FUNDAMENTOS DE FÍSICA MODERNA RAYOS X UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA Juliana Ramírez G. -G02E27- Clase del 19 de mayo 2015

RAYOS X Wilhelm Conrad Röntgen estaba realizando estudios sobre descargas eléctricas en gases, durante uno de sus experimentos oscureció el lugar de trabajo y notó que durante la descarga eléctrica en el tubo de rayos catódicos hubo un resplandor. Al analizar el tubo encontró una muestra de sal de bario la cual era fluorescente, determinando que algún tipo de radiación se manifestaba de esta manera en ciertas sustancias. Así en 1895, Röntgen, descubrió una radiación, entonces desconocida, que tenía la propiedad de penetrar los cuerpos opacos.

EMISIÓN DE RAYOS X Los rayos x se producen cuando un haz de electrones de 1 kEV chocan con un material metálico. En su camino hacia la placa positiva los electrones disminuyen su energía potencial y aumentan la cinética. Estos electrones se emiten por emisión termoiónica en un filamento de wolframio (un cátodo) que se encuentra a una diferencia de potencial muy alta con respecto a un ánodo, en este caso el material metálico con un punto de fusión alto. A medida que los electrones se dirigen hacía el ánodo, éstos van disminuyendo su energía potencial y aumentando su energía cinética.

¿Qué le pasa los electrones que componen el haz incidente en el instante de colisionar bruscamente con la placa? Cuando los electrones colisionan con la placa, pierden toda su energía cinética de dos maneras: 1. van cediendo su energía lentamente a medida de va chocando con varías partículas, ocasionando un aumento de la temperatura. 2. Hay un frenado brusco donde se presenta una sola colisión, y toda la carga eléctrica contenida emite radiación electromagnética. Así que la energía cinética de los electrones se convierte en la energía de un protón.

Por medio de experimentación se determinó: La longitud de onda puede tomar cualquier valor a partir de una longitud de onda mínima, que se determina por el voltaje acelerador. La longitud de onda mínima es menor a medida que el voltaje acelerador es mayor. La intensidad relativa aumenta al aumentar la longitud de onda, se alcanza un máximo varias décimas de Angstrom a partir de la frontera de ondas cortas, y luego decrece lentamente. NOTA: Si el material que se esta tratando tiene un coeficiente de absorción mayor, la intensidad del haz de rayos X será menor. Y esta misma proporcionalidad se presenta con el espesor del material y la intensidad.

EJERCICIO Ahora para hallar la longitud de onda: Para calcular la velocidad del electrón se tiene por conservación de la energía que: Ahora para hallar la longitud de onda: λ=ℎ𝑐/E 𝑒 𝑉 0 = 1 2 𝑚 𝑒 𝑣 2 λ=4,1∗ 10 −15 𝑒𝑉s(300∗ 10 6 𝑚/𝑠)/12000𝑒𝑉 Despejando la velocidad y con un potencial 𝑉 0 =12000 se tiene que: λ=1,025∗ 10 −10 m 𝑣= 2𝑒 𝑉 0 𝑚 𝑒 = 2(12000 𝑒𝑉) 9,1∗ 10 −31 𝑘𝑔 Analizando esta fórmula podemos ver que si aumentamos el voltaje de la placa la longitud de onda dismunuirá 𝑣=1,624* 10 17 m/s

Referencias bibliográficas B. D. Cullity. Elements of X-Ray Diffraction. Addison-Wesley Publishing Company, Inc. R. A. Serway, J. W. Jewett. Physics for Scientists and Engineers. Thomson Brooks/Cole, 2004. CEPREUNI. Tópicos de física moderna: Rayos x. URL: http://goo.gl/OQzO5e YouTube. Röntgen - Los Rayos X - Física Radiactividad. URL: https://goo.gl/6x3Yub