Interaccion de la radiacion x con la materiaT.M. Jose Ignacio Faundez USS 2010

Propiedades1. 2. 3. 4. 5. Impresionan placas fotogrficas Excitan la fluorescencia en determinados cuerpos Tiene gran poder de penetracin (baja longitud de onda) No se desvan por campos elctricos o magnticos Ionizan los gases (alta energia) formando tanto protones como electrones, por lo tanto, en un gas podramos ser capaz de medir con una cierta intensidad de corriente si pusiramos 2 electrodos esta ionizacin que produce porque va a producir una descarga elctrica.

Interaccion de los rayos x con la materia Los rayos X, interaccionan con los componentes atmicos de las sustancias u objetos que encuentra en su camino, de acuerdo con los mecanismos propios de las radiaciones electromagnticas dando lugar a los fenmenos de ionizacin y excitacin que son la base de varios efectos, entre ellos, las modificaciones biolgicas.

Interaccion de los rayos x con la materiaAbsorcin Transmisin Dispersin

* calor => radicales libres => radiobiologia

Interaccion de los rayos x con la materia

Fig. N4. Rayos X atravesando un espesor de un material "m" determinado

Interaccion de los rayos x con la materia Extraen electrones (ionizacion). Dispersin Coherente Efecto Fotoelctrico Efecto Compton Produccin de Pares fotodesintegracion.

Dispersin Coherente Tambin conocida como dispersin clsica o dispersin Rayleigh, es ilustrada en la figura N5. Este proceso puede ser visualizado para considerar la naturaleza de la onda de la radiacin electromagntica. Esta interaccin consiste en una onda electromagntica que pasa cerca del electrn, colocndolo en oscilacin. El electrn transmite la energa a la misma frecuencia que la onda electromagntica incidente. Estos rayos X dispersos tienen la misma longitud de onda que el haz incidente, por lo tanto la energa no se modifica dentro del movimiento electrnico y, por consiguiente, no es absorbida por el medio. El nico efecto es la dispersin del fotn a un ngulo pequeo (Khan; 1994 ). La dispersin coherente es posible en materiales de nmero atmico alto y con fotones de baja energa.

Dispersin Coherente

Fig. N5. Proceso de dispersin coherente, el fotn dispersado tiene la misma longitud de onda que el fotn incidente. La energa no es transferida.

Efecto fotoelctrico El efecto fotoelctrico fue descubierto por Heinrich Hertz en 1887, al observar que el arco que salta entre dos electrodos conectados a alta tensin alcanza distancias mayores cuando se ilumina con luz ultravioleta que cuando se deja en la oscuridad. Un Ao despus, Hallwachs hizo una importante observacin de que la luz ultravioleta al incidir sobre un cuerpo cargado negativamente causaba la perdida su carga, mientras que no afectaba a un cuerpo con carga positiva. Diez aos mas tarde, J. Thomson y P. Lenard demostraron independientemente, que la accin de al luz era la causa de al emisin de cargas negativas libres por la superficie del metal. Aunque no hay diferencia con los dems electrones, se acostumbra al denominar fotoelectrones a estas cargas negativas.

Efecto fotoelctrico

Efecto fotoelctrico Es un fenmeno en el cual un fotn de baja energa interacta con un tomo y eyecta uno de los electrones orbitales de ste (Fig. N6). En este proceso, el total de la energa hv del fotn es transferida al electrn atmico. La energa cintica del electrn (llamado fotoelectrn) es igual a hv-Eb, donde Eb es la energa de ligazn del electrn. Interacciones de este tipo pueden tener lugar con electrones de las rbitas K, L, M N. Despus que el electrn ha sido eyectado del tomo, se crea una vacante en esa capa, esto permite que el tomo entre en un estado de excitacin. La vacante puede ser ocupada por otro electrn orbital con una emisin de rayos X caracterstico (Khan; 1996). Tambin existe la posibilidad de la emisin de electrones Auger, los cuales son electrones monoenergticos producidos por la absorcin de rayos X caractersticos (Khan; 1996).

