impedancia nos dará la relación entre voltaje e intensidad, que son directamente proporcionales al máximo de energía del fotón, así como a la cantidad de emisión de los mismos.
Igualmente, el material del que se compone el ánodo repercute directamente sobre el espectro generado. Por un lado, el pico debido a la interacción con los electrones de niveles bajos variará en función de las características de los átomos que componen el material.
2.- ¿Qué características de la operación del tubo de rayos X se correlacionan con qué características del espectro de la radiación producida? (o lo que es lo mismo, ¿que controles tiene y que es lo que controlan?)
Es posible controlar el tiempo de emisión, así como el voltaje o la intensidad. Cabe comentar que voltaje e intensidad están correlacionados, al variar uno, cambia el otro, como respuesta del circuito.
En caso de variar el tiempo de exposición, actuamos sobre la cantidad de fotones por segundo. Reduciendo el flujo, ya que se reparte entre un tiempo mayor.
Al incrementar la intensidad aumenta la cantidad de fotones emitida. El espectro variará su forma, en concreto, crecera en el eje de ordenadas.
En caso de aumentar el voltaje, aumenta el rango de energías de los fotones, ya que la máxima energía de un fotón correponde a esta diferencia de potencial. Por tanto, se ensancha el espectro de emisión.
3.- ¿Por qué han de estar los tubos a vacío?
Para que la transmisión de electrones de ánodo a cátodo sea más eficiente, ya que, de esta forma no colisionan con ninguna partícula en el camino. En caso de que la interacción se realizase en un medio como el aire, llegarían una menor cantidad de electrónes al ánodo. Además, los que llegasen lo harían con menor enería que en el caso de viajar en el vacío.
4.- ¿Por qué es importante el espectro de emisión para la radiología? ¿no son iguales todos los rayos x?
Al variar el espectro de emisión de rayos X se puede controlar tanto la penetración de estos como el contraste obtenido para diferentes tejidos.
Lo que define a los rayos X es el rango de frecuencias de emisión, pero la presencia por cada frecuencia del espectro puede ser variable en función de las características mencionadas.
Muy bien. Lo hiciste con Berta ¿verdad?
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