Secundaria Rayos X

[john500]

Hola
En la producción de los rayos x, se calienta un filamento de tungsteno en el catodo y cuando este se calienta, salen electrones disparados hacia el anodo (placa de tungsteno). Y a la hora de que los electrones chocan.. Se generan rayos x. Porque cuando los electrones chocan estos generan los rayos x ???
Me lo podrian explicar de la forma cuántica ( saltos de órbita ) y de la forma clásica o solo dar un explicación porfavor.
Gracias !!

[Cat_in_a_box]

Re: Rayos X

Hola,

Seguro que en el foro hay gente que te puede dar una explicación mucho más detallada, pero bueno, trataré de explicarte lo que a mí me enseñaron. La idea principal en la producción de rayos X, es tener en cuenta que se trata de un proceso inverso al del efecto fotoeléctrico, que supongo que ya conocerás. Explicar dicha producción desde un punto de vista clásico es realmente complicado, ya que este fenómeno es otro ejemplo de la naturaleza cuántica de la radiación electromagnética, por lo que obviamente, la explicación que se da, es cuántica y no clásica.

Como estos rayos se emiten por medio de cargas aceleradas, es lógico pensar que éstos sean ondas electromagnéticas (recuerda la electrodinámica clásica).Al igual que la luz, los rayos x están gobernados por relaciones cuánticas al interaccionar con la materia. Como ya te he dicho, podemos pensar que este fenómeno es el contrario al efecto fotoeléctrico, en el que hay una transformación de energía de un fotón a energía cinética de un electrón -o fotoelectrón, como quieras llamarlo-. Pues aquí pasa lo contrario, la energía cinética del electrón se transforma en energía de un fotón (como ya he dicho, la naturaleza cuántica de la radiación electromagnética, como son los rayos X, nos permite hablar de cuantos o fotones). Cabe señalar que la relación de energías en estos dos procesos son parecidas, si bien tienen sus diferencias.

De forma simple, puedes distinguir dos partes en la producción de rayos X. Por un lado, algunos electrones son frenados por el blanco, que no es más que el material golpeado por los electrones, y parte o toda su energía cinética se convierte diréctamente en un espectro continuo de fotones, en el cual se incluyen por supuesto los rayos x. Este proceso se llama radiación de frenado y como te he dicho antes, desde el punto de vista clásico, este proceso es imposible de explicar.

Por otro lado, se producen una especie de picos en el espectro de rayos x en frecuencias y longitudes de onda características que sí dependen del material del blanco (el proceso de radiación de frenado no). Los otros electrones que quedan, si tienen energía suficiente, pueden transferirla a los átomos en el blanco. Consecuentemente, estos átomos quedan en niveles excitados -más energéticos- y cuando decaen -por ejemplo para volver al estado fundamental, de mínima energía- emiten fotones de rayos X. Pero claro, como cada elemento tiene un conjunto de niveles específicos, los espectros serán característicos de cada uno y no iguales.

Básicamente esa es la explicación más básica de la producción de rayos x. Como ves, una explicación clásica no es factible. Espero que te haya resuelto alguna duda.

Saludos,

[Julián]

Re: Rayos X

La respuesta de Cat_in_box te dice todo. Considerando que las cargas aceleradas generan radiación electromagnética, entonces si tenemos cargas que tienen una energía cinética elevada y estas son desaceleradas bruscamente, por ejemplo un choque, los fotones emitidos que no son más que cuantificaciones de la radiación electromagnética son muy energéticos, es decir, que su frecuencia es elevada ya que la energía de un fotón $E= h f$

Si lo querés ver desde un punto de vista más clásico, lo cual es una explicación que se aleja de la realidad porque son fenómenos cuánticos. Pero sería algo así, cuando el material es calentado los electrones salen disparados con una velocidad elevada, es decir, con gran energía cinética.

${E}_{c}= \frac{{m}_{e}{v}^{2}}{2 }$

Se considera que toda carga produce un campo eléctrico y que toda carga con velocidad genera un campo magnético, por lo que los electrones que son disparados conllevan un campo electromagnético. Al chocar con algo, las cargas son perturbadas y esa perturbación que sufren las cargas se transmite al campo electromagnético. Si la desaceleración es muy enérgica, brusca, también lo será la perturbación en el campo.
En otras palabras, los electrones al chocar pierden energía cinética pero como la energía no se pierde, la diferencia entre la energía cinética es la que se lleva la radiación.
Pero debes tener en cuenta que en realidad el fenómeno no sucede tan así ya que es un fenómeno cuántico, por ejemplo la emisición de energía no puede ser de cualquier valor sino en valores múltiplos de una cantidad elemental, un cuanto.

[john500]

Re: Rayos X

Okey
Pero cuando los electrones que salen disparados y se dirigen a la placa de tungsteno, cuando chocan..... Los rayos x s

- - - Actualizado - - -

Perdón se mando solo
Los RX se producen porque llega el electron y le pega a un electron del tungsteno y lo exita y cuando regresa emite un foton o es porque el electron se frena bruscamente emitiendo un foton?

[Julián]

Re: Rayos X

A que te referís cuando decís que el electrón pega a un electrón del tugsteno? Las partículas suatómicas no se chocan como lo hacen los cuerpos en una escala macroscópica. Los electrones son partículas con carga y son de un mismo signo así que es dicha fuerza eléctrica la que produce la aceleracíon. La fuerza eléctrica produce una repulsión en estos por lo que nunca van a llegar a chocar como lo conocemos.

