Los Rayos X

Abarcando la banda de longitud de onda de una millonésima a una billonésima de metro -correspondiente a frecuencias del orden de Hz y más-, los rayos X son uno de los tipos de radiación que emiten algunas estrellas y galaxias. Estudios hechos por satélites artificiales sobre los astros han revelado varias fuentes de rayos X, entre las cuales están las posibles ubicaciones de agujeros negros. Hubo que hacer esas observaciones desde el espacio, por que los rayos X no atraviesan la atmósfera (aunque son de alta energía, los rayos X no atraviesan la atmósfera debido a que interactúan con las moléculas del aire, ionizándolas). Aquí, en la Tierra, los rayos X se generan artificialmente.

Los rayos X se producen mediante tubos termoiónicos al vacío, que funcionan a potenciales de hasta dos millones de voltios. Una corriente de electrones, emitida por el cátodo del tubo, choca con un ánodo metálico (el blanco), que emite los rayos X. El ánodo de un tubo de rayos X se calienta mucho; suelen estar enfriados por agua, o ser de rotación rápida; generalmente, son de volframio, metal de punto de fusión muy alto. El haz de rayos X sale en perpendicular al haz de electrones. Debido al alto voltaje que necesitan y a su penetrante radiación, los aparatos comerciales de rayos X llevan un fuerte aislamiento y un blindaje de plomo que absorbe los rayos X. Se sabe de cánceres provocados por la exposición ocasional a los rayos X. Por esta razón debe mantenerse al mínimo posible cualquier exposición a rayos ionizantes.

El empleo más conocido de los rayos X está en la medicina: en la radiología, para «fotografiar» la estructura interna del organismo, y la radioterapia, para destruir tumores cancerosos. Los rayos X se utilizan también en gran escala en el examen interno de materiales industriales, por ejemplo en la detección de fisuras y otros defectos de las fundiciones y soldaduras metálicas (aunque, si el metal es muy grueso, los rayos X pueden no tener la suficiente penetración y hacerse necesario el empleo de los rayos gamma). En los dos tipos de aplicación se suele emplear película radiográfica, aunque se emplean también pantallas fluorescentes en la radioscopia y la cinematografía médica.

El poder de penetración de los rayos X se controla variando el voltaje que hay entre los electrodos del tubo catódico; a mayor voltaje, mayor penetración de los rayos. Varía también según la composición de la sustancia a irradiar. La absorción de los rayos X se debe al efecto Compton (dispersión elástica de fotones de rayos X debida a los electrones de los átomos), al efecto fotoeléctrico (los fotones de rayos X chocan con átomos, y provocan emisión de electrones) y la producción de pares (pares electrón/positrón producidos por los fotones de los rayos X).

Todos estos efectos dependen en cierta medida del número de electrones de los átomos del material absorbente, por lo que los elementos de número atómico alto (como el plomo) absorben mejor los rayos X que los elementos de número atómico bajo. En la radiografía médica, por ejemplo, los rayos X atraviesan más fácilmente la carne (compuesta básicamente por elementos de número atómico bajo) que los huesos (que contienen elementos de números atómicos más altos). Y se ingiere una papilla que contiene bario, elemento pesado, para hacer el esófago
y el estómago opacos a los rayos X para que destaquen en la radiografía.

En un tubo de cátodo caliente de rayos X, una corriente de electrones procedentes de un filamento calentado por electricidad choca con una placa de volframio, montado en la cara final de un ánodo de cobre. El ánodo se enfría mediante una circulación interna de agua. En otro tipo de tubo de rayos X, el ánodo tiene la forma de un disco de volframio de rápido giro.