Efecto fotoelctrico

Fig. N 6. Efecto Fotoelctrico

e- + hv e-

Efecto fotoelctrico

Efecto fotoelctrico

Un ejemplo del efecto fotoelctrico. Un fotn de 100 KeV, se aproxima a un tomo y choca contra un electrn, que tiene una fuerza de enlace de 50 KeV. El electrn es despedido del tomo y se convierte e un ion negativo. El tomo al cual se le quit el electrn, es ahora un ion positivo. Los dos iones forman un par de iones. El fotn desaparece, ste es absorbido completamente. Pero, qu le sucede al resto de la energa del fotn, la diferencia entre su energa inicial de 100 KeV y la de 50 KeV que es usada para eliminar la fuerza de enlace del electrn?. El exceso de energa es entregada al electrn despedido en forma de energa "cintica", o velocidad. En nuestro ejemplo particular; el electrn despedido tendr una energa cintica de 50 KeV, lo que significa que se estar moviendo a una velocidad razonable. Toda la energa del fotn ha sido usada hasta ahora, y el fotn deja de existir. Recuerde que un fotn no es una partcula, sin embargo ste acta como tal. Cuando la energa es usada, no queda nada.

Efecto fotoelctrico Aqu est otro ejemplo del efecto fotoelctrico

Efecto fotoelctrico De nuevo, toda la energa del fotn ha sido usada para producir un par de iones. No todos los electrones tienen la misma energa de enlace. Esta depende del elemento (nmero Z) y de la posicin del electrn en el tomo. Aquellos ms cercanos al ncleo tienen mayor energa de enlace que los ms lejanos a ste, por lo tanto requieren ms energa del fotn para removerlos. Los electrones lejanos al ncleo, son comparativamente fciles de despedir.

Efecto Compton Este efecto ocurre cuando el fotn incidente cede parte de su energa a un electrn libre (de las capas externas del tomo), reteniendo el resto de energa. El tomo resulta ionizado y el electrn es expulsado con cierta energa, produciendo ste, ionizaciones secundarias. El fotn incidente sigue su trayectoria con menor energa, gastndola en interacciones Compton posteriores o desaparece completamente por Efecto Fotoelctrico, por lo que cambia su direccin a causa de dicha interaccin ( Khan; 1996). La probabilidad de absorcin, para este efecto, aumenta lentamente con la energa del fotn y es ms importante para los elementos de nmero atmico menor. Por lo tanto, este efecto es menos dependiente de la energa de la radiacin que el efecto fotoelctrico, y lo es tambin del nmero atmico del material.

Efecto Compton

Fig. N7. Diagrama que ilustra el efecto Compton.

Efecto Compton

Efecto Compton Se mencion anteriormente que el Efecto Compton es una interaccin entre un fotn y un electrn "libre". Prcticamente, esto significa que la energa del fotn incidente debe ser ms grande comparada a la energa de enlace del electrn. A diferencia con el Efecto Fotoelctrico el cual es ms probable cuando la energa del fotn incidente es igual o ligeramente ms grande que la energa de enlace del electrn. De este modo, mientras la energa del fotn se incrementa ms all de la energa de unin del electrn de la rbita K, el Efecto Fotoelctrico decrece rpidamente y el Efecto Compton se hace ms probable. Sin embargo, si se contina aumentando la energa fotnica, ste ltimo efecto decrece hacindose ms probable la Produccin de Pares. Puesto que la interaccin Compton involucra, esencialmente, electrones libres en el material absorbente, es independiente del nmero atmico z y depende slo del nmero de electrones por gramo.

Efecto Compton Ahora consideremos el efecto Compton (o dispersin como se le llama algunas veces). El efecto Compton, es una extensin lgica del efecto fotoelctrico, siendo la diferencia que las energa originales del fotn son generalmente mayores. Cuando se inicia con energas mayores del fotn, toda la energa puede que no sea utilizada en remover y acelerar un electrn. Puede haber energa sobrante. El efecto Compton es comn que ocurra cuando los fotones caen dentro de un rango de 50 KeV hasta varios MeV. Observe que el rango de energa se traslapa con el rango de energa fotoelctrica. Con energas muy bajas del fotn, el efecto fotoelctrico es dominante, pero se hace menos comn al aumentar la energa del fotn. El efecto Compton, empieza lentamente a niveles bajos de energa y se hace dominante entre los 100-150 KeV.

