Facultad de Construcciones Departamento de Ingeniería Civil 3 er Año. Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas

Difracción de Rayos - X Profesor: - Carlos A. Alejandro Alfonso. Integrantes: - Anisleidys Borrás Hidalgo. - Dasiel Hernández Fernández.

La Física es una ciencia con innumerables aplicaciones en todas las ramas, es un factor fundamental para explicar los fenómenos que ocurren en el mundo, naturales e industriales. Sus aplicaciones alcanzan tanto a la construcción como a otros campos científicos, que pueden ser el campo de la telecomunicación y la medicina. En este seminario abordaremos un poco sobre la vinculación de la Física a la Ingeniería Civil y específicamente de la utilización de la difracción de los Rayos-X en el campo de la investigación y la construción. Introducción

Al definir Rayos - X vemos que se trata de una radiación electromagnética penetrante, con una longitud de onda menor que la luz visible, producida bombardeando un blanco generalmente de wolframio con electrones de alta velocidad. Roentgen llamó a los rayos invisibles “Rayos - X" por su naturaleza desconocida. Los Rayos - X fueron descubiertos de forma accidental en 1895 por el físico alemán Wilhelm Conrad Roentgen mientras estudiaba los rayos catódicos en un tubo de descarga gaseosa de alto voltaje.

Los Rayos X son radiaciones electromagnéticas cuya longitud de onda va desde unos 10 nm hasta 0,001 nm. Cuanto menor es la longitud de onda de los Rayos X, mayores son su energía y poder de penetración. Tanto la luz visible como los Rayos X se producen a raíz de las transiciones de los electrones atómicos de una órbita a otra. La luz visible corresponde a transiciones de electrones externos y los Rayos X a transiciones de electrones internos. Los Rayos X formados por una mezcla de muchas longitudes de onda diferentes se conocen como Rayos X ‘blancos’. Los de menor longitud de onda, se denominan Rayos X duros. Los rayos de mayor longitud de onda, se conocen como Rayos X blandos.

Difracción Los Rayos X pueden difractarse al atravesar un cristal, o ser dispersados por él, ya que el cristal está formado por redes de átomos regulares que actúan como redes de difracción muy finas. Los diagramas de interferencia resultantes pueden fotografiarse y analizarse para determinar la longitud de onda de los Rayos X incidentes o la distancia entre los átomos del cristal. Los Rayos X también pueden difractarse mediante redes de difracción.

Tipo de rejilla óptica utilizada para la difracción de Rayos - X Los rayos x son radiación electromagnética con longitudes de onda del orden de 0.1 nm. Para estas pequeñas longitudes de honda no puede usarse una rejilla de difracción óptica estándar, como se emplea normalmente. Por ejemplo, para λ = 0,10 nm y d = 3000 nm, el máximo de primer orden tiene lugar en θ = 0,0019º. Esto esta demasiado cerca del máximo central para ser práctico. Es deseable una rejilla con λ ≈ d pero, puesto que las longitudes de onda de los rayos x son casi iguales a los diámetros atómicos, tales rejillas no pueden construirse mecánicamente.

Tipo de rejilla óptica utilizada para la difracción de Rayos - X En 1912 al físico Max von Laue se le ocurrió que un sólido cristalino, por poseer una disposición regular de átomos, podría formar una “Rejilla de Difracción” tridimensional natural para rayos x. Cuando se deja que un haz colimado, de rayos x, con una distribución continua de sus longitudes de onda, incida sobre un cristal de cloruro de sodio, aparecen haces intensos en ciertas direcciones precisamente definidas. Cuando estos haces inciden sobre una película fotográfica, forma un conjunto de “Puntos de Laue”

Fotografía de difracción de rayos X.

Si un haz de Rayos X choca con un cristal, aparecen haces difractados intensos en ciertas direcciones formando un patrón.

Propiedades de los Rayos X Los Rayos X afectan a una emulsión fotográfica del mismo modo que lo hace la luz. La absorción de Rayos X por una sustancia depende de su densidad y masa atómica. Cuanto menor sea la masa atómica del material, más transparente será a los Rayos X de una longitud de onda determinada. Cuando se irradia el cuerpo humano con Rayos X, los huesos absorben la radiación con más eficacia, por lo que producen sombras más oscuras sobre una placa fotográfica. En la actualidad se utiliza radiación de neutrones para algunos tipos de radiografía, y los resultados son casi los inversos. Los objetos que producen sombras oscuras en una imagen de Rayos X aparecen casi siempre claros en una radiografía de neutrones.

Aplicación al campo de la Ingeniería Civil Los rayos X se utilizan en los ensayos no destructivos que son muy importantes para la investigación sin causarle daño y trastornos estructurales a los objetos de obra. Estos ensayos son capaces de brindarnos informaciones muy importantes que posteriormente se pueden utilizar. Determinación de la posición de los aceros en elementos estructurales de hormigón armado. Determinar espesores de recubrimiento de aceros de refuerzo. Determinación de zonas afectadas en barras de acero. En la microestructura de las partículas que componen el cemento. Detección de poros en las obras pretensadas y postezadas producidas en plantas conformadoras de elementos de hormigón.

Aplicación al campo de la Ingeniería Civil En la construcción de elementos de fábrica uno de los principales problemas que se encuentran son la presencia de huecos y poros en los conductos del acero de refuerzo. Los métodos comúnmente más utilizados para la detección de estos son la radiografía X y la ganmagrafía. Para la aplicación de estos ensayos se necesitan zonas preparadas adecuadamente que impidan el paso de estos tipos de rayos al exterior del local.

Equipo de rayos X

Ejemplo de una grieta tomada por Rayos X

Gráfico que identifica los minerales en una Obsidiana tomada por Rayos X

Gráfico que identifica el grado de cristalización del cuarzo utilizando una rejilla óptica de cloruro de sodio.

Algunas aplicaciones recientes de los Rayos X en la investigación van adquiriendo cada vez más importancia. La microrradiografía, por ejemplo, produce imágenes de alta resolución que pueden ampliarse considerablemente. Dos radiografías pueden combinarse en un proyector para producir una imagen tridimensional llamada estereorradiograma. La radiografía en color también se emplea para mejorar el detalle; en este proceso, las diferencias en la absorción de rayos X por una muestra se representan como colores distintos. La microsonda de electrones, que utiliza un haz de electrones muy preciso para generar rayos X sobre una muestra en una superficie de sólo una micra cuadrada, proporciona también una información muy detallada.