Atenuación de rayos x

ATENUACIÓN DE RAYOS X

Ángel Mauricio Rivera, Fernando toro, Hector Javier Guarnizo, Nicolás Cuevas, Steven Gonzales
Universidad Distrital Francisco José de Caldas

Resumen:

El presente artículo tiene la finalidad de estudiar el fenómeno  de atenuación de
rayos X, el cual se fundamenta en determinar el valor del número de partículas del haz incidente que logran ser transmitidas cuando inciden sobre un material. Para  su estudio se desarrollaran dos procesos, en el primero  de ellos se trabaja la atenuación en función del espesor (d) y el segundo relaciona la atenuación en función del material, a partir de estos resultados se busca determinar el valor del coeficiente de atenuación.

Palabras clave: Atenuación, rayos X, partículas.

Abstract:
The present aticle has the purpose of stuying the phenomenon of  attenation of X-rays, which is based on determining  the value of the incident beam that can be tranmitted when they impinge on a material. For its study two processes will be developed, in the first of them the attenuation is worked as a function of the thickness (d) and the second one relates the attenuation as a  function of the material, from these results it is sought to determine the value of the attenuation coefficient.
Keywords: Attenuation, X-rays, particles.

1. INTRODUCCIÓN

A finales del siglo XIX una serie de descubrimientos importantes transformaron la física, desde su forma “clásica” hasta la “moderna” y a mediados del año 1920 se empezaron a realizar grandes hallazgos acerca de las características de la radiación y su comportamiento cuando interacciona con la materia; entre los múltiples aportes desarrollados en esta época, se destaca  una concepción por parte de la ciencia para explicar y comprender las principales características de la interacción radiación materia, estos trabajos se dividieron en dos grandes grupos: Procesos de absorción (efecto fotoeléctrico, efecto Compton, producción de pares) y procesos de emisión (Bremsstrahlung, aniquilación de pares).

Donde dichos procesos se estudiaron detalladamente y a partir de ello se caracterizaron con el fin de establecer los rangos de energía particulares para cada uno de los fenómenos, pero dado que la naturaleza posee una estructura compleja en la cual todos los elementos se relacionan entre sí, históricamente fue necesario acuñar el concepto de sección transversal, que considera las probabilidades de que se generen cada uno de estos efectos en un mismo sistema a partir de parámetros como el apantallamiento, esta cantidad probabilística permite un estudio más detallado y realista sobre las interacciones concordando también con el comportamiento probabilístico de las partículas.

Asimismo los científicos de la época empezaron a estudiar la atenuación de la radiación por la materia, es decir, la cantidad de radiación transmitida cuando esta interacciona con determinado material, a partir de las ideas que ya se tenían de la mecánica cuántica.

Este trabajo por tanto tendrá como finalidad el estudio de la atenuación de los rayos X, a partir de comprobar y demostrar que el modelo teórico establecido para explicar dicho fenómeno se adecua con la experiencia de laboratorio, a su vez observar la dependencia de la atenuación en función espesor-transmitancia y material-transmitancia y de esta forma encontrar la relación entre las variables mencionadas.

1. ARREGLO EXPERIMENTAL

Para medir la atenuación de rayos X se hace uso de la máquina de rayos X, la cual generalmente tiene la capacidad de desarrollar más de un experimento, ya sea relacionado con rayos X o rayos ), en la imagen 1 se puede detallar la composición del montaje que consta de un colimador (a), un goniómetro (g), un juego de absorbentes (f), un tubo Geiger (e), una fuente de luz de alta tensión y un contador.[pic 1]

[pic 2] Imagen 1. Montaje disponible en el laboratorio Leybold. Tomado de: http://web.mnstate.edu/lindaas/phys318 /Lab/554811E.PDF

A grandes rasgos el aparato de rayos X genera una luz de alta tensión que será colimada (proceso en el cual se genera que la luz incidente posea rayos con trayectorias homogéneas), de esta manera se garantiza que un número considerable de partículas incidirán en el blanco deseado.

La manera de cambiar de característica del material ya sea por el espesor o el tipo de material se genera gracias a un goniómetro dentro del aparato, que permite que este gire en la dirección de la lámina deseada, ya habiendo cruzado las partículas sobre el blanco esperado, la forma de detectarlas es empleando un contador o tubo Geiger. El principio del tubo es sencillo y se encuentra ilustrado en la imagen 2, el contador cuenta con un gas a baja presión dentro de él, esto permite que la ionización del gas (desprendimiento de electrones) sea mejor, el tubo posee un filamento interior que tiene una carga positiva, mientras que su superficie una carga negativa, esta distribución de carga es con el fin de atraer las partículas dispersadas debido a la ionización.

[pic 3] Imagen 2. Funcionamiento contador Geiger
Tomado de: https://commons.m.wikipedia.org/wiki/File:Geiger-Muller-counter-en.png

Como se ve en la imagen 2, cuando un rayo altamente energizado, como un rayo X permite la dispersión del átomo, en este caso de argón, cuando se libera un electrón se produce una reacción en cadena en la cual ese electrón comienza a dispersar también otros átomos; cuando hay gran exceso de electrones de manera que sea medible su presencia son atraídos y detectados por el filamento, el cual envía la información a un contador en forma de pulso de corriente, cada pulso hace la cuenta de una partícula más incidente, durante un transcurso de tiempo especial para cada ángulo es posible saber el valor de partículas medio que sobrevivieron al proceso de atenuación.

Ya conociendo el funcionamiento del aparato es preciso decir para los casos que fueron estudiados las condiciones que se deben tener en cuenta: -El valor del voltaje y el tiempo de emisión no es el mismo para los materiales y espesores, este varía a comodidad. -Para ambos casos se deben emplear dos montajes, uno en el cual el colimador es el único que interfiere con la incidencia de rayos, y cuando existe una lámina de circonio, que de igual manera genera una atenuación, en este caso de los rayos que inciden el contador.

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