Radiografía

Fotograma de rayos X de color natural de una escena del vino. Observe los bordes de los cilindros huecos en comparación con la vela sólida.

Un rayo X, o, con mucha menos frecuencia, radiación X, es una forma penetrante de radiación electromagnética de alta energía. La mayoría de los rayos X tienen una longitud de onda que oscila entre 10 picómetros y 10 nanómetros, lo que corresponde a frecuencias en el rango de 30 petahercios a 30 exahercios (3×10¹⁶ Hz a 3×10 ¹⁹ Hz) y energías en el rango de 145 eV a 124 keV. Las longitudes de onda de los rayos X son más cortas que las de los rayos UV y típicamente más largas que las de los rayos gamma. En muchos idiomas, la radiación X se conoce como radiación Röntgen, en honor al científico alemán Wilhelm Conrad Röntgen, quien la descubrió el 8 de noviembre de 1895. La llamó radiación X para indicar un tipo desconocido de radiación. La ortografía de X-ray(s) en inglés incluye las variantes x-ray(s), xray(s) y Rayos X. El uso más familiar de los rayos X es comprobar si hay fracturas (huesos rotos), pero los rayos X también se usan de otras formas. Por ejemplo, las radiografías de tórax pueden detectar neumonía. Las mamografías utilizan rayos X para buscar cáncer de mama.

Historia

Observaciones e investigaciones anteriores a Röntgen

Ejemplo de un tubo Crookes, un tipo de tubo de descarga que emite rayos X

Antes de su descubrimiento en 1895, los rayos X eran solo un tipo de radiación no identificada que emanaba de tubos de descarga experimentales. Fueron notados por científicos que investigaban los rayos catódicos producidos por tales tubos, que son haces de electrones energéticos que se observaron por primera vez en 1869. Muchos de los primeros tubos de Crookes (inventados alrededor de 1875) sin duda irradiaban rayos X, porque los primeros investigadores notaron efectos que eran atribuibles a ellos, como se detalla a continuación. Los tubos de Crookes crearon electrones libres mediante la ionización del aire residual en el tubo mediante un alto voltaje de CC de entre unos pocos kilovoltios y 100 kV. Este voltaje aceleró los electrones provenientes del cátodo a una velocidad lo suficientemente alta como para crear rayos X cuando golpearon el ánodo o la pared de vidrio del tubo.

El primer experimentador que se cree que (sin saberlo) produjo rayos X fue William Morgan. En 1785, presentó un artículo a la Royal Society de Londres describiendo los efectos del paso de corrientes eléctricas a través de un tubo de vidrio parcialmente vacío, produciendo un brillo creado por rayos X. Este trabajo fue explorado más a fondo por Humphry Davy y su asistente Michael Faraday.

Cuando el profesor de física de la Universidad de Stanford, Fernando Sanford, creó su 'fotografía eléctrica', también generó y detectó rayos X sin saberlo. De 1886 a 1888, estudió en el laboratorio de Hermann von Helmholtz en Berlín, donde se familiarizó con los rayos catódicos generados en los tubos de vacío cuando se aplicaba un voltaje a través de electrodos separados, como habían estudiado previamente Heinrich Hertz y Philipp Lenard. Su carta del 6 de enero de 1893 (describiendo su descubrimiento como "fotografía eléctrica") a la Physical Review fue debidamente publicada y un artículo titulado Sin lente ni luz, fotografías tomadas With Plate and Object in Darkness apareció en el San Francisco Examiner.

A partir de 1888, Philipp Lenard realizó experimentos para ver si los rayos catódicos podían pasar del tubo de Crookes al aire. Construyó un tubo de Crookes con una "ventana" en el extremo hecho de aluminio delgado, mirando hacia el cátodo para que los rayos catódicos lo golpeen (más tarde llamado "tubo de Lenard"). Descubrió que pasaba algo que exponía las placas fotográficas y provocaba fluorescencia. Midió el poder de penetración de estos rayos a través de varios materiales. Se ha sugerido que al menos algunos de estos "rayos de Lenard" eran en realidad rayos X.

En 1889, Ivan Puluj, de origen ucraniano, profesor de física experimental en el Politécnico de Praga y que desde 1877 había estado construyendo varios diseños de tubos llenos de gas para investigar sus propiedades, publicó un artículo sobre cómo las placas fotográficas selladas se oscurecían cuando expuestos a las emanaciones de los tubos.

Helmholtz formuló ecuaciones matemáticas para rayos X. Postuló una teoría de la dispersión antes de que Röntgen hiciera su descubrimiento y anuncio. Lo basó en la teoría electromagnética de la luz. Sin embargo, no trabajó con rayos X reales.

En 1894, Nikola Tesla notó una película dañada en su laboratorio que parecía estar asociada con los experimentos del tubo de Crookes y comenzó a investigar esta energía radiante e invisible. Después de que Röntgen identificó los rayos X, Tesla comenzó a crear sus propias imágenes de rayos X utilizando altos voltajes y tubos de su propio diseño, así como tubos de Crookes.

Descubrimiento por Röntgen

Wilhelm Röntgen

El 8 de noviembre de 1895, el profesor de física alemán Wilhelm Röntgen se topó con los rayos X mientras experimentaba con los tubos de Lenard y los tubos de Crookes y comenzó a estudiarlos. Escribió un informe inicial "Sobre un nuevo tipo de rayo: una comunicación preliminar" y el 28 de diciembre de 1895, lo envió a la revista de la Sociedad Médica y Física de Würzburg. Este fue el primer artículo escrito sobre rayos X. Röntgen se refirió a la radiación como "X", para indicar que era un tipo desconocido de radiación. Algunos textos antiguos se refieren a ellos como rayos Chi que han interpretado "X" como la letra griega mayúscula Chi, Χ. El nombre de rayos X se mantuvo, aunque (a pesar de las grandes objeciones de Röntgen) muchos de sus colegas sugirieron llamarlos rayos de Röntgen. Todavía se les conoce como tales en muchos idiomas, incluidos alemán, húngaro, ucraniano, danés, polaco, búlgaro, sueco, finlandés, estonio, esloveno, turco, ruso, letón, lituano, japonés, holandés, georgiano, hebreo y noruego.. Röntgen recibió el primer Premio Nobel de Física por su descubrimiento.

Hay relatos contradictorios de su descubrimiento porque Röntgen hizo quemar sus notas de laboratorio después de su muerte, pero esta es una probable reconstrucción de sus biógrafos: Röntgen estaba investigando los rayos catódicos de un tubo de Crookes que había envuelto en cartón negro para que el la luz visible del tubo no interferiría, utilizando una pantalla fluorescente pintada con platinocianuro de bario. Notó un tenue resplandor verde en la pantalla, a aproximadamente 1 metro (3,3 pies) de distancia. Röntgen se dio cuenta de que algunos rayos invisibles provenientes del tubo atravesaban el cartón para hacer brillar la pantalla. Descubrió que también podían pasar libros y papeles en su escritorio. Röntgen se lanzó a investigar sistemáticamente estos rayos desconocidos. Dos meses después de su descubrimiento inicial, publicó su artículo.