Los RX se producen porque llega el electron y le pega a un electron del tungsteno y lo exita y cuando regresa emite un foton o es porque el electron se frena bruscamente emitiendo un foton?

Estamos hablando de la generación de rayos X a través del efecto de frenado. El electrón no pega con un electrón del tungsteno. La aceleración que esperantista este por la cual emite un radiación x es por el efecto del núcleo del tungsteno. El electrón disparado hacia el tungsteno tiene mucha energía cinética, tanto que es despreciable la interacción con los electrones de los orbitales del tungsteno, sino que es la interacción con el núcleo el cual tiene carga positiva el que hace que cambie de dirección, y es esa aceleración la que emite el fotón.

[john500]

Re: Rayos X

A okey graciass!!
Y se podria dar el caso que el electron tiene tanta energia cinética que choca con el nucleo positivo ?? Ya que estos se atraen.

[Chusg]

Re: Rayos X

Dos matizaciones:
1) No toda la energía que pierden los electrones se transforma en rayos X, una buena parte se transforma en calor. Por eso se utilizan normalmente ánodos giratorios (para repartir el impacto de los electrones en un área mayor) y sistemas para refrigerar el tubo de rayos X.

2) En el último post de Julian parece dar a entender que la producción de rayos X es sólo por radiación de frenado. Hay que aclarar que no es así. Como decía Cat_in_a_box, hay dos fenómenos de interacción de los electrones con la materia que se dan simultáneamente y que producen rayos X, uno es la radiación de frenado, otro es la radiación característica. En un espectro de energía de rayos X se observa una componente continua (que es por la radiación de frenado) y algunos picos en ciertas energías, que se deben al otro mecanismo.

Biene bien explicado aquí:
http://cpreuni.blogspot.com.es/2011/...a-rayos-x.html

La radiación de frenado se debe a que las cargas emiten radiación al experimentar una fuerte aceleración (o deceleración). A nivel microscópico el frenado de los electrones es en realidad el resultado de muchos cambios bruscos de dirección al pasar cerca de los núcleos. En términos clásicos, la atracción del núcleo gira la trayectoria del electron y como consecuencia de esta aceleración centrípeta, el electrón emite parte de su energía en forma de radiación (como haría cualquier partícula cargada).

La radiación característica se produce porque al interaccionar un electrón acelerado con uno de la corteza atómica, lo puede arrancar del átomo, dejando un "hueco energético" que es ocupado por otros electrones que estaban en estados de mayor energía y caen al estado que ha quedado libre, emitiendo la diferencia de energía en forma de fotones.

[john500]

Re: Rayos X

Ya entendi gracias
Y eso de que se queda un espacio vacio, y llega un electron de energia mas alta a llenarlo, ese espacio se puede quedar haci... Vacio??

[Julián]

Re: Rayos X

Ese espacio vacío es una carencia de un electrón por lo que el átomo queda ionizado, con carga neta positiva ya que hay mas protones que electrones en el átomo. Cualquier electrón que ande por ahí sentirá la fuerza eléctrica atractiva del núcleo y pasará a formar parte del átomo disminuyendo su energía ya que cae al pozo de potencial del núcleo. Pero para el caso que no halla un electrón con una mayor energía esa vacante quedará vacía.

[john500]

Re: Rayos X

a okey muchas gracias
Julian le podrias echar un vistaso a mi hilo de las lineas de fuerza? estoy confundido
gracias y saludos¡¡

[Chusg]

Re: Rayos X

Ese espacio vacío es una carencia de un electrón por lo que el átomo queda ionizado, con carga neta positiva ya que hay mas protones que electrones en el átomo. Cualquier electrón que ande por ahí sentirá la fuerza eléctrica atractiva del núcleo y pasará a formar parte del átomo disminuyendo su energía ya que cae al pozo de potencial del núcleo. Pero para el caso que no halla un electrón con una mayor energía esa vacante quedará vacía.

Normalmente el electrón que ocupa ese nivel energético que queda libre es un electrón que ya se encuentra en el mismo átomo, en un nivel energético superior, que a su vez dejará otro hueco que será ocupado por otro electrón que esté en otro nivel de más energía, generandose una cascada de varios electrones que pasan a niveles de menor energía. Esto explica que la radiación que se emite por este proceso no tenga un espectro continuo sino de rayas, porque los fotones salen con unas energía muy concretas que dependen de cada elemento químico (cada elemento tiene una estructura distinta de niveles atómicos).

Y como bien dice julian, el "hueco" es simplemente una carencia de un electrón de una determinada energía, no es que quede un hueco vacío en el espacio en el sentido literal de la palabra. De hecho la mayor parte del átomo es espacio vacío.

John, hemos supuesto (yo por lo menos) que tienes unas nociones básicas sobre los átomos y los niveles atómicos (que los electrones de la corteza del átomo no pueden tener cualquier energía, el modelo de Bohr y todo eso...). Si no es así, es por ahí por donde habría que empezar. Sin eso es difícil entender los rayos X.

[john500]

Re: Rayos X

Voy en secundaria, y no enseñan cosas de mecanica cuantica ni de electromagnetismo pero seguiré investigando sobre Bohr y conceptos de trabajo y energia, tambien se dinámica y cinemática para comprender estos conceptos.
Gracias!