Efecto Compton

Este exceso de energa toma la forma de un nuevo fotn; que tiene una longitud de onda mayor que la del fotn original y que se mueve en una nueva direccin o camino.

Efecto Compton

Por qu es que el nuevo fotn tiene una longitud de onda mayor que el fotn original?. Porque una porcin de la energa ha sido usada para disparar el electrn y darle cierta velocidad. La energa restante es menor que la original; por lo tanto, la longitud de onda del nuevo y dispersado fotn tiene que ser mayor.

Efecto Compton

En el ejemplo de arriba, el fotn penetrante tiene una energa de 450 KeV. Este remueve un electrn que tiene una energa de enlace de 12 KeV, dndole a su vez un empuje de 80 KeV. El fotn dispersado toma un camino diferente al fotn original y tiene una energa igual a: 450 KeV - 12 KeV - 80 KeV = 358 KeV Una porcin de la energa original del fotn ha sido absorbida por el material penetrado a travs del proceso de ionizacin. Tenemos ahora un nuevo fotn dispersado de energa reducida. Cul sera el siguiente pensamiento lgico o razonamiento?.

Efecto Compton

El fotn dispersado interaccionar con la materia, y ser absorbido exactamente en la misma forma que cualquier fotn del haz de rayos-x original. Es ms, ste puede atravesar por varios efectos Compton antes de que la energa sea absorbida completamente. Note que al chocar el fotn y el electrn no reaccionarn de igual manera que lo haran dos "bolas de billar". El ngulo (cambio de direccin) al cual proceden los nuevos fotones sigue un patrn muy bien definido. Examine el diagrama de arriba y vea si lo entiende.

Efecto Compton A mayor energa del fotn, ms pequeo el cambio de curso para el nuevo fotn. Los fotones con una energa muy alta, despus de una colisin en donde se presente el efecto Compton, seguirn una trayectoria muy parecida a la original, pero nunca la misma. En otras palabras, los fotones con mucha energa se dispersan muy poco. Un fotn con muy baja energa, aun si este resulta de un primer choque con efecto Compton, seguir una trayectoria o camino muy diferente al original. Los fotones con energa muy baja pueden tambin dispersarse hacia atrs, en una direccin opuesta. Aqu se presentan varios fotones, como se observaran al estar penetrando una sustancia, a la vez que son absorbidos en una serie de interacciones Compton y finalmente por la accin del efecto fotoelctrico.

Efecto compton

Las lneas ms claras indican fotones con baja energa que resultan del efecto compton. Cada una es finalmente absorbida por la accin del efecto fotoelctrico.

Si se nos pidiera que le diramos un nombre a todos los fotones que resultan del efecto Compton, qu nombre sera el apropiado?, "radiacin secundaria" y "dispersin Compton", parecen ser apropiados. DISPERSION COMPTON es un nombre preciso para este tipo de radiacin electromagntica, mientras que "radiacin secundaria", incluye otros tipos de radiacin que resultan de la accin de un haz primario, por ejemplo, los electrones que son disparados durante el efecto fotoelctrico o efecto Compton. Existe otro trmino que es comnmente usado, radiacin dispersada. Este trmino tiene un significado muy amplio, y para el TM incluye toda radiacin indeseable sin importarle el tipo o fuente.

Interaccion compton

En todas nuestras discusiones, trataremos de ser tan especficos como sea posible nombrando a la radiacin como "primaria", esto es, parte del haz original; "secundaria" si queremos incluir todos los tipos de radiacin excepto la primaria; y "dispersin Compton" si estamos hablando acerca de los fotones que son dispersados como resultado del efecto Compton.

Interaccion compton

En el efecto Compton, no toda la energa del fotn es absorbida por el electrn. Cuando el electrn es disparado, hay todava algn exceso de energa sin utilizar.

