Radiografía tomada por Wilhelm Röntgen en 1896.
La denominación rayos X designa a una radiación electromagnética, invisible, capaz de atravesar cuerpos opacos y de impresionar las películas fotográficas. La longitud de onda está entre 10 a 0,1 nanómetros, correspondiendo a frecuencias en el rango de 30 a 3.000 PHz (de 50 a 5.000 veces la frecuencia de la luz visible).
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Descubrimiento
El 8 de noviembre de 1895, el físico, Wilhelm Conrad Röntgen, realiza experimentos con los tubos de Hittorff-Crookes (o simplemente tubo de Crookes) y la bobina de Ruhmkorff, analizaba los rayos catódicos, para evitar la fluorescencia violeta, que producían los rayos catódicos en las paredes de un vidrio del tubo, crea un ambiente de oscuridad, cubre el tubo con una funda de cartón negro.
Era tarde y al conectar su equipo por última vez se sorprendió al ver un débil resplandor amarillo-verdoso a lo lejos: sobre un banco próximo había un pequeño cartón con una solución de cristales de platino-cianuro de bario, observó que al apagar el tubo se obscurecía y al prenderlo se producía nuevamente, retiró más lejos el cartón y comprobó que la fluorescencia se seguía produciendo, repitió el experimento y sucedió lo mismo, los rayos creaban una radiación muy penetrante, pero invisible. Observó que los rayos atravesaban grandes capas de papel e incluso metales menos densos que el plomo.
En las siete semanas siguientes, estudió con gran rigor las características propiedades de estos nuevos y desconocidos rayos. Pensó en fotografíar este fenómeno y entonces fue cuando hizo un nuevo descubrimiento: las placas fotográficas que tenía en su caja estaban veladas. Intuyó la acción de estos rayos sobre la emulsión fotográfica y se dedicó a comprobarlo. Colocó una caja de madera con unas pesas sobre una placa fotográfica y el resultado fue sorprendente al impresionarse la imagen de las pesas. Hizo varios experimentos con su brújula de bolsillo, el cañón de la escopeta. Para comprobar la distancia y el alcance de los rayos, pasó al cuarto de al lado, cerró la puerta y colocó una placa fotográfica. Obtuvo la imagen de la moldura, el gozne de la puerta e incluso los trazos de la brocha. Cien años despues ninguna de sus investigaciones ha sido considerada como equivocada. El 22 de diciembre, un día memorable, al no poder manejar al mismo tiempo su carrete, la placa fotográfica de cristal y colocar su mano sobre ella, le pide a su esposa que coloque la mano sobre la placa durante quince minutos. Al revelar la placa de cristal apareció la mano de Berta, la primera imagen radiográfica del cuerpo humano. Así nace una de las ramas más poderosas y excitantes de la Medicina: la Radiología.
El descubridor de estos tipos de rayos le colocó el nombre de "X" porque no sabia que eran, ni como eran provocados, y porque esto significa "desconocido", dándole mayor sentido que cualquier otro nombre, por lo que durante muchos años después se decidió que conservara ese nombre.
La noticia del descubrimiento de los rayos "x" se divulgó con increíble rapidez en el mundo. Roentgen fue objeto de múltiples reconocimientos, el emperador Guillermo II de Alemania le concedió la Orden de la Corona, fue honrado 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.
El descubrimiento de los rayos "X", fue el producto de la investigación, experimentación y no por accidente como algunos autores afirman; W.C. Roentgen, hombre de ciencia, agudo observador, investiga los detalles más nimios, por eso tuvo éxito donde los demás fracasaron. Este genio no quiso patentar su descubrimiento cuando Thomas Alva Edison se lo propuso, manifestando que lo legaba para beneficio de la humanidad.
Definición:
Los rayos X son una radiación electromagnética de la misma naturaleza que las ondas de radio, las ondas de microondas, los rayos infrarrojos, la luz visible, los rayos ultravioleta y los rayos gamma. La diferencia fundamental con los rayos gamma es su origen: los rayos gamma son radiaciones de origen nuclear que se producen por la desexcitación de un nucleón de un nivel excitado a otro de menor energía y en la desintegración de isótopos radiactivos, mientras que los rayos X surgen de fenómenos extranucleares, a nivel de la órbita electrónica, fundamentalmente producidos por desaceleración de electrones. La energía de los rayos X en general se encuentra entre la radiación ultravioleta y los rayos gamma producidos naturalmente.