Mit de mano Ringen (Hand with Rings): print of Wilhelm Röntgen's first "medical" X-ray, of his wife's hand, taken on 22 December 1895 and presented to Ludwig Zehnder of the Physik Institut, University of Freiburg, on 1 January 1896

Röntgen descubrió su uso médico cuando tomó una foto de la mano de su esposa en una placa fotográfica formada por rayos X. La fotografía de la mano de su esposa fue la primera fotografía de una parte del cuerpo humano utilizando rayos X. Cuando vio la foto, dijo "He visto mi muerte".

El descubrimiento de los rayos X estimuló una verdadera sensación. El biógrafo de Röntgen, Otto Glasser, estimó que, solo en 1896, se publicaron hasta 49 ensayos y 1044 artículos sobre los nuevos rayos. Esta fue probablemente una estimación conservadora, si se considera que casi todos los periódicos del mundo informaron extensamente sobre el nuevo descubrimiento, con una revista como Science dedicando hasta 23 artículos solo en ese año. Las reacciones sensacionalistas al nuevo descubrimiento incluyeron publicaciones que relacionaban el nuevo tipo de rayos con teorías ocultas y paranormales, como la telepatía.

Avances en radiología

Tomar una imagen de rayos X con el aparato de tubo Crookes temprano, a finales de 1800. El tubo Crookes es visible en el centro. El hombre de pie está viendo su mano con una pantalla de fluoroscopio. El hombre sentado está tomando una radiografía de su mano poniéndola en una placa fotográfica. No se toman precauciones contra la exposición a la radiación; sus riesgos no se conocían en ese momento.

Eliminación quirúrgica de una bala cuyo lugar fue diagnosticado con rayos X (ver inicio) en 1897

Röntgen notó de inmediato que los rayos X podrían tener aplicaciones médicas. Junto con su presentación del 28 de diciembre para la Sociedad de Medicina Física, envió una carta a los médicos que conocía en toda Europa (1 de enero de 1896). Las noticias (y la creación de "shadowgrams") se difundieron rápidamente con el ingeniero eléctrico escocés Alan Archibald Campbell-Swinton siendo el primero después de Röntgen en crear una radiografía (de una mano). Hasta febrero, hubo 46 experimentadores que adoptaron la técnica solo en América del Norte.

El primer uso de rayos X en condiciones clínicas fue realizado por John Hall-Edwards en Birmingham, Inglaterra, el 11 de enero de 1896, cuando tomó una radiografía de una aguja clavada en la mano de un asociado. El 14 de febrero de 1896, Hall-Edwards también fue el primero en utilizar rayos X en una operación quirúrgica.

Imágenes de James Green, de "Sciagraphs of British Batrachians and Reptiles" (1897), con (de izquierda) Rana esculenta (ahora Pelophylax lessonsae), Lacerta vivipara (ahora Zootoca vivipara), y Lacerta agilis

A principios de 1896, varias semanas después del descubrimiento de Röntgen, Ivan Romanovich Tarkhanov irradió ranas e insectos con rayos X y concluyó que los rayos "no solo fotografían, sino que también afectan la función viva". Aproximadamente al mismo tiempo, el ilustrador zoológico James Green comenzó a utilizar rayos X para examinar especímenes frágiles. George Albert Boulenger mencionó por primera vez este trabajo en un documento que presentó ante la Sociedad Zoológica de Londres en mayo de 1896. El libro Sciagraphs of British Batrachians and Reptiles (sciagraph es un nombre obsoleto para una fotografía de rayos X), de Green y James H. Gardiner, con prólogo de Boulenger, se publicó en 1897.

La primera radiografía médica realizada en los Estados Unidos se obtuvo utilizando un tubo de descarga del diseño de Pului. En enero de 1896, al leer el descubrimiento de Röntgen, Frank Austin del Dartmouth College probó todos los tubos de descarga en el laboratorio de física y descubrió que solo el tubo de Pului producía rayos X. Esto fue el resultado de la inclusión de Pului de un 'objetivo' oblicuo; de mica, utilizada para contener muestras de material fluorescente, dentro del tubo. El 3 de febrero de 1896, Gilman Frost, profesor de medicina en la universidad, y su hermano Edwin Frost, profesor de física, expusieron la muñeca de Eddie McCarthy, a quien Gilman había tratado unas semanas antes por una fractura, a los rayos X y recogieron la imagen resultante del hueso roto en placas fotográficas de gelatina obtenida de Howard Langill, un fotógrafo local también interesado en el trabajo de Röntgen.

1896 placa publicada en "Nouvelle Iconographie de la Salpetrière"Un diario médico. En la izquierda una deformidad de la mano, en la misma mano derecha vista usando radiografía. Los autores nombraron la técnica fotografía Röntgen.

Muchos experimentadores, incluido el propio Röntgen en sus experimentos originales, idearon métodos para ver imágenes de rayos X 'en vivo'. utilizando algún tipo de pantalla luminiscente. Röntgen usó una pantalla recubierta con platinocianuro de bario. El 5 de febrero de 1896, el científico italiano Enrico Salvioni (su "criptoscopio") y el profesor McGie de la Universidad de Princeton (su "Skiascope") desarrollaron dispositivos de imágenes en vivo, ambos utilizando platinocianuro de bario.. El inventor estadounidense Thomas Edison comenzó a investigar poco después del descubrimiento de Röntgen e investigó los materiales. capacidad de emitir fluorescencia cuando se expone a los rayos X, encontrando que el tungstato de calcio era la sustancia más efectiva. En mayo de 1896, desarrolló el primer dispositivo de imágenes en vivo producido en masa, su 'Vitascopio', más tarde llamado fluoroscopio, que se convirtió en el estándar para los exámenes médicos de rayos X. Edison abandonó la investigación con rayos X alrededor de 1903, antes de la muerte de Clarence Madison Dally, uno de sus sopladores de vidrio. Dally tenía la costumbre de probar los tubos de rayos X en sus propias manos, desarrollando un cáncer en ellos tan tenaz que ambos brazos fueron amputados en un intento inútil de salvar su vida; en 1904, se convirtió en la primera muerte conocida atribuida a la exposición a rayos X. Durante el tiempo en que se estaba desarrollando el fluoroscopio, el físico serbio-estadounidense Mihajlo Pupin, utilizando una pantalla de tungstato de calcio desarrollada por Edison, descubrió que el uso de una pantalla fluorescente reducía el tiempo de exposición necesario para crear una radiografía para imágenes médicas de una hora a una hora. pocos minutos.

En 1901, el presidente de los Estados Unidos, William McKinley, recibió dos disparos en un intento de asesinato. Si bien una bala solo rozó su esternón, otra se había alojado en algún lugar profundo de su abdomen y no pudo ser encontrada. Un asistente preocupado de McKinley envió un mensaje al inventor Thomas Edison para que llevara una máquina de rayos X a Buffalo para encontrar la bala perdida. Llegó pero no se usó. Si bien el disparo en sí no había sido letal, se había desarrollado gangrena a lo largo del camino de la bala y McKinley murió de un shock séptico debido a una infección bacteriana seis días después.

