UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE SANTIAG3

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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE SANTIAGO
(UTESA)
ASIGNATURA:
Biofísica
 TEMA:
Rayos X y Láser
NOMBRES:
 
GRUPO:
003
PRESENTADO A:
Dra. Laura Peña
Santiago, Rep. Dom. 
09-04-2018 
Contenido
Rayos X	3
Naturaleza de los rayos-X	3
¿Cuáles son algunos de los usos comunes de este procedimiento?	3
RAYOS X: PROPIEDADES	4
RAYOS X: PRODUCCIÓN	4
¿Cómo es el equipo?	4
Interacción de la radiación con la materia	5
Efecto fotoeléctrico	5
Unidades y dosis de radiación	5
Dosis	6
Rayos láser	6
Historia	6
Rudolf Ladenburg	7
Charles H. Townes	7
Producción	8
Las ventajas de los rayos láser en medicina	8
Tipos	8
Propiedades del Láser	9
Rayos X 
Naturaleza de los rayos-X
Los rayos X son radiaciones electromagnéticas cuya longitud de onda va desde unos 10 nm hasta 0,001 nm. Cuanto menor es la longitud de onda de los rayos X, mayores son su energía y poder de penetración. Los rayos de mayor longitud de onda, cercanos a la banda ultravioleta del espectro electromagnético, se conocen como rayos X blandos; los de menor longitud de onda, que están más próximos a la zona de rayos gamma o incluso se solapan con ésta, se denominan rayos X duros.
Los rayos X formados por una mezcla de muchas longitudes de onda diferentes se conocen como rayos X ‘blancos’, para diferenciarlos de los rayos X monocromáticos, que tienen una única longitud de onda. Tanto la luz visible como los rayos X se producen a raíz de las transiciones de los electrones atómicos de una órbita a otra. La luz visible corresponde a transiciones de electrones externos y los rayos X a transiciones de electrones internos. Los rayos gamma, cuyos efectos son similares a los de los rayos X, se producen por transiciones de energía en el interior de núcleos excitados.
¿Cuáles son algunos de los usos comunes de este procedimiento?
Una radiografía ósea se utiliza para:
· Diagnosticar huesos fracturados o dislocación de una articulación.
· Demostrar la alineación y estabilización correcta de fragmentos óseos posterior al tratamiento de una fractura.
· Guiar la cirugía ortopédica, como por ejemplo la reparación/fusión de la columna, reemplazo de articulaciones y reducción de fracturas.
· Buscar lesiones, infecciones, signos de artritis, crecimientos óseos anormales o cambios óseos observados en las afecciones metabólicas.
· Asistir en la detección y el diagnóstico de cáncer de hueso.
· Localizar objetos extraños en los tejidos blandos que rodean los huesos o en los huesos.
RAYOS X: PROPIEDADES 
· Ondas altamente penetrantes e invisibles.
· Eléctricamente neutros. 
· Amplio rango de longitudes de onda 
· Cada haz de rayos X es heterogéneo.
· Se propagan en línea recta.
· Poder de ionización de gases por su capacidad de desplazar electrones de sus átomos. 
· Causan fluorescencia en ciertos cristales.
· Provocan cambios químicos y biológicos que dependen de su poder de ionización.
RAYOS X: PRODUCCIÓN
Cuando electrones animados de una gran velocidad son desacelerados o parados bruscamente, parte de su energía cinética se convierte en rayos X.
Los rayos X se producen siempre que se bombardea un objeto material con electrones de alta velocidad. Gran parte de la energía de los electrones se pierde en forma de calor; el resto produce rayos X al provocar cambios en los átomos del blanco como resultado del impacto. 
Los rayos X emitidos no pueden tener una energía mayor que la energía cinética de los electrones que los producen. La radiación emitida no es monocromática, sino que se compone de una amplia gama de longitudes de onda, con un marcado límite inferior que corresponde a la energía máxima de los electrones empleados para el bombardeo.
¿Cómo es el equipo?
El equipo generalmente utilizado para las radiografías de hueso consiste en un tubo de rayos X suspendido sobre una mesa en la que se recuesta el paciente. Un cajón debajo de la mesa sostiene la película de rayos X o la placa de registro de imagen. 
Interacción de la radiación con la materia
Desde el punto de vista de la Física Nuclear o de Partículas, el conocimiento de la interacción de la radiación con la materia es de gran importancia, no sólo por los adelantos en ciencia básica sino también por las potenciales aplicaciones tecnológicas. En efecto, todos los usos de la radioactividad están basados en su capacidad de penetración y en el depósito de energía en los medios materiales.
La radiación “ve” a la materia en términos de sus constituyentes básicos, es decir como un agregado de electrones y núcleos. La probabilidad de que la radiación interactúe con un núcleo o con un electrón depende del tipo de radiación, su energía y la naturaleza del medio material. 
