Los Rayos X: Algo más que imágenes Javier Miranda
Instituto de Física
Contenido
• ¿Qué son los rayos X? • ¿Cómo se producen los rayos X? • ¿Cómo se aplican los rayos X en la investigación científica?
Características de una onda
Longitud de onda (λ)
Amplitud
Frecuencia f Velocidad de propagación c
¿Qué son los rayos X?
Naturaleza Dual: Onda o par tícula
Descubridor: Wilhelm Röntgen
¿Cómo se producen los rayos X?
• Aceleración de partículas cargadas • Emisión de Rayos X característicos en un átomo
Carga eléctrica en una trayectoria curva (Brehmsstrahlung)
Partícula cargada
Fotón de rayos X
Radiación incidente
Electrones
Núcleo
Fotón
Emisión de rayos X característicos
Vacante
Producción en un tubo de rayos X
Electrones Ánodo
Cátodo
Fotones de rayos X
Detección de rayos X: película fotográfica
Fotones de rayos X
Cristales fotosensibles
Sustrato
Detección de los rayos X
Alta tensión
Contacto de Au
Fotón de rayos X
Electrónica
Semiconductor
Tomografía de Rayos X
Microtomografía
Detectores de rayos X en el espacio
Rayos X en astronomía
Difracción de rayos X
2d sen θ = mλ
Difractómetro de rayos X
Tubo de rayos X
Muestra cristalina
Detector
Sincrotrón
Laboratorio Europeo de Luz Sincrotrón
Reconstrucción de moléculas de proteínas
Espejos de rayos X
Multicapas metálicas
Rayos X
Aplicaciones en Medicina
Aplicaciones en Medicina
Imagen de arteria con esclerosis
Espectroscopías de rayos X
Radiación primaria
Electrón
Fotón de Rayos X
ESPECTROSCOPÍAS DE RAYOS X
Investigación interdisciplinaria
Arqueología Arqueología
Biología Biología
Medicina Medicina
Geología Geología
Ciencia de Materiales Ciencia de Materiales
Ciencias del ambiente
Ciencias del ambiente
Química de alimentos Química de alimentos
Historia Historia
Radiación primaria • Fotones de rayos X: Fluorescencia de Rayos X (XRF) – Tubo de rayos X – Fuente radiactiva – Sincrotrón
• Electrones: Electron Probe Microanalysis (EPMA)
• Iones: Particle Induced Xray Emission (PIXE) – Protones – Helio – Pesados
XRF Comercial
PC portátil:
Adquisición del espectro XRF y de la imagen de la
región analizada
Amplificador ADC/MCA
Fuente de poder del tubo de rayos X,
láseres y microcámara
Fuente de poder del tubo de rayos X,
láseres y microcámara
Sistema de XRF en brazo móvil
XRF portátil
Cortesía Dr. J.L. Ruvalcaba
Códice Azoyú I
Códice De la Cruz Badiano s. XVI
Cortesía Dr. J.L. Ruvalcaba
EPMA Comercial
Acelerador Peletrón IFUNAM
Colimador Ta
Ventana Mylar Para detector Ge (PIXE 2)
detector PIPS (RBS)
detector Si (PIXE 1)
detector PIPS (PESA)
Cámara de análisis
Espectro de Rayos X
0 5 10 15 20 10 0
10 1
10 2
10 3
10 4
10 5
Sedimento Lacustre
Zr Sr
Rb
Pb As
Ga
Zn
Cu
Ni
Fe
Mn
Cr
Ti Ca
K
Ar
Núm
ero de Cuentas
Energía (keV)
Haz externo PIXEPIGE
Cortesía Dr. J.L. Ruvalcaba
33,34
42
0 1 2cm.
1
2
3 4
5
6 7
8
9
10 11
12
13
14
15
16
17 18
19
20
21 22
23 24
25
26
27 28
29 30
31 32
35
36 38
37,39
41 40
43
44
45
47
46
48 Cuerpo principal Sección A
Cascabeles Sección C
Plumas Sección B
Pendiente de Oro San Francisco Caxonos
Oaxaca, México. Postclásico tardío
~1500 D.C.
Cortesía Dr. J.L. Ruvalcaba
0 10 20 30 40 50
10
20
30
40
50
60
70
80 Cascabel 2
Cascabel 1
Sección A Sección B Sección C
Cu
Ag
Au
Con
centración
(%)
Impacto
Resultados con PIXE
Cortesía Dr. J.L. Ruvalcaba
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
10 1
10 2
10 3
10 4
Intensidad (C
uentas)
Pb L
γ L
β L
α
Hg
K α
Zn
Fe
K α
K β L
γ L
β L
α
Cd Cd
K β
K α
Número de Canal
10 1
10 2
10 3
10 4
K β
K α
Zn
Fe
Co
K β
K α
K α
K α
Cd
Pb
L γ
L β
L α
Intensidad (C
uentas)
Cortesía Dr. J.L. Ruvalcaba
Muestreo y análisis de aerosoles
Partículas suspendidas, Zona Norte de la Ciudad de México
16/1
22/1
28/1
3/2
9/2
15/2
21/2
27/2
5/3
11/3
17/3
23/3
29/3
4/4
10/4
16/4
22/4
28/4
4/5
10/5
16/5
22/5
28/5
3/6
9/6
15/6
21/6
27/6
3/7
9/7
15/7
21/7
27/7
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Concentración (ng m 3 )
S Cl K Ca Ti V Cr Mn FeNi Cu Zn SePb
Puré de Jitomate/Nacional
0
5
10
15
20
25
30
35
40
M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M9 M10 M11 M12 M13 NAT
Muestra
Concentración (mg/kg)
Ti
V
Cr
Fe
Cu
Zn
Técnicas de análisis con rayos X: Sondas en Marte
Microsonda de iones
a b c d
e
f g
h
i
j
Haz de fibras superconductoras
Laboratorio Nacional de Los Alamos
Conclusiones
• La aplicación de los rayos X actualmente no se limita a la obtención de imágenes
• El uso de los rayos X permite obtener información muy valiosa en la Física y otras ciencias