Peligros descubiertos

Con la experimentación generalizada con rayos X después de su descubrimiento en 1895 por parte de científicos, médicos e inventores, surgieron muchas historias de quemaduras, pérdida de cabello y cosas peores en las revistas técnicas de la época. En febrero de 1896, el profesor John Daniel y el Dr. William Lofland Dudley de la Universidad de Vanderbilt informaron pérdida de cabello después de que el Dr. Dudley se sometiera a una radiografía. Un niño que había recibido un disparo en la cabeza fue llevado al laboratorio de Vanderbilt en 1896. Antes de intentar encontrar la bala, se intentó un experimento en el que Dudley "con su característica devoción por la ciencia" se ofreció como voluntario Daniel informó que 21 días después de tomar una fotografía del cráneo de Dudley (con un tiempo de exposición de una hora), notó una calva de 5 centímetros (2 pulgadas) de diámetro en la parte de su cabeza más cercana a la radiografía. tubo: "Se sujetó un portaplacas con las placas hacia el costado del cráneo y se colocó una moneda entre el cráneo y la cabeza. El tubo se sujetó en el otro lado a una distancia de media pulgada [1,3 cm] del cabello."

En agosto de 1896, el Dr. HD. Hawks, un graduado de la Universidad de Columbia, sufrió graves quemaduras en la mano y el pecho a causa de una demostración de rayos X. Se informó en Electrical Review y dio lugar a que se enviaran a la publicación muchos otros informes de problemas asociados con los rayos X. Muchos experimentadores, incluidos Elihu Thomson en el laboratorio de Edison, William J. Morton y Nikola Tesla, también informaron quemaduras. Elihu Thomson expuso deliberadamente un dedo a un tubo de rayos X durante un período de tiempo y sufrió dolor, hinchazón y ampollas. A veces se culpaba a otros efectos del daño, incluidos los rayos ultravioleta y (según Tesla) el ozono. Muchos médicos afirmaron que la exposición a los rayos X no tuvo ningún efecto. El 3 de agosto de 1905, en San Francisco, California, Elizabeth Fleischman, una pionera estadounidense de rayos X, murió por complicaciones como resultado de su trabajo con rayos X.

Hall-Edwards desarrolló un cáncer (entonces llamado dermatitis por rayos X) lo suficientemente avanzado en 1904 como para que escribiera artículos y pronunciara discursos públicos sobre los peligros de los rayos X. Su brazo izquierdo tuvo que ser amputado en el codo en 1908, y cuatro dedos en su brazo derecho poco después, dejando solo un pulgar. Murió de cáncer en 1926. Su mano izquierda se conserva en la Universidad de Birmingham.

Siglo XX y más allá

Un paciente siendo examinado con un fluoroscopio torácico en 1940, que mostraba imágenes móviles continuas. Esta imagen se utilizó para argumentar que la exposición a la radiación durante el procedimiento de rayos X sería insignificante.

Las numerosas aplicaciones de los rayos X despertaron inmediatamente un enorme interés. Los talleres comenzaron a fabricar versiones especializadas de los tubos de Crookes para generar rayos X y estos tubos de rayos X de cátodo frío o de Crookes de primera generación se utilizaron hasta alrededor de 1920.

Un sistema de rayos X médico típico de principios del siglo XX consistía en una bobina de Ruhmkorff conectada a un tubo de rayos X de Crookes de cátodo frío. Por lo general, se conectaba un espacio de chispa al lado de alto voltaje en paralelo al tubo y se usaba con fines de diagnóstico. El espacio de chispa permitió detectar la polaridad de las chispas, midiendo el voltaje por la longitud de las chispas determinando así la "dureza" del vacío del tubo, y proporcionaba una carga en caso de que se desconectara el tubo de rayos X. Para detectar la dureza del tubo, el espacio de chispas se abrió inicialmente al máximo. Mientras la bobina estaba operando, el operador redujo el espacio hasta que comenzaron a aparecer chispas. Un tubo en el que el espacio de chispas comenzaba a generar chispas a unos 6,4 centímetros (2,5 pulgadas) se consideraba suave (vacío bajo) y adecuado para partes delgadas del cuerpo, como manos y brazos. Una chispa de 13 centímetros (5 pulgadas) indicó que el tubo era adecuado para hombros y rodillas. Una chispa de 18 a 23 centímetros (7 a 9 pulgadas) indicaría un vacío más alto adecuado para obtener imágenes del abdomen de personas más grandes. Dado que el espacio de chispas estaba conectado en paralelo al tubo, el espacio de chispas tuvo que abrirse hasta que cesaron las chispas para operar el tubo para la formación de imágenes. El tiempo de exposición de las placas fotográficas oscilaba entre medio minuto para una mano y un par de minutos para el tórax. Las placas pueden tener una pequeña adición de sal fluorescente para reducir los tiempos de exposición.

Los tubos de Crookes no eran fiables. Tenían que contener una pequeña cantidad de gas (invariablemente aire) ya que la corriente no fluirá en dicho tubo si están completamente vacíos. Sin embargo, con el paso del tiempo, los rayos X hicieron que el vidrio absorbiera el gas, lo que provocó que el tubo generara "más fuerza" rayos X hasta que pronto dejó de funcionar. A los tubos más grandes y de uso más frecuente se les dotó de dispositivos para restaurar el aire, conocidos como "ablandadores". Estos a menudo tomaban la forma de un pequeño tubo lateral que contenía una pequeña pieza de mica, un mineral que atrapa cantidades relativamente grandes de aire dentro de su estructura. Un pequeño calentador eléctrico calentaba la mica, haciendo que liberara una pequeña cantidad de aire, restaurando así la eficiencia del tubo. Sin embargo, la mica tenía una vida limitada y el proceso de restauración era difícil de controlar.

En 1904, John Ambrose Fleming inventó el diodo termoiónico, el primer tipo de tubo de vacío. Este utilizó un cátodo caliente que provocó que una corriente eléctrica fluyera en el vacío. Esta idea se aplicó rápidamente a los tubos de rayos X y, por lo tanto, los tubos de rayos X de cátodo calentado, llamados "tubos de Coolidge", reemplazaron por completo a los problemáticos tubos de cátodo frío alrededor de 1920.

Alrededor de 1906, el físico Charles Barkla descubrió que los gases podían dispersar los rayos X y que cada elemento tenía un espectro de rayos X característico. Ganó el Premio Nobel de Física de 1917 por este descubrimiento.

En 1912, Max von Laue, Paul Knipping y Walter Friedrich observaron por primera vez la difracción de rayos X por cristales. Este descubrimiento, junto con los primeros trabajos de Paul Peter Ewald, William Henry Bragg y William Lawrence Bragg, dio origen al campo de la cristalografía de rayos X.

En 1913, Henry Moseley realizó experimentos de cristalografía con rayos X que emanaban de varios metales y formuló la ley de Moseley que relaciona la frecuencia de los rayos X con el número atómico del metal.

El tubo de rayos X Coolidge fue inventado el mismo año por William D. Coolidge. Hizo posible las emisiones continuas de rayos X. Los tubos de rayos X modernos se basan en este diseño, a menudo emplean el uso de objetivos giratorios que permiten una disipación de calor significativamente mayor que los objetivos estáticos, lo que permite una mayor cantidad de salida de rayos X para su uso en aplicaciones de alta potencia, como escáneres CT rotativos.

La imagen de Chandra del cúmulo de galaxias Abell 2125 revela un complejo de varias enormes nubes de gas multimillonarias de grados en el proceso de fusión.