Las partículas cargadas interactúan con los núcleos o los electrones del medio material y experimentan colisiones. A estas colisiones se las puede clasificar en elásticas cuando se mantiene constante la energía del conjunto e inelásticas cuando una parte de la energía inicial se transforma en algún otro tipo de energía.
Efecto fotoeléctrico
El efecto fotoeléctrico consiste en la absorción de un fotón por un electrón el cual luego es eyectado del átomo. A este electrón se lo denomina fotoelectrón. Puesto que un electrón libre no puede absorber un fotón y conservar el momento, el efecto fotoeléctrico siempre ocurre con electrones ligados, siendo el núcleo el que absorbe el momento de retroceso. 
Unidades y dosis de radiación
En ciencias, se designa como unidad de medida a la cantidad física que sirve de referencia para una determinada medición. Por ejemplo, el metro de longitud, el kilogramo de masa, el segundo de tiempo. El Sistema internacional de unidades trata de unificar las unidades de medida. Es un sistema utilizado en la mayoría de los países del mundo. Los Estados Unidos es un ejemplo de una de las pocas excepciones.
La unidad científica de medición de la dosis de radiación, comúnmente llamada dosis efectiva, es el millisievert (mSv). Otras unidades de radiación son el rad, el rem, el roentgen, el sievert y el gray.
Debido a que los distintos tejidos y órganos tienen una sensibilidad distinta a la radiación, el riesgo relacionado con la radiación en las diferentes partes del cuerpo, proveniente de un procedimiento de rayos X varía. El término dosis efectiva se refiere a la dosis promedio en todo el cuerpo.
La dosis efectiva toma en cuenta la sensibilidad relativa de los diversos tejidos expuestos. Aún más, permite cuantificar el riesgo y compararlo con fuentes más comunes de exposición que van desde la radiación de fondo natural hasta los procedimientos radiográficos con fines médicos.
Dosis
En el ámbito de las ciencias de la salud, específicamente la farmacología, se dice que una dosis, es aquella cantidad de un elemento a la cual se encuentra expuesta una persona, por un periodo determinado, por lo general las dosis son medidas en miligramos y se calculan dependiendo del peso del individuo al cual se le va a suministrar, su edad y la reacción a la misma, para de esa forma proceder a establecer la cantidad de veces que una sustancia debe ser consumida, que por lo general se hace con acompañamiento de las comidas o bebidas. Por lo general a medida que las dosis aumentan de esa misma forma lo hace su efecto.
Rayos láser
El láser es un dispositivo que emite una luz a través de un proceso llamado Emisión Estimulada. Esta luz no se dispersa como los demás haces de luz. Esta cualidad se denomina direccionalidad. En los últimos años han ganado notable notoriedad en dispositivos informáticos, reproductores de música y video, logrando una mejora notable, tanto en sonido como en imagen. También ha tenido un uso destacado en la industria y la medicina.
Historia
En 1915, Albert Einstein estableció los fundamentos para el desarrollo de los láseres y de sus predecesores, los máseres (que emiten microondas), utilizando la ley de radiación de Max Planck basada en los conceptos de emisión espontánea e inducida de radiación.
Rudolf Ladenburg
En 1928, Rudolf Ladenburg informó haber obtenido la primera evidencia del fenómeno de emisión estimuladade radiación, aunque no pasó de ser una curiosidad de laboratorio, por lo que la teoría fue olvidada hasta después de la Segunda Guerra Mundial, cuando fue demostrada definitivamente por Willis Eugene Lamb y R. C. Rutherford.
Charles H. Townes
En 1953, Charles H. Townes y los estudiantes de postgrado James P. Gordon y Herbert J. Zeiger construyeron el primer máser: un dispositivo que funcionaba con los mismos principios físicos que el láser pero que produce un haz coherente de microondas.
El primer láser fue uno de rubí y funcionó por primera vez el 16 de mayo de 1960. Fue construido por Theodore Maiman. El hecho de que sus resultados se publicaran con algún retraso en Nature, dio tiempo a la puesta en marcha de otros desarrollos paralelos. Por este motivo, Townes y Arthur Leonard Schawlow también son considerados inventores del láser, el cual patentaron en 1960.
Dos años después, Robert Hall inventa el láser generado por semiconductor. En 1969 se encuentra la primera aplicación industrial del láser al ser utilizado en las soldaduras de los elementos de chapa en la fabricación de vehículos y, al año siguiente Gordon Gould patenta otras muchas aplicaciones prácticas para el láser.
