Los Rayos X

 

Un poco de historia...

Todo comienza con los experimentos del científico británico William Crookes, que investigó en el siglo XIX los efectos de ciertos gases al aplicarles descargas de energía. Estos experimentos se desarrollaban en un tubo vacío, y electrodos para generar corrientes de alto voltaje; él lo llamó tubo de Crookes. Éste, al estar cerca de placas fotográficas, generaba en ellas algunas imágenes borrosas. Ante el descubrimiento, Nikola Tesla, en 1887, comenzó a estudiar este efecto creado por medio de los tubos de Crookes advirtiendo a la comunidad científica del peligro para los organismos biológicos que supone la exposición a estas radiaciones.

Años después, el físico alemán Wilhelm Conrad Röntgen descubrió los rayos X en 1895, mientras experimentaba con los tubos de Hittorff-Crookes y la bobina de Ruhmkorff para investigar la fluorescencia violeta que producían los rayos catódicos. Tras cubrir el tubo con un cartón negro para eliminar la luz visible, observó un débil resplandor amarillo-verdoso proveniente de una pantalla con una capa de platino-cianuro de bario, que desaparecía al apagar el tubo. Determinó que los rayos creaban una radiación muy penetrante, pero invisible, que atravesaba grandes espesores de papel e incluso metales poco densos. Usó placas fotográficas para demostrar que los objetos eran más o menos transparentes a los rayos X dependiendo de su espesor y realizó la primera radiografía humana, usando la mano de su esposa. Los llamó "rayos incógnita", o "rayos X" porque no sabía qué eran, solo que eran generados por los rayos catódicos al chocar contra ciertos materiales. 

La noticia del descubrimiento de los rayos X se divulgó con mucha rapidez en el mundo. Röntgen fue objeto de múltiples reconocimientos: el emperador Guillermo II de Alemania le concedió la Orden de la Corona y fue premiado con la Medalla Rumford de la Real Sociedad de Londres en 1896, con la medalla Barnard de la Universidad de Columbia y con el premio Nobel de Física en 1901.

¿Qué son...?

La diferente longitud de onda de la radiación determina la calidad o dureza de los rayos X: cuanto menor es la longitud de onda, la radiación se dice más dura, que tiene mayor poder de penetración. A lo contrario se denomina"radiación blanda".
El tubo con gas se encuentra a una presión de aproximadamente 0.01 mmHg y es controlada mediante una válvula; posee un cátodo de aluminio cóncavo, el cual permite enfocar los electrones y un ánodo. Las partículas ionizadas de nitrógeno y oxígeno, presentes en el tubo, son atraídas hacia el cátodo y ánodo. Los iones positivos son atraídos hacia el cátodo e inyectan electrones a este. Posteriormente los electrones son acelerados hacia el ánodo (que contiene al blanco) a altas energías para luego producir rayos X. El mecanismo de refrigeración y la ventana son los mismos que se encuentran en el tubo con filamento

Son un tipo de radiación electromagnética, invisible para el ojo humano, capaz de atravesar cuerpos opacos y de imprimir las películas fotográficas. La longitud de onda está entre 10 a 0,01 nanómetros, correspondiendo a frecuencias en el rango de 30 a 30000 PHz (de 50 a 5000 veces la frecuencia de la luz visible).

¿Cómo se producen...?

Los Rayos X se originan cuando los electrones inciden con muy alta velocidad sobre la materia y son frenados repentinamente. Se produce así la radiación X, de muy distintas longitudes de onda ("espectro continuo"), debido a la diferente velocidad de los electrones al chocar. Si la energía del bombardeo de electrones es mayor todavía, se producirá otro tipo de radiación, cuyas características dependerán del material del blanco ("radiación característica").

Para la producción de rayos X en laboratorios y hospitales se usan los tubos de rayos X, que pueden ser de dos clases: tubos con filamento o tubos con gas.