El comandante John Hall-Edwards en Birmingham, Inglaterra, fue pionero en el uso de rayos X con fines médicos (que se convirtió en el campo de la radioterapia). Luego, en 1908, le tuvieron que amputar el brazo izquierdo debido a la propagación de una dermatitis de rayos X en su brazo.

La ciencia médica también usó la película para estudiar la fisiología humana. En 1913, se hizo una película en Detroit que mostraba un huevo duro dentro de un estómago humano. Esta primera película de rayos X se grabó a una velocidad de una imagen fija cada cuatro segundos. El Dr. Lewis Gregory Cole de Nueva York fue un pionero de la técnica, a la que llamó "radiografía en serie". En 1918, los rayos X se utilizaron en asociación con cámaras cinematográficas para capturar el esqueleto humano en movimiento. En 1920, el Instituto de Fonética de Inglaterra lo utilizó para registrar los movimientos de la lengua y los dientes en el estudio de idiomas.

En 1914, Marie Curie desarrolló automóviles radiológicos para apoyar a los soldados heridos en la Primera Guerra Mundial. Los automóviles permitirían obtener imágenes de rayos X rápidas de los soldados heridos para que los cirujanos del campo de batalla pudieran operar con mayor rapidez y precisión.

Desde principios de la década de 1920 hasta la década de 1950, se desarrollaron máquinas de rayos X para ayudar a ajustar los zapatos y se vendieron a zapaterías comerciales. Las preocupaciones sobre el impacto del uso frecuente o mal controlado se expresaron en la década de 1950, lo que llevó al final de la práctica en esa década.

El microscopio de rayos X se desarrolló durante la década de 1950.

El Observatorio de rayos X Chandra, inaugurado el 23 de julio de 1999, ha permitido la exploración de procesos muy violentos en el universo que producen rayos X. A diferencia de la luz visible, que da una visión relativamente estable del universo, el universo de rayos X es inestable. Presenta estrellas desgarradas por agujeros negros, colisiones galácticas y novas, y estrellas de neutrones que acumulan capas de plasma que luego explotan en el espacio.

Contraste de fase Imagen de rayos X de la araña

Se propuso un dispositivo láser de rayos X como parte de la Iniciativa de Defensa Estratégica de la Administración Reagan en la década de 1980, pero la única prueba del dispositivo (una especie de 'bláster' láser o muerte ray, impulsado por una explosión termonuclear) dio resultados no concluyentes. Por razones técnicas y políticas, el proyecto general (incluido el láser de rayos X) fue desfinanciado (aunque más tarde fue revivido por la segunda administración Bush como Defensa Nacional contra Misiles utilizando diferentes tecnologías).

Las imágenes de rayos X con contraste de fase se refieren a una variedad de técnicas que utilizan la información de fase de un haz de rayos X para formar la imagen. Debido a su buena sensibilidad a las diferencias de densidad, es especialmente útil para obtener imágenes de tejidos blandos. Se ha convertido en un método importante para visualizar estructuras celulares e histológicas en una amplia gama de estudios biológicos y médicos. Hay varias tecnologías que se utilizan para obtener imágenes de contraste de fase de rayos X, y todas utilizan diferentes principios para convertir las variaciones de fase en los rayos X que emergen de un objeto en variaciones de intensidad. Estos incluyen contraste de fase basado en propagación, interferometría de Talbot, imágenes mejoradas por refracción e interferometría de rayos X. Estos métodos proporcionan un mayor contraste en comparación con las imágenes de rayos X basadas en la absorción normal, lo que permite distinguir entre sí los detalles que tienen una densidad casi similar. Una desventaja es que estos métodos requieren equipos más sofisticados, como fuentes de rayos X de sincrotrón o microfoco, óptica de rayos X y detectores de rayos X de alta resolución.

Rangos de energía

Los rayos X son parte del espectro electromagnético, con longitudes de onda más cortas que la luz UV. Las diferentes aplicaciones utilizan diferentes partes del espectro de rayos X.

Radiografías blandas y duras

Los rayos X con altas energías de fotones por encima de 5–10 keV (por debajo de 0,2–0,1 nm de longitud de onda) se denominan rayos X duros, mientras que los de menor energía (y mayor longitud de onda) se denominan < i>radiografías blandas. El rango intermedio con energías de fotones de varios keV a menudo se denomina rayos X tiernos. Debido a su capacidad de penetración, los rayos X duros se utilizan ampliamente para obtener imágenes del interior de los objetos, por ejemplo, en radiografías médicas y seguridad aeroportuaria. El término rayos X se utiliza metonímicamente para referirse a una imagen radiográfica producida mediante este método, además del propio método. Dado que las longitudes de onda de los rayos X duros son similares al tamaño de los átomos, también son útiles para determinar estructuras cristalinas mediante cristalografía de rayos X. Por el contrario, los rayos X suaves se absorben fácilmente en el aire; la longitud de atenuación de los rayos X de 600 eV (~2 nm) en el agua es inferior a 1 micrómetro.

Rayos gamma

No hay consenso para una definición que distinga entre rayos X y rayos gamma. Una práctica común es distinguir entre los dos tipos de radiación en función de su fuente: los rayos X son emitidos por electrones, mientras que los rayos gamma son emitidos por el núcleo atómico. Esta definición tiene varios problemas: otros procesos también pueden generar estos fotones de alta energía, oa veces no se conoce el método de generación. Una alternativa común es distinguir la radiación X y gamma en función de la longitud de onda (o, de manera equivalente, la frecuencia o la energía del fotón), con una radiación más corta que alguna longitud de onda arbitraria, como 10⁻¹¹ m (0,1 Å), definida como radiación gamma. Este criterio asigna un fotón a una categoría inequívoca, pero solo es posible si se conoce la longitud de onda. (Algunas técnicas de medición no distinguen entre las longitudes de onda detectadas). Sin embargo, estas dos definiciones a menudo coinciden, ya que la radiación electromagnética emitida por los tubos de rayos X generalmente tiene una longitud de onda más larga y una energía fotónica más baja que la radiación emitida por los núcleos radiactivos. Ocasionalmente, un término u otro se usa en contextos específicos debido a precedentes históricos, en función de la técnica de medición (detección), o en función de su uso previsto en lugar de su longitud de onda o fuente. Por lo tanto, los rayos gamma generados para usos médicos e industriales, por ejemplo, la radioterapia, en el rango de 6 a 20 MeV, también pueden denominarse rayos X en este contexto.

Propiedades

Símbolo de riesgo de radiación ionizante

Los fotones de rayos X transportan suficiente energía para ionizar átomos y romper los enlaces moleculares. Esto la convierte en un tipo de radiación ionizante, y por lo tanto dañina para los tejidos vivos. Una dosis de radiación muy alta durante un período corto de tiempo causa enfermedad por radiación, mientras que dosis más bajas pueden aumentar el riesgo de cáncer inducido por la radiación. En imágenes médicas, este aumento del riesgo de cáncer generalmente se ve superado en gran medida por los beneficios del examen. La capacidad ionizante de los rayos X se puede utilizar en el tratamiento del cáncer para matar células malignas mediante radioterapia. También se utiliza para la caracterización de materiales mediante espectroscopia de rayos X.

