RAYOS X Universidad Nacional de Colombia Fundamentos de física moderna Nicolás Galindo Gutiérrez Código: 25472096 G1E09Nicolas RAYOS X

Los rayos X fueron descubiertos en 1895 por el físico Wilhelm Roentgen mientras estudiaba los rayos catódicos en un tubo de descarga gaseosa de alto voltaje. A pesar de que el tubo estaba dentro de una caja de cartón negro, Roentgen vio que una pantalla de platino-cianuro de bario, que casualmente estaba cerca, emitía luz fluorescente siempre que funcionaba el tubo. Los rayos X son ondas electromagnéticas de longitudes de onda muy pequeñas. La fuente más común de los rayos X es la desaceleración de electrones de alta energía al bombardear un blanco metálico. Wilhelm Röntgen (1895)

Esquema experimental para producir y analizar Rayos X EXPERIMENTO Wilhelm Roentgen descubrió que cuando un haz de electrones altamente energéticos choca contra un material duro que sirve de blanco se produce una radiación electromagnética llamada Rayos X. Para observar y analizar los rayos X se empleó un dispositivo que consiste básicamente de dos electrodos encerrados por un tubo al vacío, a los cuales se les aplica un potencial acelerador (V) para que los electrones salgan del cátodo (K) con una gran energía y choquen en el ánodo (A) que es el material que sirve de blanco. Esquema experimental para producir y analizar Rayos X

RESULTADOS EXPERIMENTALES La emisión de rayos X depende del material utilizado como blanco y del voltaje acelerador. Para que haya una emisión de rayos X es necesario aplicar un voltaje acelerador mínimo que a su vez depende del material que sirve de blanco . Si el voltaje no es suficiente no habrá emisión de rayos X. Si se hace una gráfica de la intensidad de la radiación emitida en función de la longitud de onda, se obtienen las curvas para diferentes voltajes aceleradores que se muestran en la figura Cuando se alcanza el voltaje mínimo para que haya emisión de rayos X, la longitud de onda de la radiación puede tomar cualquier valor a partir de una longitud de onda mínima. O sea que, para un valor dado del voltaje acelerador los rayos X presentan un espectro continuo debido a que cuando el electrón choca, pierde su energía para crearse un fotón con esa misma energía. Este proceso se le denomina en alemán bremsstrahlung, que significa radiación por frenado. Espectro continuo de los Rayos X para diferentes valores de potenciales acelerados

¿Qué le pasa los electrones que componen el haz incidente en el instante de colisionar bruscamente con la placa? Al ocurrir esto se pueden presentar dos situaciones : La energía cinética que llevan el haz de electrones altamente cargados, al chocar con la placa, hace que incremente su temperatura, debido a las distintas colisiones. Parte de la energía cinética de los electrones se transforma en radiación electromagnética, es decir hay emisión de fotones por parte del material, esto se da por la desaceleración repentina ocasionada por la placa.

¿Qué tipos de materiales se usan en las placas para la producción de rayos X? Para la producción de rayos x se suele utilizar en las placas materiales con alta conductividad térmica o eficacia para disipar calor , dado que las temperaturas que se dan por las colisiones son bastante altas puede llegar a desgastar el material, asimismo se implementan diversos refrigerantes durante el proceso por la misma razón. Se busca que el material también posea alto punto de fusión por la razón expuesta anteriormente. Generalmente estos materiales son los que poseen un numero atómico relativamente alto. Entre estos materiales podemos encontrar el tradicional y bastante implementado tungsteno (en un bloque de cobre) o el wolframio

Ejercicio – Clase 19 de mayo Calcular la velocidad de un electrón cuando se acelera en un potencial Vo=12000 VDC Teniendo en cuenta que el electrón parte del filamento con velocidad nula, y por el principio de conservación de la energía llegamos a la siguiente expresión Para la longitud de onda tenemos 𝑞 𝑉 0 = 1 2 𝑚 𝑒 𝑣 2 λ= ℎ𝑐 𝑞 𝑉 𝑂 Definiendo los valores ya conocidos: ℎ=6,63𝑥 10 −34 𝐽.𝑠 𝑞=1,6∗ 10 −19 𝐶 𝑐=3∗ 10 8 𝑚 𝑠 𝑉 0 =12000 𝑉 𝝀= 𝟏,𝟎𝟑𝟓𝟎𝒙 𝟏𝟎 −𝟏𝟎 m 𝑚 𝑒 =9,1∗ 10 −31 𝑘𝑔 𝑣= 2𝑞 𝑉 0 𝑚 𝑒 =𝟔,𝟒𝟖∗ 𝟏𝟎 𝟕 𝒎 𝒔

Bibliografías Barco, Héctor. Rojas, Edilberto. Electromagnetismo y Física Moderna. Tercera edición. Editorial Universidad Nacional. http://www.ecured.cu/index.php/Rayos_X