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Semana 6: Energías de los Rayos X y Gamma

Alumna: Yousely Luna Castro

Ing. Raúl Huasasquiche Quincho

Introducción

La Energía

La Energía es la capacidad que posee un cuerpo para realizar una acción o trabajo, o producir un cambio o una transformación, y es manifestada cuando pasa de un cuerpo a otro. Una materia posee energía como resultado de su movimiento o de su posición en relación con las fuerzas que actúan sobre ella.

Energía de los Rayos x y Gamma

Energía de los Rayos x y Gamma

Rayos X. (Longitudes de onda entre 10-8 y 10-17 m; frecuencias entre 1016 y 1025 Hz.)

Los átomos emiten radiación X cuando los electrones experimentan transiciones entre las capas más internas de los átomos. Este tipo de transiciones pueden producirse cuando un haz de los electrones rebota o se ve detenido por un blanco metálico. La frecuencia y, por tanto, la energía máxima de la radiación que se genera viene determinada por la energía con la que los electrones llegan a la diana. A su vez, esta energía depende del voltaje por el que se han acelerado los electrones. Por lo tanto, la frecuencia máxima de los rayos X depende del voltaje en el acelerador de electrones.

Rayos Gamma. (Longitud de onda igual o menor a 10-17 m. Frecuencia igual o superior a 1025 Hz.)

Los rayos gamma son la radiación más energética conocida y, en el caso de la radiación cósmica, están producidos por los acontecimientos más energéticos del universo, como las explosiones de supernovas. Muchos de los acontecimientos cósmicos que producen los rayos gamma observados no son comprendidos del todo y se está desarrollando toda una astronomía de rayos gamma para intentar comprenderlos.

Dispersión Clásica o Thompson

Los rayos x de baja energía alrededor de 10kev pueden interaccionar con la materia mediante dispersión clásica denominada también dispersión coherente o de Thomson. En la dispersión clásica el fotón incide interacciona con un átomo blanco haciendo que se excite. El átomo blanco libera un exceso de energía como un fotón secundario disperso, con longitud de onda igual al incidente, el resultado es un cambio de dirección de los rayos x sin que varié su energía, no existe trasferencia de energía o ionización, la dispersión clásica compre los rayos x de baja energía.

La dispersión clásica es una interacción entre los rayos x de baja energía y los átomos, los rayos x no pierden energía pero cambia de dirección, la longitud de onda de los rayos x incidentes es igual a la del disperso.

Interacción de los Rayos X y Gamma con la Materia

RAYOS X: Cuando los rayos X interactúan con la materia, estos pueden ser en parte absorbidos y en parte transmitidos. Esta característica es aprovechada en medicina al realizar radiografías.

RAYOS GAMMA.- Cuando un rayo gamma pasa a través de la materia, la probabilidad de absorción en una capa fina es proporcional al grosor de dicha capa, lo que lleva a un decrecimiento exponencial de la intensidad. Pasando a través de la materia, la radiación gamma principalmente ioniza de tres formas: el efecto fotoeléctrico, el efecto Compton y la creación de pares

Efecto Fotoeléctrico

El rayo X interacciona con las capas internas del átomo, al interaccionar salta un fotoelectrón dejando un vacío, un electrón de una capa más externa saltará a ocupar el vacío de la capa más interna, quedando el átomo ionozado. Este tipo de interacción puede producir radiación secundaria que producirá velado, pero es el más utilizado en el intervalo diagnóstico. Los rayos que no alcanzan el receptor de imagen serám absorbidos por las estructuras antómicas, los que penetran en el cuerpo serán transmitidos al receptor de imagen y provocarán las areas oscuras de la imagen. Es el tipo de interacción de los rayos X característicos. Esta interacción es inversamente proporcional al cubo de su energía y de su número atómico y directamente proporcional a la densidad y a la masa.

Efecto Compton

Se refiere a la interacción donde un fotón gamma incidente hace ganar suficiente energía a un electrón atómico como para provocar su expulsión. Con la energía restante del fotón original se emite un nuevo fotón gamma de baja energía con una dirección de emisión diferente a la del fotón gamma incidente. La probabilidad del Efecto Compton decrece según la energía del fotón se incrementa. El Efecto Compton se considera que es el principal mecanismo de absorción de rayos gamma en el rango de energía intermedio entre 100 keV a 10 MeV (Megaelectronvoltio), un rango de energía que incluye la mayor parte de la radiación gamma presente en una explosión nuclear. El efecto Compton es relativamente independiente del número atómico del material absorbente.

Formación de Pares

Debido a la interacción de la fuerza de Coulomb, en la vecindad del núcleo, la energía del fotón incidente se convierte espontáneamente en la masa de un par electrón-positrón. Un positrón es la antipartícula equivalente a un electrón; tiene la misma masa y una carga de igual magnitud pero de signo opuesto que la carga de un electrón. La energía excedente del equivalente a la masa en reposo de las dos partículas (1,02 MeV) aparece como energía cinética del par y del núcleo. El positrón tiene una vida muy corta (sobre 10–8 segundos). Al final de su periodo, se combina con un electrón libre. Toda la masa de estas dos partículas se convierte entonces en dos fotones gamma de 0,51 MeV de energía cada uno.

Fotodesintegración

La fotodesintegración (también llamada fototransmutación) es un proceso físico en el cual un fotón gamma de muy alta energía es absorbido por un núcleo atómico causando que este entre en un estado excitado, que inmediatamente decae emitiendo una partícula subatómica. Un solo protón, neutrón o partícula alfa es efectivamente expulsada del núcleo por el rayo gamma incidente. Este proceso es el inverso al de fusión nuclear, donde elementos ligeros a muy altas temperaturas se combinan para formar elementos más pesados liberando energía en el proceso. La fotodesintegración es endotérmica (que necesita energía) para núcleos atómicos más ligeros que el hierro y exótermica (que libera energía) para núcleos atómicos más pesados que el hierro. La fotodesintegración es responsable de la nucleosíntesis de, al menos, algunos elementos pesados ricos en protones vía proceso que tiene lugar en las supernovas.

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