Produccin de Pares. Si la energa del fotn es mayor a 1,02 MeV, ste puede interactuar con materiales a travs del mecanismo de produccin de pares. En este proceso, el fotn interacta fuertemente con el campo electromagntico de un ncleo y entrega toda su energa en el proceso de creacin de un par constituido por un electrn negativo (e-) y un electrn positivo (e+). Puesto que la masa de la energa en reposo del electrn es equivalente a 0,51 MeV (relacin masa - energa de Einstein), se requiere un mnimo de energa de 1,02 MeV, en regla, para crear el par de electrones. La energa umbral para el proceso de produccin de pares es de 1,02 MeV. La energa del fotn, en exceso de este umbral, es repartida entre las partculas como energa cintica (Khan; 1996).

Produccin de Pares. El electrn negativo (negatrn) produce pares inicos secundarios hasta disipar toda su energa. El electrn positivo (positrn) tambin produce pares inicos y cuando se encuentra con un electrn libre, ambos se atraen en razn de sus cargas opuestas aniquilndose al contacto, convirtindose las masas de ambos en energa pura; dos rayos gamma de 0,51 MeV en la zona de aniquilamiento. Finalmente estos 2 rayos pierden su energa, por efecto fotoelctrico y efecto Compton (Labbe; 1986 ).

Produccin de Pares.

hv e- + e+ Fig. N8. Produccin de pares con su respectiva aniquilacin.

e+ + e- 2 x hv

Produccin de Pares.

Cada uno de los efectos predomina a diferentes energas de los fotones. A bajas energas (rayos X) predomina el fotoelctrico; a energas medianas (alrededor de 1MeV) , el Comptn; a energas mayores, la produccin de pares

Figura 13. Las tres maneras principales de que los rayos X y los rayos y interaccionan con la materia. En los tres casos se producen electrones energticos.

Fotodesintegracin fotodesintegracin: parte del ncleo es arrancado pudiendo ser un neutrn, protn o una partcula alfa o un conjunto de ellos Si la temperatura en el ncleo de una estrella masiva aumenta lo suficiente se inician reacciones termonucleares que liberan inmensas cantidades de neutrinos. La estrella para compensar la prdida de energa por el escape de neutrinos aumenta la combustin nuclear o se contrae ms, pero cuando llega la etapa estable con la produccin de hierro no se produce mas energa termonuclear y solo queda la contraccin del ncleo como fuente de ella. La temperatura producida por la rpida contraccin se eleva hasta los 5x109 K en un centsimo de segundo. En este momento se liberan gran cantidad de rayos gamma que impactan sobre los ncleos de hierro rompindolos en partculas alfa en un proceso denominado foto desintegracin. En otra centsima de segundo el ncleo es tan denso que los electrones se combinan con los protones para formar neutrones, proceso en el cual se liberan gran cantidad de neutrinos. Esta liberacin de neutrinos enfra a la estrella llevndola a contraerse aun ms. 0.25 segundos despus esta contraccin rpida se inicia y se detiene de manera sbita y la parte mas interna del ncleo rebota y se expande creando una poderosa onda de presin hacia el exterior.

Estos dos ltimos tipos de interaccin no se producen en radiodiagnstico ya que los fotones empleados no tienen la suficiente energa

Fundamentos tericos de la atenuacin.Cuando un haz de fotones de intensidad Io incide en un determinado material de espesor Dx, ste interacta con el medio de tal forma que el haz que emerge de dicho material, de intensidad I, disminuye en relacin al haz incidente, lo que significa que ha sufrido una atenuacin.Fig. N9. Atenuacin del haz de radiacin. Donde : Io = Intensidad del haz incidente; I = Intensidad del haz emergente; Dx = Espesor del material.

Fundamentos tericos de la atenuacin. La atenuacin depende de: 1. Naturaleza del medio 2. Densidad del material 3. Espesor del material 4. Energa de los fotones

I = Ioe-mxFigura 14. Experimento de transmisin de radiaciones. El nmero de radiaciones absorbidas es Io -I, y depende del espesor x del absorbedor.

Naturaleza del material Cuanto mayor es el nmero atmico del material, mayor es la atenuacin. La fase del material, sea slido, lquido o gas, carece de importancia, ya que la atenuacin es la misma siempre que se mantenga la misma densidad.

Densidad del material. La atenuacin es proporcional a la densidad del material que hay que atravesar (con igual volumen y nmero atmico). Entindase por densidad, la masa de una materia por unidad de volumen expresado en g/cm3. Cuanto mayor es el nmero de tomos por unidad de volumen, con igual nmero atmico, mayor ser la atenuacin, porque la relacin es de proporcionalidad directa.

