¿Qué son los rayos X?

Si nuestros ojos pudieran ver formas de radiación electromagnética, como los rayos X, mirar al cuerpo de personas o animales sería una experiencia fantasmagórica. Podríamos mirar directamente dentro de la piel y dentro de los huesos. Tal vez sea bueno que no tengamos esta capacidad, pero aun así cosechamos los beneficios de las radiografías. Son de inmensa importancia en el diagnóstico médico, útiles en la investigación científica y adecuados para una serie de aplicaciones industriales. Antes de entrar en detalles de lo que son exactamente los rayos X y cómo se usan, veamos primero la fascinante historia detrás del descubrimiento de los rayos X.

Descubrimiento de los rayos X

En 1895, el físico alemán Wilhelm Roentgen estaba haciendo un experimento con un tubo catódico, un recipiente de vidrio en el que un haz de electrones ilumina una superficie fluorescente. Roentgen luego envolvió cartón alrededor del tubo para evitar que la luz fluorescente se escape. Después de un rato, notó algo extraño... ¡otra pantalla fuera del tubo brillaba!

En otras palabras, los rayos invisibles se filtraron a través del vidrio, pasaron por alto el cartón y llegaron a una pantalla en el exterior. Roentgen no pudo averiguar qué eran estos rayos de luz, así que, debido a su naturaleza desconocida, los llamó rayos X. De hecho, por su descubrimiento de los rayos X, Roentgen recibió el primer premio Nobel de la historia en 1901.

Hoy sabemos lo que estaba pasando en su laboratorio hace tantos años.

Cuando los electrones de alta energía en el tubo catódico golpean un componente metálico, se les impide y liberan energía extra o bien arrancan los electrones de los átomos que golpean, provocando una reorganización, que también libera energía. En ambos casos, la energía emitida es en forma de rayos X, un tipo de radiación electromagnética con más energía que la luz visible.

Rayos X

Para decirlo de manera más simple, los rayos X son una forma súper potente de ondas de luz ordinarias que viajan en línea recta a la velocidad de la luz, pero que tienen una energía muy alta.

Si pudieras precisar los rayos X en un pedazo de papel y medirlos, descubrirías que la longitud de onda de un rayo X era miles de veces más corta que las longitudes de onda de la luz ordinaria. Esto implica que su frecuencia (con qué frecuencia se mueven) es correspondientemente mayor. La energía de las ondas electromagnéticas está directamente relacionada con la frecuencia de dichas ondas; los rayos X, al ser ondas de alta frecuencia (en un rango de 3×1016 Hz a 3×1019 Hz) son altamente energéticas y por lo tanto más penetrantes que las ondas de luz ordinarias. Como resultado, las ondas de luz tienen una capacidad restringida para atravesar; al ser golpeadas por un material sólido (opaco), dejan de viajar más lejos. Sin embargo, los rayos X pueden viajar a lugares mucho más profundos que la luz ordinaria, gracias a su naturaleza energética; aunque pueden ser detenidos por un material con un número muy alto de electrones (un número atómico más alto).

Ahora, echemos un vistazo detallado a los poderes penetrantes y las limitaciones de los rayos X.

Cuando se trata de luz ordinaria, sabemos que algunos materiales (transparentes), como el vidrio o el plástico, permiten que las ondas de luz pasen a través de ellos fácilmente. Sin embargo, otros materiales (opacos), como la madera y el metal, absorben los rayos de luz, impidiendo que vayan más lejos. De la misma manera, hay materiales que permiten que los rayos X pasen a través de ellos, mientras que otros dificultan que los rayos X se dispersen a través de ellos. Hay incluso algunos materiales que detienen completamente los rayos X muertos en su camino. ¿Por qué sucede esto?

Bueno, cuando los rayos X entran en cualquier material, necesitan abrirse paso a través de una multitud de átomos para emerger del otro lado del material. Son los electrones los que plantean el mayor desafío para que los rayos X pasen a través del material. Cuanto más los electrones, más duro se vuelve para que los rayos X viajen, a medida que más y más energía es absorbida por los electrones que chocan con el material. Sin embargo, los rayos X son lo suficientemente fuertes para pasar a través de material con menos electrones. Nuestra piel, hecha de moléculas a base de carbono, es un muy buen ejemplo de un material que permite que los rayos X pasen por alto. Por el contrario, cuando los rayos X encuentran un material fuerte con muchos electrones (mayor número atómico), se bloquean. El plomo (Pb), un metal pesado con 82 electrones, es particularmente efectivo para detener los rayos X. Es por eso que a menudo verá a técnicos de laboratorio de rayos X usando delantales de plomo o parados detrás de pantallas de plomo.

Ahora que entendemos la base científica de esta forma de radiación electromagnética, veamos algunas de las aplicaciones más útiles de los rayos X.

Aplicaciones de los rayos X

  • Medicamentos

Los rayos X se utilizaron por primera vez en medicamentos hace un siglo; hoy en día, se realizan millones de radiografías cada año en todo el mundo. Son una de las herramientas más útiles en la ciencia médica tanto para el diagnóstico como para el tratamiento. Los huesos y los dientes, hechos principalmente de calcio, son muy duros y no permiten que los rayos X los atraviesen. Sin embargo, nuestra piel y músculo están hechos de tejidos blandos, compuestos de material orgánico como carbono, hidrógeno, oxígeno, etc., todos los cuales tienen un número atómico más bajo, lo que significa que es más fácil que los rayos X los eludan. Por eso, cuando se mira un informe de rayos X, parecen sombras de varias cosas dentro de su cuerpo, pero esto es realmente muy útil en el diagnóstico médico. Las radiografías pueden detectar fracturas en los huesos, tumores en las células y ciertas afecciones pulmonares como enfisema y tuberculosis. Los dentistas usan rayos X para entender lo que sucede dentro de su boca, lo que les permite evaluar la salud y el estado de sus dientes y encías, que no podrían ver con otros instrumentos/herramientas.

  • Seguridad

Así como los rayos X pueden ayudar a escanear áreas clave dentro de nuestro cuerpo, también pueden ser útiles para revisar lo que hay dentro de nuestras maletas en los puntos de control de seguridad de los aeropuertos. Los rayos X pueden fluir a través de materiales blandos, como el plástico o el cuero, pero son absorbidos por materiales pesados, que a menudo se utilizan en armas y municiones, como cuchillos, pistolas y otras armas. Generalmente, los oficiales de seguridad tienen una pantalla de computadora de monitoreo, la cual transmite el interior de las maletas y bolsas en tiempo real para que el oficial pueda observar cualquier material sospechoso/prohibido.

  • Investigación científica

Aparte de la medicina, uno de los primeros usos de los rayos X fue el estudio de la estructura interna de los materiales. Cuando se dispara un haz de rayos X a un cristal, los átomos dispersan el haz de forma precisa, proyectando una sombra virtual del patrón interior del cristal. De esta manera, los investigadores pueden medir la distancia entre los átomos. Esto se denomina cristalografía de rayos X o difracción de rayos X. Esta técnica desempeñó un papel crucial en el descubrimiento de la estructura del ADN en la década de 1950.

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