IONIZACION 2023 - Belen ROMAÑACH(1)

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ESCUELA DE ENFERMERÍA DE LA CRUZ ROJA ARGENTINA FILIAL MORÓN
Carrera: Técnico Superior en Salud con Especialidad en Radiología.
Materia: Radiofísica
Docente: Barcala Cesar
LA IONIZACIÓN
“IONIZATION ENERGY”, ANDRES MARIANI
Prefacio:
La ionización es un proceso fundamental en el campo de la Radiología. De una u otra forma, la ionización está presente en la mayoría de los procesos que conducen a la obtención de las imágenes radiográficas. Accesoriamente, está íntimamente relacionada con los efectos biológicos de ciertas radiaciones en los seres vivos.
Ionización.
Es la pérdida de la neutralidad eléctrica de un átomo, por exceso ó falta de electrones. Este fenómeno es exclusivo de la zona extranuclear. 
Intervienen en este proceso un átomo y un agente ionizante, que puede ser:
Corrientes eléctricas.
Una reacción química.
Radiación calórica.
Una partícula fundamental (protón, neutrón, electrón).
RADIACIONES IONIZANTES (alfa, beta, gamma, radiación X). Etc.
Cabe señalar que, bajo ciertas condiciones, los átomos tienden a ceder electrones al medio (tal es el caso de la Plata Ag), que al ceder un electrón se convierte en un ion positivo (Ag+). Del mismo modo, otros átomos tienen la tendencia a captar cargas negativas, como el cloro (Cl), de esta forma se convierte en un ion negativo (Cl-).
De hecho, los átomos y moléculas tienen la tendencia a ceder y emitir electrones de forma continua. La neutralidad química es una excepción. 
A pesar de lo anteriormente citado, los iones tienen la tendencia de asociarse entre sí para lograr un equilibrio. Por ejemplo el ion de Cloro -Cl se puede asociar con el ion +Ag para formar una molécula de Cloruro de Plata (ClAg).
	
	LA IONIZACIÓN ES EL PRINCIPAL TRABAJO DE LOS RAYOS X Y DE LAS RADIACIONES IONIZANTES.
De ésta interacción, el producto final siempre es un par iónico. Tomemos el caso de una persona que se efectúa una radiografía. Los átomos que componen el paciente interactúan con la emisión X. Esta radiación es energía en forma de ondas electromagnéticas. Como hemos expuesto con anterioridad, cuando un electrón absorbe energía se aleja del núcleo. La energía cedida al electrón en este caso es tan alta como para que ésta partícula venza la atracción electrostática del núcleo y salga del átomo. Ahora tenemos 2 iones ó par iónicos: el electrón libre (ión -) y el átomo en desequilibrio eléctrico (ión+), porque ahora le falta 1 carga negativa. El producto final de una ionización siempre es un par iónico. Para ionizar la materia es necesario un gasto de energía.
La energía de Ligadura es la necesaria para remover un electrón del átomo. Su valor es propio de cada elemento y de la órbita del electrón.
En la siguiente tabla se detalla la energía de ligadura en un átomo de tungsteno:
	Nivel
	Energía de ligadura (KeV)
	K
	69.53
	L
	12.10
	M
	2.82
	N
	0.60
	O
	0.08
	P
	0.001
La energía de ligadura es máxima en la capa K. Esto se debe a que el núcleo ejerce la mayor atracción en esa órbita. A medida que nos alejamos del núcleo, la energía de ligadura va disminuyendo hasta ser mínima en la capa más externa (en este ejemplo, la P). En todo átomo, la energía de ligadura es máxima en la capa K, bajando hasta ser mínima en la capa más externa. En la siguiente tabla, se indica la energía de ligadura de la capa K de algunos átomos importantes para la radiología.
	Elemento
	NRO. Z
	Energía de ligadura K (KeV)
	PLOMO
	82
	88
	TUNGSTENO
	74
	69.53
	BARIO
	56
	37
	YODO
	53
	33
	RENIO
	45
	24
	MOLIBDENO
	42
	20
	CALCIO
	20
	4,1
	ALUMINIO
	13
	1,3
Como se puede observar, a medida que aumenta el Número. Z, la energía de ligadura K se hace cada vez más alta.
	
