Producción de rayos X

Interacción electrón-blanco: tipos de colisión

• En el tubo de rayos X se van a producir interacciones entre los electrones y un blanco que es el ánodo.

•  Colisión elástica.-

• La partícula interacciona con los átomos del medio, se desvía de su trayectoria y cede cierta cantidad de energía en forma de energía cinética. No se produce alteración atómica ni nuclear en el medio.

•  Colisión inelástica.-

•  La partícula choca con los átomos del medio modificando la estructura electrónica de los mismos. Se producen excitaciones (los electrones se mueven a niveles energéticos menos ligados) y/o ionizaciones (arrancan electrones del átomo).

• Colisión radiactiva.-

•  La partícula cargada se desvía de su trayectoria en su interacción con los núcleos atómicos del medio y como resultado se produce radiación EM (fotones), de ahí su nombre. Este proceso se produce con mayor probabilidad en las proximidades del núcleo atómico.

• Radiación característica

• La ionización de un átomo se produce cuando se suministra energía suficiente para vencer la energía de enlace del electrón a su órbita. Esta energía es mayor cuanto más cerca del núcleo está el electrón y cuanto mayor es su número atómico,
•  Si se proporciona menor energía que la de enlace del electrón se producirá una excitación del átomo. El electrón que recibe el impacto de energía saltará a capas más externas, pero no saldrá fuera del átomo.
•  En cualquiera de los dos casos, el átomo tiende a su equilibrio mediante un proceso de desexcitación.
•  Esta desexcitación es lo que da lugar a la radiación característica,
•  Los fenómenos de ionización o excitación y el de desexcitación de un átomo ocurren instantáneamente.
•  Se producen rayos X característicos K cuando se arranca un electrón de la capa K y el hueco es ocupado por un electrón de cualquiera de las otras capas. También se producen rayos X característicos L si es un electrón de la capa L el arrancado etc.
• Los rayos XL son de menor energía que los rayos XK.
•  Los rayos X característicos sólo serán útiles para el diagnóstico si poseen una energía media de 69 KeV

 

Resumen: Una colisión inelástica provoca ionizaciones o excitaciones. La radiación característica se origina cuando la interacción es lo suficientemente violenta para arrancar un electrón de la capa interna del átomo blanco. La radiación X característica resultante de ionización-desexcitación forma parte de la radiación primaria que sale del tubo. El fenómeno excitación-desexcitación requiere menos energía y generalmente no ocasiona rayos X característicos.

 

• Cuando una partícula cargada, en nuestro caso un electrón, interacciona con un material pasando cerca del núcleo, la carga positiva de éste actúa sobre el electrón (de carga negativa) atrayéndolo hacia el núcleo, disminuyendo la velocidad y desviándolo de su trayectoria original.
•  Al ser frenado pierde energía cinética que es emitida en forma de radiación EM o fotón de rayos X.
•  Este tipo de rayos X se conoce como rayos X de frenado o bremsstrahlung. El electrón puede perder toda, alguna o ninguna de su energía cinética.
•  Generalmente más del 99% de la energía cinética de los electrones proyectil se convierte en calor, queda menos de un 1% disponible para producir rayos X.

 

• Poder de frenado y alcance

• El poder de frenado es la pérdida de energía por unidad de longitud
• Es decir, la cantidad de energía que pierde la partícula conforme va avanzando por el medio material.
• Como fundamentalmente se dan dos tipos de interacciones de los electrones con la materia (inelásticas y radiactivas) hay dos tipos de poderes de frenado: por ionización y por radiación.
• El poder de frenado total es igual a la suma de ambos poderes de frenado.
• El alcance de una partícula en un medio es el recorrido total alcanzado por la partícula sin tener en cuenta la trayectoria.
• Transferencia lineal de energía TLE: es una medida de la velocidad a la que se transfiere la energía desde la radiación ionizante al tejido blando.
• La capacidad de la radiación ionizante para producir una respuesta biológica aumenta al hacerlo la TLE de la radiación.