Los Rayos X - Instituto de Física UNAM

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