	LA ENERGÍA DE LIGADURA ES MÁXIMA EN LA CAPA MÁS INTERNA DE UN ÁTOMO, Y MÍNIMA EN LA CAPA MÁS EXTERNA DEL MISMO.
En radiología, los procesos de ionización tienen una importancia fundamental. A modo de ejemplo, citaremos algunos casos:
Los primeros tubos de rayos X utilizan un gas ionizado por energía eléctrica (tubos iónicos).
Cuando irradiamos con emisiones X un ser vivo, parte de la energía de estas ondas electromagnéticas es absorbida por los tejidos, produciendo ionizaciones. 
Los fotones que impactan en la película radiográfica ionizan las moléculas de Bromuro de Plata (BrAg) formando el par iónico Br - Ag +.
En el caso de las uniones iónicas, 2 iones pueden formar una molécula de un compuesto:
	
	CUANDO LOS RAYOS X INTERACTÚAN CON EL AIRE, PRODUCEN LA IONIZACIÓN DEL OXÍGENO (O2), DANDO ORIGEN AL OZONO (O3).
	
	
	ENERGÍA ELÉCTRICA
	CALOR
En el campo de la radiología, la ionización es un proceso crucial para la producción de los Rayos X, en la formación de la imagen y en el procesamiento de ésta. De hecho, LA PRINCIPAL FUNCIÓN DE LOS RAYOS X ES LA IONIZACIÓN. Tal es la importancia de este evento que las radiaciones capaces de ionizar la materia reciben el nombre de RADIACIONES IONIZANTES. 
EJEMPLO DE IONIZACIÓN: FILAMENTO INCANDESCENTE
Cabe señalar que los átomos tienen la tendencia a ceder electrones al medio (pasando a ser iones +), o bien pueden captar electrones (convirtiéndose en iones -). 
En el siguiente gráfico se indica esta característica. 
Como podrá observar, los elementos situados a la izquierda (grupos 1 y 2) ceden electrones. 
En la zona central (elementos de transición) este fenómeno es variable (a veces ceden y otras capturan electrones). 
El grupo 13 cede 3 electrones). El grupo 14 es particular, porque al tener todos 4 electrones de valencia, bajo ciertas circunstancias cede 4 electrones o emite hasta 4 electrones.
Los grupos 15, 16 y 17 capturan electrones.
El grupo 18, que corresponde a los gases nobles o inertes, no ceden ni captan electrones, porque tienen 8 electrones en su capa de valencia. 
Tipos de ionización:
Podemos clasificar dos fenómenos de ionización: la ionización directa e indirecta (también llamada ionización química)
En la ionización directa la energía del agente ionizante se deposita en los electrones de un átomo o molécula neutra, estos vencen la energía de ligadura y producen los pares iónicos
En el caso de la ionización química la energía del agente ionizante incide sobre un átomo o molécula. Dejando uno o más electrones desapareados, volviendo muy inestable dicha molécula. Esta pasa a llamarse “radical libre” que es sumamente reactivo con la materia de su entorno. Los radicales libres producen cadenas de ionizaciones en la materia, hasta que agotan su energía. Son muy comunes en la materia orgánica, y representan un grave riesgo para la salud de los seres vivos. Las radiaciones ionizantes producen radicales libres en el agua del cuerpo humano
Plasma:
Como se ha podido indicar, si se aporta energía a un átomo, es posible ionizar la materia. Si este aporte de energía es importante, en particular cuando se trata de gases, puede llegar a ionizar la totalidad de los electrones. 
RADIO FOTOGRAFÍA DEL SOL: ES UNA ESFERA GASEOSA DE PLASMA
En este ejemplo hemos creado plasma. Se considera como el cuarto estado de agregación de la materia (junto con el sólido, líquido y gaseoso). Presenta ciertas características únicas, que no están presentes ni en los sólidos, ni en los líquidos. Se calcula que el plasma es el estado de agregación más abundante del Universo. Se caracteriza por ser buen conductor de la electricidad, no tienen equilibrio electromagnético y en su constitución intervienen iones. El plasma se puede obtener calentando a altas temperaturas un gas, sometiéndose a campos magnéticos intensos, aplicando microondas, estimulándolo con luz, etc.
LOS RAYOS DE UNA TORMENTA SON CLAROS EJEMPLOS DE UN GAS (AIRE) IONIZADO CONVERTIDO EN PLASMA
CORTE DE UNA LÁMINA METÁLICA POR MEDIO DE PLASMA
PANTALLA DE PLASMA: CONSTA DE UN GAS IONIZADO QUE PERMITE O BLOQUEA EL PASO DE CARGAS ELÉCTRICAS, FORMANDO LA IMAGEN
CARTEL DE NEÓN: EN EL INTERIOR DEL TUBO, HAY UN GAS QUE ES IONIZADO HASTA CONVERTIRLO EN PLASMA, EMITIENDO LUZ
	
	SE CONSIDERAN 4 ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA: SÓLIDO, LÍQUIDO, GASEOSO Y PLASMA.
¿Dóndese hallan los electrones? Teoría de Bandas:
Citamos el ejemplo de un átomo de Magnesio (Mg) en equilibrio con igual cantidad de cargas positivas y negativas. La última capa, en este caso la “M” se denomina “capa o nivel de valencia” y a los electrones contenidos en ella “electrones de valencia”. Estos electrones son los encargados de realizar los enlaces atómicos. 
Bajo estas condiciones, un fotón de Rayos X incide sobre el átomo y lo ioniza. El electrón ionizado pasa a ser “libre” o sea sin la influencia de un átomo. De esta manera se ha creado un sitio faltante en la capa “M” del átomo, llamado “hueco”. 
	