Los rayos X duros pueden atravesar objetos relativamente gruesos sin absorberse ni dispersarse mucho. Por esta razón, los rayos X se utilizan ampliamente para obtener imágenes del interior de objetos visualmente opacos. Las aplicaciones que se ven con mayor frecuencia se encuentran en radiografías médicas y escáneres de seguridad de aeropuertos, pero técnicas similares también son importantes en la industria (por ejemplo, radiografía industrial y tomografía computarizada industrial) y en investigación (por ejemplo, tomografía computarizada de animales pequeños). La profundidad de penetración varía con varios órdenes de magnitud en el espectro de rayos X. Esto permite que la energía del fotón se ajuste para la aplicación para dar suficiente transmisión a través del objeto y al mismo tiempo proporcionar un buen contraste en la imagen.

Los rayos X tienen longitudes de onda mucho más cortas que la luz visible, lo que hace posible sondear estructuras mucho más pequeñas de lo que se puede ver con un microscopio normal. Esta propiedad se utiliza en la microscopía de rayos X para adquirir imágenes de alta resolución y también en la cristalografía de rayos X para determinar las posiciones de los átomos en los cristales.

Interacción con la materia

Longitud de atenuación de los rayos X en el agua mostrando el borde de absorción de oxígeno a 540 eV, la energía⁻³ dependencia de fotoabsorción, así como un nivel de energías fotones superiores debido a la dispersión de Compton. La longitud de atenuación es de alrededor de cuatro órdenes de magnitud más larga para los rayos X duros (la mitad derecha) en comparación con los rayos X blandos (la mitad izquierda).

Los rayos X interactúan con la materia de tres formas principales: fotoabsorción, dispersión de Compton y dispersión de Rayleigh. La fuerza de estas interacciones depende de la energía de los rayos X y de la composición elemental del material, pero no mucho de las propiedades químicas, ya que la energía de los fotones de rayos X es mucho mayor que las energías de unión química. La fotoabsorción o absorción fotoeléctrica es el mecanismo de interacción dominante en el régimen de rayos X blandos y para las energías de rayos X duros inferiores. A energías más altas, domina la dispersión Compton.

Absorción fotoeléctrica

La probabilidad de una absorción fotoeléctrica por unidad de masa es aproximadamente proporcional a Z³/E³, donde Z es el número atómico y E es la energía del fotón incidente. Esta regla no es válida cerca de las energías de enlace de electrones de la capa interna donde hay cambios abruptos en la probabilidad de interacción, los llamados bordes de absorción. Sin embargo, la tendencia general de altos coeficientes de absorción y, por lo tanto, profundidades de penetración cortas para energías fotónicas bajas y números atómicos altos es muy fuerte. En el caso de los tejidos blandos, la fotoabsorción domina hasta aproximadamente 26 keV de energía fotónica, donde la dispersión de Compton se hace cargo. Para sustancias de mayor número atómico, este límite es mayor. La alta cantidad de calcio (Z = 20) en los huesos, junto con su alta densidad, es lo que hace que se vean tan claramente en las radiografías médicas.

Un fotón fotoabsorbido transfiere toda su energía al electrón con el que interactúa, ionizando así el átomo al que estaba unido el electrón y produciendo un fotoelectrón que probablemente ionice más átomos en su camino. Un electrón externo llenará la posición vacante del electrón y producirá un rayo X característico o un electrón Auger. Estos efectos se pueden utilizar para la detección elemental mediante espectroscopia de rayos X o espectroscopia electrónica Auger.

Dispersión Compton

La dispersión de Compton es la interacción predominante entre los rayos X y los tejidos blandos en las imágenes médicas. La dispersión de Compton es una dispersión inelástica del fotón de rayos X por un electrón de la capa exterior. Parte de la energía del fotón se transfiere al electrón dispersor, ionizando así el átomo y aumentando la longitud de onda de los rayos X. El fotón disperso puede ir en cualquier dirección, pero es más probable una dirección similar a la dirección original, especialmente para los rayos X de alta energía. La fórmula de Klein-Nishina describe la probabilidad de diferentes ángulos de dispersión. La energía transferida se puede obtener directamente del ángulo de dispersión de la conservación de la energía y el momento.

Dispersión de Rayleigh

La dispersión de Rayleigh es el mecanismo de dispersión elástica dominante en el régimen de rayos X. La dispersión frontal inelástica da lugar al índice de refracción, que para los rayos X es solo ligeramente inferior a 1.

Producción

Siempre que partículas cargadas (electrones o iones) de suficiente energía golpean un material, se producen rayos X.

Producción por electrones

Espectro de los rayos X emitidos por un tubo de rayos X con un objetivo de rhodium operado a 60 kV. La curva suave y continua se debe a bremsstrahlung, y los picos son líneas K características para los átomos de rodio.

Los rayos X pueden ser generados por un tubo de rayos X, un tubo de vacío que usa un alto voltaje para acelerar los electrones liberados por un cátodo caliente a una alta velocidad. Los electrones de alta velocidad chocan con un objetivo de metal, el ánodo, creando los rayos X. En los tubos de rayos X médicos, el objetivo suele ser tungsteno o una aleación de renio (5%) y tungsteno (95%) más resistente a las grietas, pero a veces molibdeno para aplicaciones más especializadas, como cuando se necesitan rayos X más suaves como en mamografía. En cristalografía, un objetivo de cobre es el más común, y el cobalto se usa a menudo cuando la fluorescencia del contenido de hierro en la muestra podría presentar un problema.

La energía máxima del fotón de rayos X producido está limitada por la energía del electrón incidente, que es igual al voltaje en el tubo multiplicado por la carga del electrón, por lo que un tubo de 80 kV no puede crear rayos X con una energía superior a 80 keV. Cuando los electrones golpean el objetivo, los rayos X son creados por dos procesos atómicos diferentes:

1. Características Emisión de rayos X (electluminiscencia de rayos X): Si el electrón tiene suficiente energía, puede golpear un electron orbital fuera de la cáscara de electrones interior del átomo objetivo. Después de eso, electrones de niveles más altos de energía llenan las vacantes, y se emiten fotones de rayos X. Este proceso produce un espectro de emisiones de rayos X en algunas frecuencias discretas, a veces llamadas líneas espectrales. Por lo general, estas son transiciones de las capas superiores a la concha K (llamadas líneas K), a la concha L (llamada líneas L) y así sucesivamente. Si la transición es de 2p a 1s, se llama Kα, mientras que si es de 3p a 1s es Kβ. Las frecuencias de estas líneas dependen del material del objetivo y por lo tanto se llaman líneas características. La línea Kα generalmente tiene mayor intensidad que la Kβ y es más deseable en los experimentos de difusión. Así la línea Kβ es filtrada por un filtro. El filtro generalmente está hecho de un metal que tiene un protón menos que el material del ánodo (por ejemplo, filtro Ni para el ánodo Cu o filtro Nb para el ánodo Mo).
2. Bremsstrahlung: Esta es la radiación dada por los electrones ya que están dispersos por el campo eléctrico fuerte cerca del alto-Z núcleos. Estos rayos X tienen un espectro continuo. La frecuencia de bremsstrahlung está limitada por la energía de electrones de incidentes.

