¿Cómo penetran los rayos X en una lámina de acero? » Cienciahoy

Los rayos X son una forma de radiación electromagnética que, debido a su naturaleza neutra y alto contenido de energía, puede penetrar materiales tan duros como una lámina de acero.

Los rayos X son una de las formas más comunes de radiación que encontramos en la vida diaria. Siempre que nos rompemos un hueso o tenemos que ir al dentista, necesitamos hacernos una radiografía para ver el estado de nuestros huesos. Los rayos X muestran incluso los espacios más pequeños en nuestros huesos porque pasan a través de estos espacios y nuestra piel muy fácilmente.

¿Qué le da a los rayos X esta cualidad especial de alta penetración? ¿Por qué no se bloquea con objetos sólidos como otras formas de radiación? Bueno, para responder a esa pregunta, primero debemos entender los rayos X.

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¿Qué son los rayos X?

Los rayos X son solo una forma diferente de la luz que conocemos y vemos tan bien. La luz es un término común para la radiación electromagnética. En palabras simples, si consideramos un campo electromagnético, que es solo el campo eléctrico emparejado con el campo magnético, ya que siempre existen juntos, como el lino, entonces las perturbaciones o las ondas que aparecerían al agitar el lino serían la radiación electromagnética. , o como nos gusta llamarlo, luz.

La luz o radiación electromagnética es una onda (o una partícula, según el estado de ánimo de Schrödinger). Cada tipo de onda tiene una longitud de onda, que es la distancia entre dos picos o valles consecutivos.

Si los picos están más cerca, la onda tendrá una longitud de onda pequeña y si están muy separados, la onda tendrá una longitud de onda larga. La luz se clasifica en diferentes formas, dependiendo de la longitud de onda.

Diagrama de espectro electromagnético (VectorMine)

Luz en diferentes longitudes de onda (Crédito de la foto: VectorMine/Shutterstock)

Los rayos X tienen longitudes de onda extremadamente cortas, solo por debajo de los rayos gamma (sin juego de palabras), con un rango de longitud de onda de 100 a 0,001 nanómetros. Los rayos X fueron descubiertos por Wilhelm Röntgen y recibieron su nombre debido a su misteriosa existencia en ese momento.

¿Cómo funciona la penetración?

Todos los materiales están formados por átomos, que a su vez están formados por electrones y protones, partículas cargadas. Se conocen como partículas cargadas porque tienen valores de carga (electrones con carga negativa y protones con carga positiva).

Cuando la radiación interactúa con la materia, interactúa con estos electrones y protones. Las interacciones entre la radiación y los electrones y protones dependen de las propiedades de la radiación.

Si la radiación consiste en partículas cargadas como partículas alfa o partículas beta, entonces las interacciones dependen de la carga. La radiación alfa con una carga positiva sería atraída por los electrones en los átomos y sería desviada por los núcleos. Se puede ver claramente que cuantas más interacciones tiene la radiación, menor distancia es capaz de cubrir.

Coches en carretera en atasco de tráfico (ddisq) S

Una carretera congestionada (Crédito de la foto: ddisq/Shutterstock)

Imagina dos personas viajando por una carretera, una en un auto y la otra a pie. Cuando se atascan en el tráfico, la persona en el automóvil tiene que esperar a que el automóvil que tiene delante se mueva porque está interactuando con los vehículos. Mientras tanto, la persona que camina ignora el tráfico y los autos y continúa, ya que no tiene interacciones con los vehículos. Después de 10 minutos en el tráfico, la persona que camina habrá recorrido más distancia que la persona en el automóvil.

Esto es similar a la penetración dentro de la materia. La radiación con carga tiene que interactuar con los átomos no solo físicamente (chocando con ellos), sino también magnéticamente, debido a las diferencias de carga. Esta es la razón por la cual la radiación alfa y beta tienen niveles de penetración muy pequeños.

Entonces, en términos técnicos, la penetración es la distancia a la que puede viajar la radiación antes de que su intensidad caiga a 1/eth del valor original (donde e es la constante de Euler).

Pero, ¿qué hace que los rayos X penetren más?

Como se mencionó anteriormente, los rayos X son una forma de radiación electromagnética (luz). La luz no tiene carga, es decir, es neutra. Por lo tanto, cuando los rayos X interactúan con los átomos de un material determinado, no se desvían debido a las cargas de estas partículas subatómicas (electrones y protones). Pero, ¿qué pasa con otras formas de luz, como la luz visible o la luz infrarroja? ¿Por qué no se les aplican las mismas reglas?

Bueno, lo hacen. La luz, sin importar su longitud de onda, no interactúa con las partículas de un material dado, pero esa no es la única propiedad a considerar. Retomando el ejemplo anterior, cuanta más energía tenga la persona que camina, más distancia podrá recorrer. Una persona que ya está cansada no podría ir muy lejos, aunque no tiene que preocuparse por los autos que lo rodean.

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La persona con más energía sería capaz de cubrir más distancia. (Crédito de la foto: svtdesign/Shutterstock)

Lo mismo se aplica a la luz. La radiación que tiene niveles de energía más altos sería capaz de penetrar más lejos. Ahora bien, la energía de cualquier tipo de onda depende de su longitud de onda. Cuanto menor sea la longitud de onda, mayor será la energía. Por lo tanto, las ondas infrarrojas y de radio tienen la energía más baja, mientras que los rayos X y los rayos gamma tienen la energía más alta. Esta es la razón por la que los rayos X pueden penetrar mucho más en la materia que la luz en otras longitudes de onda (más largas).

Conclusión

Los rayos X son un tipo muy energético de radiación electromagnética, por lo que pueden penetrar profundamente en los materiales. Aunque depende de algunos factores menos importantes, debido a su naturaleza energética y neutra, pueden incluso penetrar pequeñas láminas de acero y otros metales de densidad similar.

Sin embargo, estos pequeños rayos vigorosos también tienen sus limitaciones y no pueden ir más allá de 250 micrómetros. Si necesita penetrar más profundo que eso por alguna razón, ¡su mejor opción pueden ser los rayos gamma!

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