	LA BANDA DE VALENCIA REPRESENTA A LA ÚLTIMA CAPA DE UN ÁTOMO.
Se consideran aquí dos franjas: las capas de valencia de todos los átomos forman en conjunto una zona, llamada “banda de valencia”. Aquí está el “hueco” del ejemplo. La otra zona es la “banda de conducción”, donde se encuentran los electrones libres, en donde se pueden desplazar con relativa facilidad. Estos electrones son los responsables de la conducción eléctrica. Aquí se halla el electrón ionizado del ejemplo.
	
	LA BANDA DE CONDUCCIÓN REPRESENTA AL ESTADO INTERATÓMICO EN DONDE SE DESPLAZAN LOS ELECTRONES LIBRES.
Entre ambas bandas hay una zona en donde no es posible ubicar al electrón, llamada “banda prohibida”. En realidad, bajo ciertas condiciones, el electrón puede ocupar esta zona, de ocurrir esto, el electrón pasaría a estar en un estado “meta estable” 
El espacio entre la banda de conducción y la de valencia define si una sustancia es buena conductora o mala conductora de la electricidad: en el caso de los primeros, la separación es mínima, o incluso no existe, esto permite la libre circulación de electrones entre las bandas.
	
	LAS SUSTANCIAS BUENAS CONDUCTORAS DE LA ELECTRICIDAD PUEDEN SER CIERTOS METALES, COMO EL COBRE, ORO, PLATA Y PLATINO.
EL COBRE SE CONSIDERA UN BUEN CONDUCTOR DE LA ELECTRICIDAD.
En el caso de los malos conductores de la electricidad, la banda prohibida forma una separación importante, lo que dificulta el intercambio de las cargas eléctricas entre las bandas. Los materiales “aislantes” presentan un gran distanciamiento y en teoría deberían impedir el flujo de electrones entre las zonas. En la práctica no existe un material aislante absoluto, porque si se tiene un potencial eléctrico elevado puede conducir electricidad en cualquier condición y material. Se considera que el “vacío” es el mejor material aislante de la electricidad.
	
	LOS MALOS CONDUCTORES ESTÁN REPRESENTADOS POR CIERTOS PLÁSTICOS, LOS MATERIALES CERÁMICOS, LA BAQUELITA, EL VIDRIO, ETC. 
AISLANTE DE VIDRIO PARA UNA LÍNEA DE ALTA TENSIÓN (100000 VOLT)
Con respecto a los semiconductores, son sustancias que permiten el paso de ciertos electrones entre ambas bandas. Este salto se da siempre que se reúnan ciertas condiciones, por ejemplo la existencia de impurezas o la presencia de campos eléctricos externos.
Esta propiedad singular de estos materiales (la posibilidad de ser buenos y malos conductores de forma selectiva) ha dado origen a la electrónica de estado sólido, con el desarrollo del transistor y de los circuitos lógicos. 
El desarrollo de la electrónica y de la informática tiene como pilar a esta tecnología. 
	