Entonces, la salida resultante de un tubo consiste en un espectro de bremsstrahlung continuo que cae a cero en el voltaje del tubo, más varios picos en las líneas características. Los voltajes utilizados en los tubos de rayos X de diagnóstico oscilan entre aproximadamente 20 kV y 150 kV y, por lo tanto, las energías más altas de los fotones de rayos X oscilan entre aproximadamente 20 keV y 150 keV.

Estos dos procesos de producción de rayos X son ineficientes, ya que solo alrededor del uno por ciento de la energía eléctrica utilizada por el tubo se convierte en rayos X y, por lo tanto, la mayor parte de la energía eléctrica consumida por el tubo se libera como calor residual. Al producir un flujo utilizable de rayos X, el tubo de rayos X debe estar diseñado para disipar el exceso de calor.

Una fuente especializada de rayos X que se está utilizando ampliamente en la investigación es la radiación de sincrotrón, generada por los aceleradores de partículas. Sus características únicas son salidas de rayos X muchos órdenes de magnitud mayores que las de los tubos de rayos X, amplios espectros de rayos X, excelente colimación y polarización lineal.

Se pueden producir ráfagas cortas de nanosegundos de rayos X con un máximo de 15 keV de energía de forma fiable quitando la cinta adhesiva sensible a la presión de su parte posterior en un vacío moderado. Es probable que esto sea el resultado de la recombinación de cargas eléctricas producidas por la carga triboeléctrica. La intensidad de la triboluminiscencia de rayos X es suficiente para que se utilice como fuente de imágenes de rayos X.

Producción por iones positivos rápidos

Los rayos X también pueden ser producidos por protones rápidos u otros iones positivos. La emisión de rayos X inducida por protones o la emisión de rayos X inducida por partículas se usa ampliamente como procedimiento analítico. Para altas energías, la sección transversal de producción es proporcional a Z₁²Z₂⁻⁴, donde Z₁ se refiere al número atómico del ion, Z_{2< /sub> se refiere al del átomo objetivo. En la misma referencia se proporciona una descripción general de estas secciones transversales.}

Producción en rayos y descargas de laboratorio

Los rayos X también se producen en los relámpagos que acompañan a los destellos de rayos gamma terrestres. El mecanismo subyacente es la aceleración de electrones en campos eléctricos relacionados con rayos y la posterior producción de fotones a través de Bremsstrahlung. Esto produce fotones con energías de unos pocos keV y varias decenas de MeV. En descargas de laboratorio con un tamaño de espacio de aproximadamente 1 metro de longitud y un voltaje máximo de 1 MV, se observan rayos X con una energía característica de 160 keV. Una posible explicación es el encuentro de dos serpentinas y la producción de electrones fugitivos de alta energía; sin embargo, las simulaciones microscópicas han demostrado que la duración de la mejora del campo eléctrico entre dos serpentinas es demasiado corta para producir una cantidad significativa de electrones desbocados. Recientemente, se ha propuesto que las perturbaciones del aire en la vecindad de las serpentinas pueden facilitar la producción de electrones que escapan y, por lo tanto, de rayos X de las descargas.

Detectores

Los detectores de rayos X varían en forma y función según su propósito. Los detectores de imágenes, como los que se utilizan para la radiografía, se basaron originalmente en placas fotográficas y luego en películas fotográficas, pero ahora se reemplazan en su mayoría por varios tipos de detectores digitales, como placas de imágenes y detectores de panel plano. Para la protección radiológica, el peligro de exposición directa a menudo se evalúa utilizando cámaras de ionización, mientras que los dosímetros se utilizan para medir la dosis de radiación a la que una persona ha estado expuesta. Los espectros de rayos X se pueden medir con espectrómetros de dispersión de energía o de dispersión de longitud de onda. Para aplicaciones de difracción de rayos X, como la cristalografía de rayos X, los detectores de conteo de fotones híbridos son ampliamente utilizados.

Usos médicos

Paciente sometido a un examen de radiografía en una sala de radiología del hospital.

Una radiografía torácica de una hembra, demostrando una hernia hial

Desde el descubrimiento de Röntgen de que los rayos X pueden identificar estructuras óseas, los rayos X se han utilizado para imágenes médicas. El primer uso médico fue menos de un mes después de su artículo sobre el tema. Hasta 2010, se habían realizado cinco mil millones de exámenes de imágenes médicas en todo el mundo. La exposición a la radiación de imágenes médicas en 2006 representó aproximadamente el 50% de la exposición total a la radiación ionizante en los Estados Unidos.

Radiografías de proyección

Radiografía plana de la rodilla derecha

La radiografía de proyección es la práctica de producir imágenes bidimensionales usando radiación de rayos X. Los huesos contienen una alta concentración de calcio que, debido a su número atómico relativamente alto, absorbe los rayos X de manera eficiente. Esto reduce la cantidad de rayos X que llegan al detector a la sombra de los huesos, haciéndolos claramente visibles en la radiografía. Los pulmones y el gas atrapado también se muestran claramente debido a la menor absorción en comparación con el tejido, mientras que las diferencias entre los tipos de tejido son más difíciles de ver.

Las radiografías de proyección son útiles en la detección de patologías del sistema esquelético, así como para detectar algunos procesos patológicos en los tejidos blandos. Algunos ejemplos notables son la radiografía de tórax muy común, que se puede usar para identificar enfermedades pulmonares como neumonía, cáncer de pulmón o edema pulmonar, y la radiografía abdominal, que puede detectar obstrucción intestinal (o intestinal), aire libre (por perforaciones viscerales) y líquido libre (en ascitis). Los rayos X también se pueden usar para detectar patologías como cálculos biliares (que rara vez son radiopacos) o cálculos renales que a menudo (pero no siempre) son visibles. Las radiografías simples tradicionales son menos útiles para obtener imágenes de tejidos blandos como el cerebro o los músculos. Un área en la que las radiografías de proyección se utilizan ampliamente es en la evaluación de cómo se sitúa un implante ortopédico, como un reemplazo de rodilla, cadera u hombro, en el cuerpo con respecto al hueso circundante. Esto se puede evaluar en dos dimensiones a partir de radiografías simples, o se puede evaluar en tres dimensiones si se utiliza una técnica llamada 'registro 2D a 3D' se usa Esta técnica supuestamente niega los errores de proyección asociados con la evaluación de la posición del implante a partir de radiografías simples.

La radiografía dental se usa comúnmente en el diagnóstico de problemas orales comunes, como las caries.

En aplicaciones de diagnóstico médico, los rayos X de baja energía (suaves) no son deseados, ya que son totalmente absorbidos por el cuerpo, aumentando la dosis de radiación sin contribuir a la imagen. Por lo tanto, una hoja de metal delgada, a menudo de aluminio, llamada filtro de rayos X, generalmente se coloca sobre la ventana del tubo de rayos X, absorbiendo la parte de baja energía en el espectro. Esto se denomina endurecimiento del haz, ya que desplaza el centro del espectro hacia rayos X de mayor energía (o más duros).

Para generar una imagen del sistema cardiovascular, incluidas las arterias y venas (angiografía), se toma una imagen inicial de la región anatómica de interés. Luego se toma una segunda imagen de la misma región después de inyectar un agente de contraste yodado en los vasos sanguíneos dentro de esta área. Luego, estas dos imágenes se sustraen digitalmente, dejando una imagen de solo el contraste yodado que delinea los vasos sanguíneos. El radiólogo o cirujano luego compara la imagen obtenida con imágenes anatómicas normales para determinar si hay algún daño u obstrucción del vaso.