El tubo con filamento es un tubo de vidrio al vacío en el cual se encuentran dos electrodos en sus extremos. El cátodo es un filamento de tungsteno y el ánodo es un bloque de metal con una línea característica de emisión de la energía deseada. Los electrones generados en el cátodo son enfocados hacia un punto en el blanco (que por lo general posee una inclinación de 45°) y los rayos X son generados como producto de la colisión. El total de la radiación que se consigue equivale al 1% de la energía emitida; el resto son electrones y energía térmica, por lo cual el ánodo debe estar refrigerado para evitar el sobrecalentamiento de la estructura. A veces, el ánodo se monta sobre un motor rotatorio; al girar continuamente el calentamiento se reparte por toda la superficie del ánodo y se puede operar a mayor potencia. En este caso el dispositivo se conoce como «ánodo rotatorio». Finalmente, el tubo de rayos X posee una ventana transparente a los rayos X, elaborada en berilio, aluminio o mica.

Algunos riesgos...

Los efectos en los organismos biológicos dependen del valor de la dosis. En general, la exposición a dosis bajas de rayos X, como las que se reciben durante una radiografía convencional, no son perjudiciales pero Dosis más elevadas pueden producir los daños característicos de las radiaciones ionizantes.

Las radiografías digitales y especialmente las tomografías computarizadas de tórax o abdomen, junto a los estudios de tipo intervencionista (fluoroscopias, hemodinamias, entre otros) implican en algunos casos dosis elevadas de radiación, por lo que deben seguirse estrictamente para ellos el principio básico conocido como ALARP («As Low As Reasonably Practicable», o, en español, «tan bajo como sea razonablemente factible»): los beneficios del estudio deben justificarse por del médico prescriptor y los técnicos intervinientes deben optimizar la dosis utilizada.

Los efectos biológicos que la radiación ionizante puede generar se clasifican en:

• Determinísticos a cuerpo completo: típicos de accidentes muy graves, corresponden a situaciones dadas en centrales nucleares y por lo tanto están muy alejados del empleo de rayos X en la práctica médica.
• Determinísticos localizados: pueden acontecer en pacientes que reciben dosis elevadas de rayos X de alta energía en tratamientos de radioterapia, o en estudios intervencionistas demasiado prolongados, tratándose frecuentemente de efectos en piel (el denominado “síndrome cutáneo radioinducido”).
• Otro tipo de efectos orgánicos, tales como cataratas por dosis excesiva en ojos: muy poco probables en pacientes, deben implicar cuidados y controles en los trabajadores del área. Las cataratas inducidas por rayos X, por ejemplo, se evitan casi totalmente con el empleo de lentes plomados.
• Cáncer radioinducido: puede resultar del hecho de recibir dosis pequeñas durante períodos prolongados de tiempo, como es el caso de técnicos y médicos radiólogos. Sin embargo, la probabilidad de cáncer radioinducido es baja y mucho menor, por ejemplo, que la de cáncer inducido por tabaquismo.
• Efectos en mujeres embarazadas: dependen fuertemente del período del embarazo que se esté considerando. Los períodos más arriesgados son desde el sexto día hasta la octava semana, cuando se pueden producir malformaciones —que, sin embargo, tienen una probabilidad baja— y especialmente desde la octava a la decimoquinta semana inclusive, cuando la radiación puede afectar el sistema nervioso y generar retardo mental. En cualquier caso, los estudios con rayos X en mujeres embarazadas deben, siempre que sea posible, evitarse.

En síntesis, cada uno de los efectos (que van desde las quemaduras en la piel, caída del cabello, náuseas, cataratas, esterilidad, defectos de nacimiento, retraso mental, cáncer, hasta la muerte) se relaciona con el valor de la dosis equivalente, que se mide en sieverts o rem y debe mantenerse por debajo de la denominada dosis umbral. El límite de exposición se fija en 100 mSv cada 5 años para los trabajadores radiológicos, sin superar los 50 mSv por año. Para el público en general, se fijan límites de exposición más bajos y se recomienda evitar dosis equivalentes superiores a los 5 mSv (0.5 rem)/año en exposiciones a fuentes de radiación artificiales.