Los rayos X y gamma son tipos de radiación electromagnética. Los rayos X se producen por desaceleración de electrones y se usan en radiografías, mientras que los rayos gamma se originan en procesos nucleares y tienen mayor energía. Ambos pueden ser útiles para aplicaciones médicas e industriales, pero también representan riesgos para la salud si se recibe una dosis excesiva.

1. LOS RAYOS X
ELKIN FERNANDO MESA MESA

2. Los rayos X son una radiación electromagnética de la
misma naturaleza que las ondas de radio, los rayos
infrarrojos, la luz visible, los rayos ultravioleta y los rayos
gamma. La diferencia fundamental con los rayos gamma
es su origen: los rayos gamma son radiaciones de origen
nuclear que se producen por la desexcitación de
un nucleón de un nivel excitado a otro de menor energía
y en la desintegración de isótopos radiactivos, mientras
que los rayos X 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.

3. Descubrimiento
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. Estos experimentos se
desarrollaban en un tubo vacío, y electrodos para
generar corrientes de alto voltaje. Él lo llamó tubo de
crookes. Este tubo, al estar cerca de placas fotográficas,
generaba en las mismas algunas imágenes borrosas. 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

4. El físico alemán Wilhelm Conrad descubrió los rayos X en
1895, mientras experimentaba con los tubos de Hittorff-
Crookes. Tras cubrir el tubo con un cartón negro para
eliminar la luz visible, observó un débil resplandor
amarillo-verdoso proveniente de una pantalla con una
capa de platino-cianuro de bario, que desaparecía al
apagar el tubo. Determinó que los rayos creaban
una radiación muy penetrante, pero invisible, que
atravesaba grandes espesores de papel e incluso
metales poco densos.

5. realizó la primera radiografía humana, usando la mano de
su mujer. Los llamó "rayos incógnita", o "rayos X" porque
no sabía qué eran, solo que eran generados por los rayos
catódicos al chocar contra ciertos materiales

6. Producción de los rayos x
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.
Tubos con filamento: es un tubo de vidrio al vacío en el cual se
encuentran dos electrodos en sus extremos. El cátodo es un
filamento de tungsteno y el ánodo es un bloque de metal con
una línea característica de emisión de la energía deseada. Los
electrones generados en el cátodo son enfocados hacia un
punto en el blanco (que por lo general posee una inclinación de
45°) y los rayos X son generados como producto de la colisión

7. Tubos con gas: El tubo con gas se encuentra a una presión
de aproximadamente 0.01 mm Hg y es controlada
mediante una válvula; posee un cátodo de aluminio
cóncavo, el cual permite enfocar los electrones y un ánodo.
Las partículas ionizadas de nitrógeno y oxígeno, presentes
en el tubo, son atraídas hacia el cátodo y ánodo. Los iones
positivos son atraídos hacia el cátodo e inyectan electrones
a este. Posteriormente los electrones son acelerados hacia
el ánodo (que contiene al blanco) a altas energías para
luego producir rayos X. El mecanismo de refrigeración y la
ventana son los mismos que se encuentran en el tubo con
filamento.

8. Detectores de rayos X
Existen varios sistemas de detección para rayos X. El primer
detector usado para este propósito fue la película fotográfica,
preparadas con una emulsión apropiada para la longitud de onda
de los rayos X. La sensibilidad de la película es determinada por el
coeficiente de absorción másico y es restringida a un rango de
líneas espectrales. La desventaja que presentan estas películas es
un margen dinámico muy limitado y el largo tiempo y
manipulaciones que se necesitan para revelarlas, por lo que han
caído en desuso.

9. Otros detectores comúnmente usados para la detección de
rayos X son los dispositivos de ionización, que miden la
cantidad de ionización producto de la interacción con rayos
X con las moléculas de un gas. En una cámara de ionización,
los iones negativos son atraídos hacia el ánodo y los iones
positivos hacia el cátodo, generando corriente en un
circuito externo.
Los contadores que utilizan este principio son el contador
Geiger, el contador proporcional y el detector de centelleo.
Estos detectores se diferencian entre ellos por el modo de
amplificación de la señal y la sensibilidad del detector

10. Riesgos para la salud
Los efectos de la radiación X en los organismos biológicos
dependen del valor de la dosis. En general, la exposición a dosis
bajas de rayos X, como las que se reciben durante una
radiografía convencional, no son perjudiciales. Dosis más
elevadas pueden producir los daños característicos de
las radiaciones ionizantes.
Las radiografías digitales y especialmente las tomografías
computarizadas de tórax o abdomen, junto a los estudios de tipo
intervencionista
implican en algunos casos dosis elevadas de radiación, por lo
que deben seguirse estrictamente para ellos el principio básico
conocido como ALARP. Los beneficios del estudio deben
justificarse por del médico prescriptor y los técnicos
intervinientes deben optimizar la dosis utilizada.5