Tomografía computarizada

Corte de TC (plano transversal) – una moderna aplicación de radiografía médica

La tomografía computarizada (TC) es una modalidad de imágenes médicas en la que se obtienen imágenes tomográficas o cortes de áreas específicas del cuerpo a partir de una gran serie de imágenes de rayos X bidimensionales tomadas en diferentes direcciones. Estas imágenes transversales pueden combinarse en una imagen tridimensional del interior del cuerpo y utilizarse con fines diagnósticos y terapéuticos en diversas disciplinas médicas.

Fluoroscopia

La fluoroscopia es una técnica de imagen comúnmente utilizada por médicos o radioterapeutas para obtener imágenes en movimiento en tiempo real de las estructuras internas de un paciente mediante el uso de un fluoroscopio. En su forma más simple, un fluoroscopio consta de una fuente de rayos X y una pantalla fluorescente, entre las cuales se coloca un paciente. Sin embargo, los fluoroscopios modernos acoplan la pantalla a un intensificador de imágenes de rayos X y una cámara de video CCD, lo que permite que las imágenes se graben y reproduzcan en un monitor. Este método puede utilizar un material de contraste. Los ejemplos incluyen cateterismo cardíaco (para examinar obstrucciones de las arterias coronarias) y trago de bario (para examinar trastornos esofágicos y trastornos de la deglución).

Radioterapia

El uso de rayos X como tratamiento se conoce como radioterapia y se utiliza en gran medida para el tratamiento (incluida la paliación) del cáncer; requiere dosis de radiación más altas que las recibidas solo para la obtención de imágenes. Los haces de rayos X se utilizan para tratar cánceres de piel utilizando haces de rayos X de menor energía, mientras que los haces de mayor energía se utilizan para tratar cánceres dentro del cuerpo, como el de cerebro, pulmón, próstata y mama.

Efectos adversos

Radiografía abdominal de una mujer embarazada, procedimiento que debe llevarse a cabo sólo después de una evaluación adecuada del beneficio frente al riesgo

Los rayos X de diagnóstico (principalmente de tomografías computarizadas debido a la gran dosis utilizada) aumentan el riesgo de problemas de desarrollo y cáncer en las personas expuestas. Los rayos X están clasificados como cancerígenos tanto por la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer de la Organización Mundial de la Salud como por el gobierno de los Estados Unidos. Se estima que el 0,4% de los cánceres actuales en los Estados Unidos se deben a tomografías computarizadas (tomografías computarizadas) realizadas en el pasado y que esto puede aumentar hasta un 1,5-2% con las tasas de uso de la TC en 2007.

Actualmente, los datos experimentales y epidemiológicos no respaldan la propuesta de que existe un umbral de dosis de radiación por debajo del cual no aumenta el riesgo de cáncer. Sin embargo, esto está bajo creciente duda. El riesgo de cáncer puede comenzar con la exposición de 1100 mGy. Se estima que la radiación adicional de las radiografías de diagnóstico aumentará el riesgo acumulativo de una persona promedio de contraer cáncer a los 75 años en un 0,6-3,0 %. La cantidad de radiación absorbida depende del tipo de prueba de rayos X y de la parte del cuerpo involucrada. La TC y la fluoroscopia implican dosis más altas de radiación que las radiografías simples.

Para poner en perspectiva el aumento del riesgo, una radiografía de tórax simple expondrá a una persona a la misma cantidad de radiación de fondo a la que están expuestas las personas (dependiendo de la ubicación) todos los días durante 10 días, mientras que la exposición de una X dental -ray es aproximadamente equivalente a 1 día de radiación de fondo ambiental. Cada uno de esos rayos X agregaría menos de 1 por 1,000,000 al riesgo de cáncer de por vida. Una TC abdominal o de tórax sería el equivalente a 2 a 3 años de radiación de fondo en todo el cuerpo, o de 4 a 5 años en el abdomen o el tórax, lo que aumenta el riesgo de cáncer de por vida entre 1 por 1000 y 1 por 10 000. Esto se compara con aproximadamente el 40 % de probabilidad de que un ciudadano estadounidense desarrolle cáncer durante su vida. Por ejemplo, la dosis efectiva en el torso de una tomografía computarizada del tórax es de aproximadamente 5 mSv y la dosis absorbida es de aproximadamente 14 mGy. Una tomografía computarizada de la cabeza (1,5 mSv, 64 mGy) que se realiza una vez con y una vez sin agente de contraste equivaldría a 40 años de radiación de fondo en la cabeza. La estimación precisa de las dosis efectivas debidas a la TC es difícil con el rango de incertidumbre de la estimación de aproximadamente ±19 % a ±32 % para exploraciones de cabeza de adultos, según el método utilizado.

El riesgo de radiación es mayor para un feto, por lo que en pacientes embarazadas, los beneficios de la investigación (radiografía) deben sopesarse con los peligros potenciales para el feto. Si hay 1 exploración en 9 meses, puede ser perjudicial para el feto. Por lo tanto, las mujeres que están embarazadas obtienen ecografías como imágenes de diagnóstico porque no utilizan radiación. Si hay demasiada exposición a la radiación, podría haber efectos nocivos en el feto o en los órganos reproductivos de la madre. En los EE. UU., se realizan aproximadamente 62 millones de tomografías computarizadas anualmente, incluidos más de 4 millones en niños. Evitar las radiografías innecesarias (especialmente las tomografías computarizadas) reduce la dosis de radiación y cualquier riesgo de cáncer asociado.

Los rayos X médicos son una fuente importante de exposición a la radiación provocada por el hombre. En 1987, representaron el 58% de la exposición de fuentes artificiales en los Estados Unidos. Dado que las fuentes artificiales representaron solo el 18 % de la exposición total a la radiación, la mayoría de la cual provino de fuentes naturales (82 %), los rayos X médicos solo representaron el 10 % de la exposición a la radiación estadounidense total; los procedimientos médicos en su conjunto (incluida la medicina nuclear) representaron el 14% de la exposición total a la radiación. Sin embargo, para 2006, los procedimientos médicos en los Estados Unidos contribuían con mucha más radiación ionizante que a principios de la década de 1980. En 2006, la exposición médica constituyó casi la mitad de la exposición total a la radiación de la población estadounidense de todas las fuentes. El aumento se debe al crecimiento en el uso de procedimientos de imágenes médicas, en particular, la tomografía computarizada (TC), y al crecimiento en el uso de la medicina nuclear.

La dosis debida a las radiografías dentales varía significativamente según el procedimiento y la tecnología (película o digital). Según el procedimiento y la tecnología, una sola radiografía dental de un ser humano da como resultado una exposición de 0,5 a 4 mrem. Una serie de radiografías de boca completa puede resultar en una exposición de hasta 6 (digital) a 18 (película) mrem, para un promedio anual de hasta 40 mrem.

Se ha demostrado que los incentivos financieros tienen un impacto significativo en el uso de rayos X con médicos a quienes se les paga una tarifa separada por cada radiografía que proporciona más radiografías.

La tomografía fotónica temprana o EPT (a partir de 2015) junto con otras técnicas se están investigando como posibles alternativas a los rayos X para aplicaciones de imágenes.