Espesor del materialLos fotones, al atravesar un mayor espesor de material, tienen una mayor probabilidad de interaccin con la materia y, por lo tanto, una mayor atenuacin

Ley exponencial de la atenuacin Como se mencion recientemente, cuando un fotn pasa a travs de la materia, la probabilidad que experimente una interaccin va a depender de su energa, de su naturaleza y de la densidad del material. Cuando un haz de fotones de intensidad Io es dirigido hacia un espesor absorbente Dx, asumiendo que ste incluye un nmero atmico z y que el haz de radiacin es monoenergtico con energa E, al ser registrado con un detector, la intensidad del haz transmitido dI, es decir, aquellos fotones que pasan por el absorbente sin interaccionar, son disminuidas en intensidad, pero no en energa ( Johns; 1971 ).

Para un espesor delgado, tal que la intensidad del haz de radiacin se reduzca solamente en una pequea cantidad, se tiene que la disminucin de la intensidad del haz (dl/I) est relacionada con el espesor del absorbente Dx.

Donde:ml = Coeficiente de atenuacin lineal. El signo negativo, indica que la intensidad del haz disminuye con el incremento del espesor del absorbente. Cuando la expresin anterior se integra entre 0 y x se obtiene la clsica expresin:

Coeficiente lineal de atenuacin Si se considera un haz de radiacin y un instrumento que pueda medir el nmero de fotones que llegan a l cuando est colocado en un punto P dentro del haz de radiacin, notaramos como disminuye su nmero.Fig. N10 . El espesor del absorbente Dx reduce la intensidad de la radiacin en P y provoca la radiacin dispersa.

Considerando que el nmero de fotones que constituyen el haz sea N, al colocar un material de espesor Dx, el nmero de fotones se reducir a una cantidad DN. Esta cantidad depender tanto del nmero de fotones presentes como del espesor del material absorbente, esto es, si se duplica N, la probabilidad de interaccin tambin se duplicar. Si se aumenta el espesor al doble, se duplicar el nmero de tomos disponibles y tambin la probabilidad de interaccin. Puede decirse entonces que el nmero de fotones extrados del haz por interaccin con el material absorbente es directamente proporcional al nmero inicial de fotones N y al espesor Dx del materia, o sea:

Donde m, es una constante de proporcionalidad, llamada coeficiente lineal de atenuacin, el cual depende en una forma complicada del nmero atmico (Z) del material absorbente y de la energa (E) de la radiacin. Matemticamente se puede decir que DN vara como el producto de N y Dx. El signo negativo (-) indica la disminucin de fotones en el haz, a medida que Dx aumenta.

Como DN/N es la razn de dos nmeros y Dx es el espesor, m debe tener una dimensin de 1 dividido por un espesor. Si x se mide en centmetros, m se medir en cm-1.

El espesor (Dx) del material absorbente reduce la intensidad de la radiacin por medio de interacciones con los electrones de los tomos de ste (Fig. N 10). La atenuacin producida por un espesor (Dx) depender del nmero de electrones presentes en el material absorbente. Si ste se comprimiera a la mitad de su espesor, el nmero de electrones sera el mismo pero la atenuacin sera dos veces mayor que antes; luego el coeficiente lineal de atenuacin depender de la densidad del material, como tambin de la energa de los fotones y de la naturaleza del material (Khan; 1996). El coeficiente lineal de atenuacin total depende por tanto del tipo de interaccin y se define como la suma de: coeficiente lineal de atenuacin para Efecto Fotoelctrico (t); para Efecto Compton (s); y para Formacin de Pares (p).

Por lo tanto, queda estructurada la siguiente expresin: ml = sml + tml + pml Donde, la preponderancia de un coeficiente sobre otro depende de la energa del fotn incidente y del nmero atmico del absorbente (Bosch; 1965). Todo esto a modo de conclusin queda reflejado en el siguiente esquema:

Fig. N11. Los tres procesos fundamentales de la interaccin de la radiacin electromagntica, donde la curva indica los valores de Z y energa (expresadas en MeV).

