Rayos X

1. UNIDAD II

2. Propiedades Corpusculares de las Ondas
Partículas
Física Necesitan un medio material
Mecánicas para transmitirse
Ondas
No necesitan un
Electromagnéticas medio material

3. Clasificación de las Ondas
Ondas Transversales
Las partículas de un
medio se desplazan en
una dirección
perpendicular a la
dirección de propagación
de la onda.
Ondas Longitudinales
Las partículas del medio
se desplazan en una
dirección paralela a la
dirección de
propagación de la onda.
Compresión/Rarefacción

4. Reflexión de las Ondas

5. Interferencia
(Superposición de ondas de igual amplitud)
Destructiva Constructiva

6. Ondas Electromagnéticas
Un campo eléctrico y uno magnético, que se auto
sustentan, viajando a través del espacio
Todas las ondas electromagnéticas viajan a la velocidad
c = 3 x 108 m/s en el vacío

7. Ejemplos de Radiación Electromagnética
• Ondas de radio AM y FM (incluyendo señales de TV)
• Enlaces de comunicación de teléfonos celulares
• Microondas
• Radiación infraroja
• Luz visible
• Rayos-X
• Rayos gama

8. El Espectro Electromagnético

9. Sensibilidad del Ojo Humano

10. Efecto Fotoeléctrico
Colisiones inelásticas de la luz con los
electrones de un metal

11. Röntgen descubre en 1895 los Rayos-X

12. GENERACION DE RAYOS -X
Los Rayos-X se producen cuando electrones moviéndose a altas
velocidades, que fueron acelerados a través de una diferencia de
potencial, chocan contra un blanco metálico.
TUBO DE VIDRIO AL
VACIO
BLANCO
FILAMENTO

13. Los electrones emitidos por un filamento caliente se aceleran
hacia el blanco (ánodo)
Menos del 1% de la energía de los electrones se convierte
en Rayos-X durante el proceso.
El resto se convierte en energía interna del blanco
(básicamente calor)

14. PROPIEDADES DE LOS RAYOS X
• Los Rayos-X viajan en línea recta.
• Los Rayos-X no son deflectados por campos eléctricos o magnéticos.
• Los Rayos-X tienen un gran poder de penetración.
• Las placas fotográficas son veladas por los Rayos-X.
• Los materiales fluorescentes son excitados cuando los rayos-X inciden
sobre ellos.
• Los Rayos-X pueden producir emisión fotoeléctrica.
• Los Rayos-X producen ionización de un gas, cuando inciden sobre él.

15. DIFRACCION DE RAYOS - X
Max von Laue sugirió que si los Rayos-X son una forma de radiación
electromagnética, se podrían observar efectos de interferencia.
Los cristales actúan como una rejilla de difracción en tres
dimensiones, produciendo los efectos de interferencia.

16. LEY DE BRAGG
• William Lawrence Bragg interpretó la difracción de rayos-x
como proveniente de las reflexiones del haz incidente con
una familia de planos del cristal.
• Las condiciones para que exista interferencia constructiva
en la difracción de Rayos-X son:
1) El ángulo de incidencia
debe ser igual al ángulo
de reflexión de la onda
saliente.
2) La diferencia de
recorrido de dos haces
salientes debe ser un
número entero de
longitudes de onda.

17. Los fotones de Rayos-X tienen
energías que van de 0.1 a 512
keV.
Las energías de los fotones
visibles son del orden de
0.001 keV (o sea, 1 eV).

18. Espectros de Rayos-X
Usando un cristal como selector de longitudes de onda, se
puede medir la intensidad de Rayos-X de diferente longitud de
onda.

19. La gráfica anterior muestra las siguientes
características:
• Un fondo contínuo de radiación. El fondo alcanza un
valor máximo conforme la longitud de onda aumenta y
luego cae a mayores longitudes de onda.
• La longitud de onda mínima depende del voltaje del tubo.
A mayor voltaje, menor es el mínimo de la longitud de
onda.
• Aparecen unos picos de intensidad, cuya posición no es
afectada por el voltaje del tubo.
El fenómeno de generación
de Rayos-X es el efecto
fotoeléctrico inverso!!!

20. Longitud de onda máxima
• Cuando un electrón impacta en el blanco, toda su energía
cinética se convierte en un fotón.
• El trabajo realizado sobre cada electrón, cuando éste es
desacelerado por el ánodo es eV.

21. Características de los espectros
• Diferentes materiales del blanco producen diferentes
longitudes de onda de los picos característicos de Rayos-X.
• Los picos se deben a excitaciones de electrones de las
capas internas de los átomos del blanco.
• Cuando las vacancias generadas en las capas internas son
ocupadas por electrones libres del material, se emiten
fotones de Rayos-X.
• Los picos de un blanco definen el espectro característico del
elemento.

22. Aplicaciones de los Rayos-X
Industria:
Localización de
fracturas en metales
Cristalografía de Rayos-X:
Estudio de la estructura cristalina
de los materiales

23. Ejercicio
• En un experimento sobre difracción de Bragg, se hacen incidir
Rayos-X de 0.30 nm sobre un cristal de cloruro de potasio. Si el
ángulo más pequeño al que ocurre la difracción es de
28.4°, encuentra la distancia entre planos atómicos en el cristal.
El primer orden de difracción ocurre a n = 1