	LAS SUSTANCIAS SEMICONDUCTORAS (COMO EL ÓXIDO DE SILICIO Y EL ÓXIDO DE GERMANIO) SE COMPORTAN A VECES COMO BUENOS CONDUCTORES Y OTRAS COMO MALOS CONDUCTORES.
SILICIO, GERMANIO Y GALIO: LAS SUSTANCIAS SEMICONDUCTORAS MÁS USADAS EN LA ACTUALIDAD
Debido a la importancia crucial que tiene la zona extranuclear en este curso, a continuación se grafican la configuración electrónica de los elementos más significativos que tienen aplicaciones en el campo de la radiología y el diagnóstico por imágenes.
Cuestionario:
Consigna: Responda el siguiente cuestionario. Las preguntas de esta lista serán evaluadas en forma escrita y/o en la modalidad oral por el docente. 
1) DEFINA IONIZACIÓN.
2) ¿QUÉ CONDICIONES SE DEBEN CUMPLIR PARA IONIZAR LA MATERIA?
3) ¿QUE ES NECESARIO PARA QUE REPRODUZCA UNA IONIZACIÓN?
4) ¿QUE ES UN PAR IÓNICO?
5) ¿LA IONIZACIÓN ES UN PROCESO FÍSICO?
6) ¿LA IONIZACIÓN ES UN PROCESO QUÍMICO?
7) ¿POR QUE LOS RAYOS X SON IONIZANTES?
8) ¿LAS ONDAS DE RADIO SON RADIACIONES IONIZANTES? JUSTIFIQUE.
9) ¿LA RADIACIÓN INFRARROJA ES RADIACIÓN IONIZANTE?
10) ¿LA RADIACIÓN ULTRAVIOLETA ES RADIACIÓN IONIZANTE?
11) ¿LAS EMISIONES DE MICROONDAS ES RADIACIÓN IONIZANTE?
12) ¿LOS RAYOS CÓSMICOS SON RADIACIONES IONIZANTES?
13) DEFINA ENERGÍA DE LIGADURA
14) ¿QUÉ SUCEDE CUANDO SE IONIZA UN ELECTRÓN K?
15) DEFINA RADIACIÓN CARACTERÍSTICA K
16) ¿QUÉ SON LOS RAYOS X K?
17) ¿CUAL ES LA ENERGÍA DE LIGADURA DE LA ÓRBITA K DEL TUNGSTENO?
18) ¿CUAL ES LA ENERGÍA DE LIGADURA DE LA ÓRBITA L DEL TUNGSTENO?
19) ¿CUAL ES LA ENERGÍA DE LIGADURA DE LA ÓRBITA M DEL TUNGSTENO?
20) ¿CUAL ES LA ENERGÍA DE LIGADURA DE LA ÓRBITA N DEL TUNGSTENO?
21) ¿CUAL ES LA ENERGÍA DE LIGADURA DE LA ÓRBITA O DEL TUNGSTENO?
22) ¿CUAL ES LA ENERGÍA DE LIGADURA DE LA ÓRBITA K DEL RENIO?
23) ¿CUAL ES LA ENERGÍA DE LIGADURA DE LA ÓRBITA K DEL MOLIBDENO?
24) ¿CUAL ES LA ENERGÍA DE LIGADURA DE LA ÓRBITA K DEL RODIO?
25) ¿CUAL ES LA ENERGÍA DE LIGADURA DE LA ÓRBITA K DEL HIERRO?
26) ¿CUAL ES LA ENERGÍA DE LIGADURA DE LA ÓRBITA K DEL ORO?
27) ¿QUÉ RELACIÓN HAY ENTRE LA ENERGÍA DE LIGADURA Y EL NRO. Z DEL ELEMENTO?
28) ¿CUANTOS ELECTRONES PUEDE CEDER AL MEDIO UN ÁTOMO?
29) ¿EL CALOR ES UN AGENTE IONIZANTE?
30) ¿EL ÁTOMO PUEDE CEDER TODOS SUS ELECTRONES?
31) ¿QUE ES EL PLASMA?
32) ¿CÓMO SE OBTIENE EN FORMA INDUSTRIAL?
33) ¿EN QUÉ ÓRBITA ELECTRÓNICA SE REQUIERE MENOS ENERGÍA PARA IONIZAR EL ELECTRÓN?
34) ¿QUÉ SON LOS ELECTRONES LIBRES?
35) DEFINA IONIZACIÓN DIRECTA E INDIRECTA
36) ¿CUAL ES LA DIFERENCIA ENTRE LOS DOS TIPOS DE IONIZACIONES?
37) ¿QUÉ SON LOS RADICALES LIBRES?
38) ¿LOS RADICALES LIBRES PUEDEN IONIZAR LA MATERIA?
39) ¿QUÉ RELACIÓN HAY ENTRE LOS RADICALES LIBRES Y LAS RADIACIONES IONIZANTES?
40) ¿QUE ES LA CAPA ELECTRÓNICA DE VALENCIA?
41) ¿QUÉ SON LOS ELECTRONES DE VALENCIA?
42) DEFINA LA BANDA DE CONDUCCIÓN.
43) DEFINA LA BANDA DE VALENCIA
44) DEFINA LA BANDA PROHIBIDA.
45) ¿QUÉ CARACTERÍSTICAS TIENE LOS BUENOS CONDUCTORES DE LA ELECTRICIDAD?
46) ¿QUÉ CARACTERÍSTICAS TIENE LOS BUENOS CONDUCTORES DE LA ELECTRICIDAD?
47) ¿QUÉ CARACTERÍSTICAS TIENE LOS MALOS CONDUCTORES DE LA ELECTRICIDAD?
48) ¿QUÉ CARACTERÍSTICAS TIENE LOS SEMICONDUCTORES DE LA ELECTRICIDAD?
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