DEPARTAMENTO DE CIENCIAS EXACTASCARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA

ASIGNATURA: FÍSICA III

TRABAJO PREPARATORIOLABORATORIO No. 3.1

Tema de la práctica: “DIFRACCION DE RAYOS X”.

Curso y NRC: B 421 - 1374

1. Consultar sobre:

La ley de Bragg y su interpretación geométrica.

Consiste en imaginar la difracción como una reflexión de los rayos X originada por unos "espejos" imaginarios formados por planos de átomos de la red cristalina y que, debido a la naturaleza repetitiva del cristal, estarían separados por distancias constantes d.Por lo tanto, si un par de haces de rayos X inciden sobre un conjunto de "espejos" con un ángulo θ, se reflejarán sobre dichos "espejos" sólo si la diferencia de caminos recorridos  por los frentes de onda OF y OH es un número entero de longitudes de onda:

FG + GH = n. λ  [1]

pero:  FG = GH   y   sen θ = FG / d [2]

2 d sen θ = n. λ  [3]

Los planos reticulares se comportan como espejos que reflejan la "luz X" sólo en algunas posiciones dadas por:  

θ = arc sen (n.λ/2.d).  Para unas condiciones experimentales dadas (λ y d) se obtienen valores discretos del ángulo de

difracción θ que corresponden a los diferentes valores del número entero n.  No hay infinitos órdenes de difracción (sen θ ≤ 1) y su número máximo depende de las

condiciones experimentales (cristal y longitud de onda): nmax = 2.d/λ.  La geometría de la difracción (los ángulos de difracción θ) depende sólo de la geometría de la

red.

Rayos X.

Son una radiación electromagnética que surgen de fenómenos extranucleares, a nivel de la órbita electrónica, fundamentalmente producidos por desaceleración de electrones. La energía de los rayos X en general se encuentra entre la radiación ultravioleta y los rayos gamma producidos naturalmente. Los rayos X son una radiación ionizante porque al interactuar con la materia produce la ionización de los átomos de la misma, es decir, origina partículas con carga

Descubrimiento de rayos X.

La historia de los rayos X comienza con los experimentos del científico británico William Crookes, que investigó en el siglo XIX los efectos de ciertos gases al aplicarles descargas de energía. Pese al descubrimiento, Nikola Tesla, en 1887, comenzó a estudiar este efecto creado por medio de los tubos de Crookes. Una de las consecuencias de su investigación fue advertir a la comunidad científica el peligro para los organismos biológicos que supone la exposición a estas radiaciones.

El físico Wilhelm Conrad Röntgen descubrió los rayos X en 1895, mientras experimentaba con los tubos de Hittorff-Crookes y la bobina de Ruhmkorff para investigar la fluorescencia violeta que producían los rayos catódicos.

La noticia del descubrimiento de los rayos X se divulgó con mucha rapidez en el mundo. Röntgen fue objeto de múltiples reconocimientos: el emperador Guillermo II de Alemania le concedió la Orden de la Corona y fue premiado con la medalla Rumford de la Real Sociedad de Londres en 1896, con la medalla Barnard de la Universidad de Columbia y con el premio Nobel de Física en1901.

Producción de rayos X.

Los rayos X se pueden observar cuando un haz de electrones muy energéticos (del orden de 1 keV) se desaceleran al chocar con un blanco metálico. Según la mecánica clásica, una carga acelerada emite radiación electromagnética, de este modo, el choque produce un espectro continuo de rayos X a partir de cierta longitud de onda mínima dependiente de la energía de los electrones. Este tipo de radiación se denomina Bremsstrahlung, o ‘radiación de frenado’. Además, los átomos del material metálico emiten también rayos X monocromáticos, lo que se conoce como línea de emisión característica del material. Otra fuente de rayos X es la radiación sincrotrón emitida en aceleradores de partículas.

Para la producción de rayos X en laboratorios, hospitales, etc. se usan los tubos de rayos X, que pueden ser de dos clases: tubos con filamento o tubos con gas.

Espectro contínuo.El espectro continuo, también llamado térmico o de cuerpo negro, es emitido por cualquier objeto que irradie calor (es decir, que tenga una temperatura distinta de cero absoluto = -273 grados Celsius). Cuando su luz es dispersada aparece una banda continua con algo de radiación a todas las longitudes de onda. Por ejemplo, cuando la luz del sol pasa através de un prisma, su luz se dispersa en los siete colores del arcoiris (donde cada color es una longitud de onda diferente).

2. Describa un experimento para encontrar los rayos x.Para analizar cristales se utilizan los rayos x, en el efecto compton también, cristalografía, y pues sí, se puede realizar el detallado análisis de una piedra para ver como se acomodan sus átomos.

3. Describa las aplicaciones de los rayos X en su carrera.

Son muy útiles para examinar objetos, por ejemplo piezas metálicas, sin destruirlos. Las imágenes de rayos X en placas fotográficas muestran la existencia de fallos, pero la desventaja de este sistema es que el equipo de rayos X de alta potencia que se necesita es voluminoso y caro. Por ello, en algunos casos se emplean radioisótopos que emiten rayos gamma de alta penetración en vez de equipos de rayos X. Estas fuentes de isótopos pueden albergarse en contenedores relativamente ligeros, compactos y blindados. Para la radiografía industrial se suelen utilizar el cobalto 60 y el cesio 137. En algunas aplicaciones médicas e industriales se ha empleado tulio 70 en proyectores isotópicos pequeños y cómodos de usar.Muchos productos industriales se inspeccionan de forma rutinaria mediante rayos X, para que las unidades defectuosas puedan eliminarse en el lugar de producción. Existen además otras aplicaciones de los rayos X, entre las que figuran la identificación de gemas falsas o la detección de mercancías de contrabando en las aduanas; también se utilizan en los aeropuertos para detectar objetos peligrosos en los equipajes. Los rayos X ultrablandos se emplean en maquinas para determinar la autenticidad de obras de arte y para restaurar cuadros.

La Real Fuerza Aérea británica ha desarrollado un sofisticado casco que incorpora rayos X y permite a sus pilotos ver a través de las paredes del avión.

4. Revise el siguiente link donde esta una simulación e información sobre el tema de los rayos X; de un resumen pequeño de lo visto, el link es:http://www.didactika.com/fisica/fisica_moderna/fisica_moderna_rayos_x.html#

5. Preguntas: La ley de Bragg y su relación con los rayos X?

Cuáles son las longitudes de onda y velocidad de los rayos X?

Discuta el resultado de difracción de cada uno de los siguientes planteamientos: a) Un haz de rayos x con ƛ=20 A incide sobre planos cristalinos con d=0,5 A. b) Un haz de rayos x con ƛ=0,001 A incide sobre planos cristalinos con d=0,5 A. de acuerdo a lo

anterior, ¿Qué compromiso debe cumplirse entre el tamaño de los átomos y ƛ para llegar a obtener información útil en una experiencia de difracción de cristales?

Referencias:[1,2,3] http://www.xtal.iqfr.csic.es/Cristalografia/parte_05_5.html

Bibliografía: Deducción e interpretación informal de la ley de Bragg

http://www.xtal.iqfr.csic.es/Cristalografia/parte_05_5.html http://legacy.spitzer.caltech.edu/espanol//edu/ir/spectra/spec_sp.html http://www.muyinteresante.es/tecnologia/articulo/innovadoras-aplicaciones-de-los-rayos-x