Al considerar la densidad del material se tendr un coeficiente msico de atenuacin, el cual se obtiene del coeficiente lineal de atenuacin dividindolo por la densidad (d) del material (Johns; 1971). Este se expresa en cm2/g. mm = ml / d [ cm2/g] Se lleg a cm2/g, de acuerdo a lo siguiente:

Coeficiente msico de atenuacin

En el caso de tratarse de tejidos animales, la densidad que se considera es la correspondiente al agua. Los coeficientes msicos de atenuacin son de mayor importancia que los lineales, puesto que son independientes de la densidad real y del estado fsico (slido, lquido o gas) del absorbente (Bosch; 1965).

Espesor o capa hemirreductora (C.H.R.).Es el espesor de un material que reduce al 50% la intensidad del haz de radiacin incidente.

Su valor est determinado por la relacin: Donde, de acuerdo a la definicin:

resulta que:

El espesor hemirreductor depende, como el coeficiente de atenuacin lineal, de la naturaleza del medio y de la energa (E) de los fotones (Van der Plaats;1985).

Este proceso de absorcin es progresivo y a medida que el haz penetra ms y ms profundamente, la energa adicional es absorbida a travs del efecto fotoelctrico o del efecto Compton. En un lugar bajo la superficie, hay un nivel en el cual la intensidad (nmero de rayos) de la radiacin es 1/2 de la intensidad de la superficie. Esta profundidad es la capa de valor medio (C.V.M.) para ese haz en particular en ese material en particular. Qu le pasara a la capa de valor medio si usramos un haz compuesto de fotones de mayor energa en el mismo material?. La capa de valor medio se encontrara ms profunda en el material, debido a la mayor fuerza de penetracin de los fotones de alta energa.

Aqu tenemos un ejemplo usando un material de baja densidad (aluminio):

Las capas de valor medio (C.V.M.) mostradas arriba, son siempre las mismas para el Ir-192 y el Co-60 en el aluminio. Estas nunca cambian ya que las energas del fotn de Ir-192 y Co-60 nunca cambian.

Mentalmente grbese, el hecho de que no importa cual sea la intensidad (nmero de rayos) del haz original, 1/2 de los rayos sern siempre absorbidos a la misma profundidad si las energas del rayo son las mismas y el material absorbente es el mismo. Ahora, qu les pasara a las C.V.M. en los ejemplos mostrados arriba, si el material fuera cambiado de aluminio a plomo?. Estas estaran localizadas a una profundidad ms cercana a la superficie. Hay que reconocer el hecho de que la capa de valor medio para materiales pesados y densos es menor que para los materiales livianos. La C.V.M. para el Ir-192 en el plomo es de 0.60 centmetros (0.24 pulgadas), considerablemente menor que los 4.3 centmetros (1.7 pulgadas) para el aluminio. La C.V.M. para el Co-60 es de 1.2 centmetros (0.47 pulgadas) en el plomo en contra de los 6.6 centmetros (2.6 pulgadas) en el concreto o en el aluminio.

Est bien?. Ahora piense sobre este punto un poco. Hemos dicho que en una capa de valor medio la intensidad de la radiacin es reducida a 1/2. Ahora, qu fraccin de la intensidad de la radiacin original persistir a una profundidad de dos capas de valor medio?. 1/4. La intensidad de la radiacin ser reducida a 1/2 por cada C.V.M., y esa mitad ha sido reducida de nuevo a 1/2 al pasar por la segunda C.V.M. 1/2 x 1/2 = 1/4 Esto, es similar al concepto de vida-media para los istopos radiactivos que discutimos anteriormente en otro captulo. La capa de valor medio es una consideracin muy importante en la planeacin de la seguridad en la radiacin.

Efecto de la filtracion agregada

Espectrometra de las radiaciones monoenergticas y polienergticas La espectrometra consiste en la obtencin del espectro de energa de las radiaciones. Para la fabricacin de un espectro de energas, se suman las magnitudes de los elementos tomados individualmente; ste representa la energa total E transportada por un haz de partculas, cada una de las cuales posee la energa individual Ei.