El 16 de mayo de 1980, un grupo de físicos de la Universidad de Hull liderados por Geoffrey Pert registran la primera emisión láser en el rango de los rayos X. Pocos meses después se comienza a comercializar el disco compacto, donde un haz láser de baja potencia «lee» los datos codificados en forma de pequeños orificios (puntos y rayas) sobre un disco óptico con una cara reflectante.
Posteriormente esa secuencia de datos digitales se transforma en una señal analógica permitiendo la escucha de los archivos musicales. En 1984, la tecnología desarrollada comienza a usarse en el campo del almacenamiento masivo de datos.
En 1994, en el Reino Unido, se utiliza por primera vez la tecnología láser en cinemómetros para detectar conductores con exceso de velocidad. Posteriormente se extiende su uso por todo el mundo.
Ya en el siglo XXI, científicos de la Universidad de St. Andrews crean un láser que puede manipular objetos muy pequeños. Al mismo tiempo, científicos japoneses crean objetos del tamaño de un glóbulo rojo utilizando el láser. En 2002, científicos australianos «teletransportan» con éxito un haz de luz láser de un lugar a otro.
Dos años después el escáner láser permite al Museo Británico efectuar exhibiciones virtuales.​ En 2006, científicos de Intel descubren la forma de trabajar con un chip láser hecho con silicio abriendo las puertas para el desarrollo de redes de comunicaciones mucho más rápidas y eficientes.
Producción
Se requiere un barra de rubí (posee en su interior átomos de cromo dispersos como impurezas), en ambos extremos debe tener superficies espejadas de las cuales una refleja el 100% de los rayos y las otra aproximadamente 95% llamada superficie semirreflectante.
La barra de rubí es estimulada por fotones generados por el destello de una lámpara o tubo fluorescente con características determinadas.
El rubí libera fotones monocromáticos para descargar la energía acumulada, un fotón estimula la formación de otro idéntico, produciéndose el fenómeno de clonación de los mismos.
Cuando estos fotones que se desplazan entre las dos superficies reflectantes superan una determinada cantidad de energía, son liberados a través de la superficie semirreflectante generando el rayo.
Se libera un rayo láser que tiene como característica el ser coherente y compuesto por luz monocromática (una sola longitud de onda).
Las ventajas de los rayos láser en medicina
Una operación con rayos láser toma en realidad sólo fracciones de segundos.
El paciente únicamente experimenta alguna sensación extraña que nunca llega a describir como dolorosa; por ello es que no necesita de ninguna anestesia en estos casos.
Otra ventaja es que no se produce sangrado alguno, ya que el láser provoca la coagulación instantánea del área sobre la cual se está actuando, lo cual evita totalmente el riesgo de que se presenten hemorragias, por pequeñas que estas puedan ser.
Tipos
Existen numerosos tipos de láser que se pueden clasificar de muy diversas formas siendo la más común la que se refiere a su medio activo o conjunto de átomos o moléculas que pueden excitarse de manera que se crea una situación de inversión de población obteniéndose radiación electromagnética mediante emisión estimulada. Este medio puede encontrarse en cualquier estado de la materia: sólido, líquido, gas o plasma.
El primer láser fue desarrollado por Maiman en 1960 utilizando como medio activo un cristal cilíndrico de rubí. El láser de gas de CO2, que emite en el rango del infrarrojo, es capaz de proporcionar grandes potencias y presenta un gran rendimiento, por ello es el más usado.
Éste tipo de láser es utilizado en numerosas y diversas aplicaciones, como por ejemplo en la manufactura industrial, comunicaciones, soldadura y cortado de acero, entre otras.
Los láseres de Ion Argón y Kriptón son utilizados en las discotecas ya que emiten en el rango del espectro visible.
El láser Nd: YAG pertenece al grupo del láser de estado sólido y emite también en el rango del infrarrojo, siendo ampliamente empleado como en el tratamiento oftalmológico de las cataratas, en medicina estética o en procesos industriales, como tratamientos de superficie y mecanizados.
Los láser de diodo están construidos con materiales semiconductores son cada vez más utilizados debido a sus ventajosas características, como un menor tamaño y elevadas potencias de trabajo. Sin embargo la calidad de salida del haz es menor que con láser.
Propiedades del Láser
Monocromaticidad: emite una radiación electromagnética de una sola longitud de onda, es decir de un solo color, en oposición a las fuentes convencionales como las lámparas incandescentes. Los haces de luz láser han sido producidos en todos los colores del arco iris aunque el más común es el rojo.
Coherencia espacial o direccionabilidad: la radiación láser tiene una divergencia casi imperceptible, es decir, se proyecta a largas distancias sin que el haz se abra o disemine.
Coherencia temporal: La luz láser se transmite de modo paralelo en una única dirección debido a su naturaleza de radiación estimulada, al estar constituido el haz láser con rayos de la misma fase, frecuencia y amplitud estos se acoplan ordenadamente entre sí.