Otros usos

Otros usos notables de los rayos X incluyen:

Cada punto, llamado reflejo, en este patrón de difracción forma de la interferencia constructiva de los rayos X dispersos pasando por un cristal. Los datos pueden utilizarse para determinar la estructura cristalina.

• La cristalografía de rayos X en la que se registra el patrón producido por la difusión de rayos X a través de la estrecha celosía de átomos en un cristal y luego se analiza para revelar la naturaleza de esa celosía. Una técnica relacionada, diffracción de fibra, fue utilizada por Rosalind Franklin para descubrir la doble estructura helical del ADN.
• Astronomía de rayos X, que es una rama observacional de la astronomía, que trata del estudio de la emisión de rayos X de objetos celestes.
• Análisis microscópico de rayos X, que utiliza radiación electromagnética en la banda de rayos X blandos para producir imágenes de objetos muy pequeños.
• Fluorescencia de rayos X, técnica en la que se generan rayos X dentro de un espécimen y se detecta. La energía saliente de la radiografía se puede utilizar para identificar la composición de la muestra.
• La radiografía industrial utiliza rayos X para la inspección de partes industriales, especialmente soldaduras.
• Radiografía de objetos culturales, la mayoría de las veces radiografías de pinturas para revelar alteraciones subdráuticas, pentimenti en el curso de la pintura o por restauradores posteriores, y a veces pinturas anteriores sobre el soporte. Muchos pigmentos como el blanco plomo muestran bien en las radiografías.
• La espectromicroscopia de rayos X se ha utilizado para analizar las reacciones de los pigmentos en las pinturas. Por ejemplo, al analizar la degradación del color en las pinturas de van Gogh.

Utilizando rayos X para la inspección y control de calidad: las diferencias en las estructuras de los alambres de morado y de unión revelan que el chip izquierdo es falso.

• Autenticación y control de calidad de los artículos empaquetados.
• CT industrial (tomografía computarizada), un proceso que utiliza equipos de rayos X para producir representaciones tridimensionales de componentes tanto externas como internas. Esto se logra mediante el procesamiento informático de imágenes de proyección del objeto escaneado en muchas direcciones.
• Los escáneres de equipaje de seguridad del aeropuerto utilizan rayos X para inspeccionar el interior del equipaje para amenazas de seguridad antes de cargar en aeronaves.
• Control de fronteras Los escáneres de camiones y los departamentos de policía nacional utilizan rayos X para inspeccionar el interior de los camiones.

X-ray fina fotografía de arte de pez aguja por Peter Dazeley

• Arte de rayos X y fotografía de arte fino, uso artístico de rayos X, por ejemplo las obras de Stane Jagodič
• Eliminación de pelo de rayos X, un método popular en la década de 1920 pero ahora prohibido por la FDA.
• Los fluoroscopios adaptados a los zapatos fueron popularizados en la década de 1920, prohibidos en los Estados Unidos en la década de 1960, en el Reino Unido en la década de 1970, y más tarde en Europa continental.
• Estereofotogrametría de Roentgen se utiliza para rastrear el movimiento de huesos basado en la implantación de marcadores
• La espectroscopia fotoelectrónica de rayos X es una técnica de análisis químico basada en el efecto fotoeléctrico, generalmente empleada en la ciencia superficial.
• La implosión de radiación es el uso de rayos X de alta energía generados por una explosión de fisión (una bomba A) para comprimir el combustible nuclear hasta el punto de encendido de fusión (una bomba H).

Visibilidad

Aunque generalmente se considera invisible para el ojo humano, en circunstancias especiales los rayos X pueden ser visibles. Brandes, en un experimento poco tiempo después del artículo histórico de Röntgen de 1895, informó que después de la adaptación a la oscuridad y colocando su ojo cerca de un tubo de rayos X, vio un tenue color 'azul-gris'. resplandor que parecía originarse dentro del ojo mismo. Al escuchar esto, Röntgen revisó sus libros de registro y descubrió que él también había visto el efecto. Al colocar un tubo de rayos X en el lado opuesto de una puerta de madera, Röntgen notó el mismo brillo azul, que parecía emanar del ojo mismo, pero pensó que sus observaciones eran falsas porque solo vio el efecto cuando usó un tipo de tubo. Más tarde se dio cuenta de que el tubo que había creado el efecto era el único lo suficientemente potente como para hacer claramente visible el resplandor y, a partir de entonces, el experimento podía repetirse fácilmente. El conocimiento de que los rayos X son en realidad débilmente visibles para el ojo desnudo adaptado a la oscuridad se ha olvidado en gran medida en la actualidad; esto probablemente se deba al deseo de no repetir lo que ahora sería visto como un experimento peligrosamente peligroso y potencialmente dañino con la radiación ionizante. No se sabe qué mecanismo exacto en el ojo produce la visibilidad: podría deberse a la detección convencional (excitación de las moléculas de rodopsina en la retina), la excitación directa de las células nerviosas de la retina o la detección secundaria a través, por ejemplo, de la inducción de rayos X. de fosforescencia en el globo ocular con detección retinal convencional de la luz visible secundariamente producida.

Aunque los rayos X son invisibles, es posible ver la ionización de las moléculas de aire si la intensidad del haz de rayos X es lo suficientemente alta. La línea de luz del ondulante en la Instalación Europea de Radiación de Sincrotrón es un ejemplo de tal alta intensidad.

Unidades de medida y exposición

La medida de la capacidad ionizante de los rayos X se denomina exposición:

• El coulomb por kilogramo (C/kg) es la unidad SI de exposición a la radiación ionizante, y es la cantidad de radiación necesaria para crear un coulomb de carga de cada polaridad en un kilogramo de materia.
• El roentgen (R) es una unidad tradicional obsoleta de exposición, que representó la cantidad de radiación necesaria para crear una unidad de carga electrostática de cada polaridad en un centímetro cúbico de aire seco. 1 roentgen =2.58×10⁻⁴C/kg.

Sin embargo, el efecto de la radiación ionizante sobre la materia (especialmente el tejido vivo) está más estrechamente relacionado con la cantidad de energía depositada en ellos que con la carga generada. Esta medida de energía absorbida se llama dosis absorbida:

• El gris (Gy), que tiene unidades de (joules/kilogramo), es la unidad SI de dosis absorbida, y es la cantidad de radiación necesaria para depositar un joule de energía en un kilogramo de cualquier tipo de materia.
• El rad es el (obsoleto) unidad tradicional correspondiente, igual a 10 milijoules de energía depositada por kilogramo. 100 rad = 1 gris.

La dosis equivalente es la medida del efecto biológico de la radiación sobre el tejido humano. Para rayos X es igual a la dosis absorbida.

• El hombre equivalente Roentgen (rem) es la unidad tradicional de dosis equivalente. Para los rayos X es igual al rad, o, en otras palabras, 10 milijoules de energía depositados por kilogramo. 100 rem = 1 Sv.
• El sievert (Sv) es la unidad SI de dosis equivalente, y también de dosis efectiva. Para los rayos X la "dosis equivalente" es numéricamente igual a un Gris (Gy). 1 Sv = 1 Gy. Para la "dosis efectiva" de los rayos X, generalmente no es igual al Gris (Gy).