Haz monoenergtico Contiene una sola longitud de onda, es decir, todos los fotones generados poseern una misma energa. La espectrometra de una radiacin monoenergtica se representa en la siguiente ilustracin:

Fig. N12. Espectro terico de un haz monoenergtico

Segn la expresin; I(x) = Io e-m lx, ya antes mencionada, cuando se representa la intensidad de radiacin monoenergtica transmitida I, a travs de un cierto material, en funcin del espesor x, sobre una escala lineal, se obtendr la siguiente curva:

Fig. N13. Curva de atenuacin de una radiacin monoenergtica donde la primera capa hemirreductora (CHR1) detiene la intensidad en un 50% y la segunda capa (CHR2) detiene la mitad de la primera

Haz monoenergtico

El punto de 50% representa lo que se denomina capa o espesor hemirreductor (C.H.R.1). La segunda capa hemirreductora (C.H.R.2), el punto que representa el 25%. Una radiacin monoenergtica queda completamente definida con los valores de los espesores que reducen su intensidad en 50 y 25%.

Haz polienergtico Una radiacin polienergtica est constituida por un haz heterogneo de distintas longitudes de onda. Es el caso de las radiaciones X, generadas por el choque de electrones altamente acelerados, con un blanco que se interpone en su camino. La radiacin que se produce consiste en muchas y variadas longitudes de onda que juntas, forman un "espectro continuo". Este espectro contiene longitudes de onda en una progresin ininterrumpida a partir de una longitud de onda mnima determinada. Es posible, tambin, que los electrones se desplacen con suficiente velocidad y desprendan otros electrones de sus rbitas en el material del nodo. Este proceso est asociado con la emisin de rayos X de longitud de onda especfica, conocida como "radiacin caracterstica" del material. El espectro de la radiacin as producida se denomina "espectro lineal".

Haz polienergtico Para un haz heterogneo, la definicin de capa hemirreductora sigue siendo la misma, pero se hace mayor a medida que se reduce la longitud de onda promedio. Es as como se denomina C.H.R.1, C.H.R.2, etc. Cuando un espesor particular de un material reduce la intensidad de una radiacin heterognea a la mitad, ese espesor representa la primera capa hemirreductora (C.H.R.1). Para reducir otra vez a la mitad la radiacin, que ahora contiene fotones de menor longitud de onda, o sea, ms penetrantes, se necesita un espesor mayor. Es decir, que la C.H.R.2 es ms gruesa que la C.H.R.1 y al mismo tiempo C.H.R.3 es ms gruesa que la C.H.R.2, y as sucesivamente (Van der Plaats; 1985).

Capa decimorreductora

Figura 15. Curva exponencial de atenuacin de rayos X o gamma. Se indican las capas hemirreducora y decimorreductora.

Resumen Primero. Los rayos-x y rayos gamma, penetrarn a los materiales livianos ms eficientemente que a los materiales pesados (densos). Segundo. La radiacin x y gamma es absorbida al interactuar con la materia. Tercero. Estas interacciones empiezan con la ionizacin de los tomos en la materia. Cuarto. La ionizacin por medio de fotones (rayos-x y gamma), se lleva a cabo en dos formas bsicas: efecto fotoelctrico y efecto Compton. Quinto. El efecto fotoelctrico involucra rayos-x y rayos gamma de menor energa y origina una completa absorcin del fotn.

Continuacion Sexto. El efecto Compton involucra fotones de mayor energa y ocasiona la absorcin parcial de la energa del fotn. Sptimo. Los electrones dispersos obtenidos a partir de la ionizacin, producen una ionizacin adicional. Octavo. Los electrones dispersos pueden tambin convertirse en nuevos rayos-x de baja energa, conocidos como bremsstrahlung. Noveno. La "dispersin Compton", "radiacin secundaria" y "radiacin dispersada"; son trminos usados para describir los resultados de las interacciones de los rayos-x o rayos gamma. Dcimo. Todos los rayos-x y rayos gamma son eventualmente transformados en fotones de baja energa que caen fuera del espectro de los rayos-x o gamma.

