CAPÍTULO 2 PROPIEDADES DE LOS RAYOS X I 2.1. RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA Los rayos X son radiación electromagnética de la misma aturaleza que la luz pero de longitud de onda mucho más corta. La unidad de medida en la región de los rayos X es el angstrom (A), igual a 10 −10 m, y los rayos X usados en difracción tienen longitude de onda en el rango de 0,5-2,5A, mientras que la longitud de onda para la luz visible es del orden de 6000A. Los rayos X por lo tanto ocupan la región entre los rayos gamma y rayos ultravioleta en el espectro electromagnético, ver Figura 2.1. Frecue ncia

Hz

Nombre de la radiación

10 23 10 22 10 21 10 20

× 1014 Hz Violeta 7,69-6,59 Azul

6,59-6,10

Verde

6,10-5,20

Amarillo 5,20-5,03 Nara nja 5,03 -4,82

Rojo

4,82-3,84

1 MHz

1 kHz

10-14 10-13

Rayos Gamma

10 10 18 10 17

Rayos X

Ultravioleta

16

10 10 15

Visible

10 6 10 5 10 4 10 3 10 2

10 10-11 10-10

1A

10-9

1 nm

10-8 10-7 10-6

o

1 µm

-5

Microondas TV, FM Ondas de radio

10-3 10-2 10-1 1 101 102 103

nm Violeta

390-455

Azul

455-492

Verde

492-577

Amarillo 577-597

10 10-4

Infrarrojo

11

10 10 10 10 9 10 8 10 7

1 UX

-12

19

10 14 10 13 10 12

Longitud de onda, m

Naranja 597-622 Rojo

622-780

1 cm 1m

1 km

4

Radiofrecuencia

10

10 105 106 107

Figura 2.1.- El Espectro electromagnético

La longitud de onda λ y la frecuencia ν de una onda electromagnética, como es el caso de los c = λν rayos x, están relacionadas según: (2.1)

Donde: c = 3 × 10 8 m / s es la velocidad de la onda en el vacío. En concordancia con la teoría cuántica, la radiación e ectromagnética puede considerarse como una corriente de partículas llamados cuantos o fotones. Cada fotón tiene asociado a él una cantidad de energía: E = hν (2.2) donde h = 6,63 × 10 −34 J s es la constante de Planck. 24

2.2. PRODUCCIÓN DE LOS RAYOS X Los rayos X se producen cuando electrones de rápido mo iento chocan contra la materia. Los fenómenos resultantes de la desaceleración de los electro es son muy complejos, y los rayos X resultan de dos tipos generales de interacción de los electrones rayo x con los átomos del material que constituyen el blanco, aber: ee v 1. Un electrón a gran velocidad golpea y desplaza a un electrón ligado a la profundidad del átomo cerca al núcleo, ionizando átomo. Cuando cierta capa interna de un átomo ha sido ionizad de esta manera, un electrón de una capa más externa puede ocup r evacante, con el resultado de la emisión de un rayo X característico núcleo del átomo involucrado, como se ilustra en la Figura 2.2. Esta producción de rayos X es un proceso cuántico similar al origen del Figura 2.2.- Emisión de espectro óptico. un rayo X característico

2. Los electrones de alta velocidad en lugar de chocar con un electrón a l interior de un átomo del blanco, pueden ser retardados al pasar a través del campo eléctrico intenso cerca del núcleo de un átomo, como se ilustra en la Figura 2.3. Este también es un proceso cuántico, la disminución de energía DEc del electrón aparece como un fotón de rayo X de frecuencia n y es dada por la ecuación de Einstein: (2.3) hν = ∆E c

Fotón RX

e-

v0

e

DEc=hn - v 0 ’