11. ¿Que son rayos gamma?
La radiación gamma o rayos gamma (γ) es un tipo
de radiación electromagnética, y por tanto constituida
por fotones, producida generalmente por
elementos radiactivos o por procesos subatómicos como
la aniquilación de un par positrón-electrón. También se
genera en fenómenos astrofísicos de gran violencia.
Debido a las altas energías que poseen, los rayos gamma
constituyen un tipo de radiación ionizante capaz de
penetrar en la materia más profundamente que la
radiación alfa y la beta. Pueden causar grave daño al núcleo
de las células, por lo cual se usan para esterilizar equipos
médicos y alimentos.

12. ¿Cómo se producen los rayos gamma?
Los rayos gamma se producen por desexcitación de un nucleón de
un nivel o estado excitado a otro de menor energía y por
desintegración de isótopos radiactivos. Se diferencian de los rayos
X en su origen. Éstos se generan a nivel extra nuclear, por
fenómenos de frenado electrónico. Generalmente a
la radiactividad se le vincula con la energía nuclear y con
los reactores nucleares. Aunque existe en el entorno natural:
a) rayos cósmicos, expelidos desde el sol y desde fuera de
nuestro sistema solar: de las galaxias; b) isótopos radiactivos en
rocas y minerales.
En general, los rayos gamma producidos en el espacio no llegan a la
superficie terrestre, pues los absorbe la alta atmósfera. Para
observar el universo en estas frecuencias es necesario utilizar
globos de gran altitud u observatorios exoespaciales. Para
detectarlos, en ambos casos se utiliza el efecto Compton. Estos
rayos gamma se originan por fenómenos astrofísicos de alta
energía, como explosiones de supernovas o núcleos de galaxias
activas.

13. Historia del descubrimiento
Paul Villard, un químico y físico francés, descubrió la radiación
gamma en 1900, mientras estudiaba la radiación emitida por
el radio. Villard sabía que su radiación era más potente que los
tipos de radiación descritos anteriormente de los rayos de radio,
como los rayos beta, observados por primera vez como
"radiactividad" por Henri Becquerel en 1896, y los rayos alfa,
descubiertos como una forma menos penetrante de la radiación
por Rutherford, en 1899. Sin embargo, Villard no consideró al
nombrarlos que fueran un tipo fundamental diferente

14. Al principio se pensaba que los rayos gamma eran partículas
con masa, como los rayos alfa y beta. Rutherford creía que
podrían ser partículas beta extremadamente rápidas, pero la
imposibilidad de desviarlos mediante un campo magnético
indicaba que no tenían carga. En 1914, se observó que los
rayos gamma se reflejaban en las superficies de cristal,
demostrando que eran una radiación electromagnética.
Rutherford y su compañero Edward Andrade midieron las
longitudes de onda de los rayos gamma del radio, y
encontraron que eran similares a las de los rayos X, pero con
menor longitud de onda y (por ello) una frecuencia más alta.
Esto fue finalmente reconocido al dárseles también más
energía por fotón, tan pronto como este último término fue
aceptado generalmente. El decaimiento gamma fue entonces
entendido como la emisión de un solo fotón gamma.

15. Protección
Para protegerse de los rayos gamma se requiere gran
cantidad de masa. Los materiales de número
atómico y densidad altos protegen mejor; y a
mayor energía de los rayos el espesor de la protección
debe ser superior. Tales materiales se clasifican según
el espesor necesario para reducir la intensidad de los
rayos gamma a la mitad, espesor conocido como HVL
(del inglés half-value layer, capa de valor medio). Por
ejemplo los rayos gamma que requieren 1 cm
de plomo para atenuar su intensidad en un 50%
también la disminuyen en igual proporción al atravesar
6 cm de hormigón o 9 cm de tierra compacta.

16. Utilización de los rayos gamma
La potencia de los rayos gamma los hace útiles
para esterilización de equipo médico. Se suelen utilizar para
exterminar bacterias e insectos en
productos alimentarios tales
como carne, setas, huevos y verduras, con el fin de
mantener su frescura.
Debido a la capacidad de penetrar en los tejidos, los rayos
gamma o los rayos X tienen un amplio espectro de usos
médicos, como realización de tomografías y radioterapias.
Sin embargo, por su condición de radiación ionizante, si se
afecta el ADN conllevan habilidad de provocar cambios
moleculares que pueden repercutir en
efectos cancerígenos.