MOLECULAS Es conveniente agregar en la interaccin de radiacin electromagntica (rayos-X) con las clulas vivas, Los electrones que se desplazan por los tres efectos arriba mencionados, los electrones llevan una cantidad de energa cintica y al interaccionar con la clula lo hacen a tres niveles: 1. Con la membrana. 2. Con el citoplasma. 3. Con el ncleo. A nivel membrana se producen alteraciones osmticas en el intercambio de sustancias al interior de la clula originando la salida del citoplasma, esto provoca aumento o disminucin del tamao de las clulas y causa interrupcin de las funciones de duplicacin.

Si la interaccin es a nivel citoplasma, que lo compone el 70% de agua y vapor de agua, entonces la interaccin se lleva a cabo con molculas de agua tienen dos hidrgenos unidos por enlace covalente con un tomo de oxigeno, de modo que los electrones rompen las molculas de agua tal que sucede esto: a. electrn H2O H+ + OH b. electrn H2O H- + OH+ c. electrn H2O H-o - O- + OH-o Las reacciones a) y b) forman molculas de agua por sus diferentes cargas elctricas, esto sucede as: H+ + OH- H2O H- + OH+ H2O

Tambin puede producir molculas de hidrgeno mediante la unin de dos radicales: H+ + H- H2

El perxido de hidrgeno biolgicamente es muy daino y produce alteraciones en el funcionamiento celular.

En el caso c) la interaccin de los electrones con el ncleo, aqu no hay produccin de iones como en el caso a) y b), slo hay produccin de radicales libres que llevan un electrn el cual se comparte con otro electrn y forman el enlace y son ms reactivos que los iones y producen las siguientes reacciones: HOo + OHo H2O2 Perxido de hidrgeno. Ho + O2o HO2 Radical hidroperxido. Ho + H2Oo H3O+ Hidronio.

A nivel citoplasma, la reaccin producida provoca la muerte de la clula o la mantiene en esta latente, donde se puede realizar la mitosis. Cuando la radiacin electromagntica Gamma o radiacin X de alta energa interacciona con un tomo, a la molcula de DNA y por Efecto Compton desplaza un electrn del tomo. Este electrn desplazado lleva alta energa cintica relativista y colisiona con uno de los enlaces de la molcula de DNA que es alterada y el gen al cual pertenece sera daado.

Este dao producir un efecto biolgico en los cromosomas y as, al dividirse la clula alterada llega a producir clulas alteradas con funcionamiento diferente a la clula madre. Los efectos biolgicos que se originan por radiacin-X y radiacin gamma son: efectos genticos, efectos estocsticos o probabilsticos y efectos deterministas. Son efectos estocsticos o probabilsticos los que pueden o no inducir leucemia u otros cnceres y enfermedades hereditarias, si aumenta la cantidad de radiacin recibida por un individuo expuesto a radiaciones, el organismo desarrollar clonas de clulas somticas modificadas, que pueden sobrevivir o ser eliminadas por defensas del organismo humano. Esto puede ocurrir en un periodo de latencia relativamente largo en el desarrollo de una condicin maligna en donde la proliferacin de clulas modificadas es incontrolable e inducen cncer

La probabilidad de que resulte un cncer post-radiacin depender del nmero de clonas existentes y la malignidad depender de la dosis de radiacin recibida por la clula, mientras que la severidad estar influenciada por el tipo y localizacin de la condicin maligna. El proceso aparece al azar y depende de la sensibilidad de los organismos a la induccin de cncer por radiacin. Ahora me referir sobre un trabajo experimental que se realizo hace 40 aos, donde se atrapo un haz de electrones como se observa todava a simple vista en la fotografa.

El rbol es semejante a un pino muy delgado que crece muy alto. Este rbol qued impreso en la estructura cristalina de la lucita y al observarse en un microscopio se ve que cada tallo de las ramas y principalmente el tallo grueso del rbol, est quemado debido a la energa de los electrones que destruyeron la estructura. El tallo y miles de ramas muy delgadas y finas que son las trayectorias que siguieron los electrones del haz incidente. Es importante decir que detalles impresos en la lucita se ven a simple vista del ojo humano, sin embargo al microscopio comn y corriente se observan las trayectorias de electrones.

Efectos biologicos de las radiacoones ionizantes Somaticos Geneticos Deterministicos (no estocasticos) dosis umbral, moderadas o altas No deterministicos (estocasticos) menos frecuentes dosis pequeas, funcion de la dosis