17. A pesar de las propiedades cancerígenas, los rayos gamma
también se utilizan para tratamiento de ciertos tipos de cáncer.
En el procedimiento llamado cirugía gamma-knife, múltiples
rayos concentrados de rayos gamma se dirigen
hacia células cancerosas. Los rayos se emiten desde distintos
ángulos para focalizar la radiación en el tumor, a la vez que se
minimiza el daño a los tejidos de alrededor.
Los rayos gamma también se utilizan en Medicina nuclear para
realizar diagnósticos. Se utilizan muchos radioisótopos emisores
de rayos gamma. Uno de ellos es el tecnecio99m: 99m
Tc. Cuando
se le administra a un paciente, una cámara gamma puede
utilizar la radiación emitida para obtener una imagen de la
distribución del radioisótopo. Esta técnica se emplea en
diagnosis de un amplio espectro de enfermedades, por ejemplo
en detección de cáncer óseo (de huesos).

18. Particulas Alfa
Las partículas (α) son núcleos completamente ionizados, es
decir, sin su envoltura de electrones correspondiente, de helio-4
(4
He). Estos núcleos están formados por dos protones y
dos neutrones. Al carecer de electrones, su carga eléctrica es
positiva (+2qe), mientras que su masa es de 4 uma.
Se generan habitualmente en reacciones
nucleares o desintegración radiactiva de otros núclidos que
se transmutan en elementos más ligeros mediante la emisión de
dichas partículas. Su capacidad de penetración es pequeña; en
la atmósfera pierden rápidamente su energía cinética, porque
interaccionan fuertemente con otras moléculas debido a su gran
masa y carga eléctrica, generando una cantidad considerable de
iones por centímetro de longitud recorrida. En general no
pueden atravesar espesores de varias hojas de papel.

19. Historia del descubrimiento
La radiación alfa consiste en núcleos dehelio-4 (4
He) y es
detenida fácilmente por una hoja de papel. La radiación beta,
que consiste en electrones, es detenida por una placa de
aluminio. La radiación gamma es finalmente absorbida
cuando penetra en un material denso. El plomo es bueno en
la absorción de la radiación gamma, debido a su densidad.
Una partícula alfa es desviada por un campo magnético.
En los años 1899 y 1900, los físicos Ernest
Rutherford (trabajando en la Universidad McGill en Montreal,
Canadá) y Paul Villard(trabajando en París) separaron la
radiación en tres tipos basándose en la penetración de
objetos y en la deflexión por un campo magnético, finalmente
nombradas por Rutherford radiación alfa, radiación
beta y radiación gamma.1
Los rayos alfa fueron definidos por
Rutherford como los que tienen la menor penetración de
objetos ordinarios.

20. Particulas beta
Una partícula beta (β) es un electrón que sale despedido de
una desintegración beta. Por la ley de Fajans, si un átomo
emite una partícula beta, su carga eléctrica aumenta en
una unidad positiva y el número de masa no varía. Esto se
debe a que el número de masa o másico sólo representa el
número de protones y neutrones; en este caso el número
total no se ve afectado, ya que un neutrón pasa a ser
protón, emitiendo un electrón. Cabe destacar que el
electrón emitido proviene del núcleo del átomo
(transformación entre quarks) y no de un orbital de éste.

21. Historia
Henri Becquerel, mientras experimentaba con fluorescencia, descubrió
accidentalmente que el uranio impresionaba una placa fotográfica,
envuelta con papel negro, con una radiación desconocida que no pudo
ser considerada como rayos X.
Ernest Rutherford continuó estos experimentos y descubrió dos tipos
diferentes de radiación:
partículas alfa que no aparecen en las placas de Becquerel porque
eran fácilmente absorbidas por las envolventes negro;
partículas beta que son 100 veces más penetrantes que las partículas
alfa.
Publicó sus resultados en 1899.1
En 1900 Becquerel midió la relación masa carga (e ∕ m) para las
partículas beta por el método que J.J. Thomson había usado para
estudiar los rayos catódicos e identificar el electrón. Encontró que
para una partícula beta e ∕ m era la misma que la de los electrones de
Thomson, y por lo tanto sugirió que la partícula beta era, de hecho, un
electrón.

22. Rayos gamma Rayos X
Particulas beta Particulas alfa