Los rayos X también pueden ser utilizados para explorar la estructura de la materia cristalina mediante experimentos de difracción de rayos X por ser su longitud de onda similar a la distancia entre los átomos de la red cristalina. La difracción de rayos X es una de las herramientas más útiles en el campo de la cristalografía.
Producción de rayos X
Los rayos X son producto de la desaceleración rápida de electrones muy energéticos (del orden 1000eV) al chocar con un blanco metálico. Según la mecánica clásica, una carga acelerada emite radiación electromagnética, de este modo, el choque produce un espectro continuo de rayos X (a partir de cierta longitud de onda mínima). Sin embargo experimentalmente, además de este espectro continuo, se encuentran líneas características para cada material. Estos espectros —continuo y característico— se estudiarán más en detalle a continuación.
La producción de rayos X se da en un tubo de rayos X que puede variar dependiendo de la fuente de electrones y puede 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 caliente de tungsteno y el ánodo es un bloque de cobre en el cual esta inmerso el blanco. El ánodo es refrigerado continuamente mediante la circulación de agua, pues la energía de los electrones al ser golpeados con el blanco, es transformada en energía térmica en un gran porcentaje. Los electrones generados en el cátodo son enfocados hacia un punto en el blanco (que por lo general posee una inclinación de 45°) y producto de la colisión los rayos X son generados. Finalmente el tubo de rayos X posee una ventana la cual es transparente a este tipo de radiación elaborada en berilio, aluminio o mica.
Los sistemas de detección más usuales son las películas fotográficas y los dispositivos de ionización.
La emulsión de las películas fotográficas varía dependiendo de la longitud de onda a la cual se quiera exponer. La sensibilidad de la película es determinada por el coeficiente de absorción másico y es restringida a un rango de líneas espectrales. La desventaja que presentan estas películas es, por su naturaleza granizada, la imposibilidad de un análisis detallado pues no permite una resolución grande.
Los dispositivos de ionización miden la cantidad de ionización de un gas producto de la interacción con rayos X. En una cámara de ionización, los iones negativos son atraídos hacia el ánodo y los iones positivos hacia el cátodo, generando corriente en un circuito externo. La relación entre la cantidad de corriente producida y la intensidad de la radiación son proporcionales, así que se puede realizar una estimación de la cantidad de fotones de rayos X por unidad de tiempo. Los contadores que utilizan este principio son el contador Geiger, el contador Proporcional y el contador de destellos. La diferencia entre ellos es la amplificación de la señal y la sensibilidad del detector.
Espectros
Espectro continuo
El tubo de rayos X está constituido por dos electrodos (cátodo y ánodo), una fuente de electrones (cátodo caliente) y un blanco. Los electrones se aceleran mediante una diferencia de potencial entre el cátodo y el ánodo. La radiación es producida justo en la zona de impacto de los electrones y se emite en todas direcciones.
La energía adquirida por los electrones va a estar determinada por el voltaje aplicado entre los dos electrodos. Como la velocidad del electrón puede alcanzar velocidades de hasta (1 / 3)c debemos considerar efectos relativistas, de tal manera que
Los diferentes electrones no chocan con el blanco de igual manera, así que este puede ceder su energía en una o en varias colisiones, produciendo un espectro continuo.
La energía del fotón emitido, por conservación de la energía y tomando los postulados de Planck es
hν = K − K'
donde K y K’ es la energía del electrón antes y después de la colisión respectivamente.
El punto de corte con el eje x de la gráfica de espectro continuo, es la longitud mínima que alcanza un fotón al ser acelerado a un voltaje determinado. Esto se puede explicar desde el punto de vista de que los electrones chocan y entregan toda su energía. La longitud de onda mínima esta dada por λ = hc / eV,la energía total emitida por segundo, es proporcional al área bajo la curva del espectro continuo, del número atómico (Z) del blanco y el número de electrones por segundo (i). Así la intensidad esta dada por
I = AiZVm donde A es la constante de proporcionalidad y m una constante alrededor de 2.
Espectro característico
Cuando los electrones que son acelerados en el tubo de rayos X poseen cierta energía crítica, pueden pasar cerca de una subcapa interna de los átomos que componen el blanco. Debido a la energía que recibe el electrón, este puede escapar del átomo, dejando al átomo en un estado supremamente excitado. Eventualmente, el átomo regresará a su estado de equilibrio emitiendo un conjunto de fotones de altafrecuencia, que corresponden al espectro de líneas de rayos X. Este indiscutiblemente va a depender de la composición del material en el cual incide el haz de rayos X, para el molibdeno, la gráfica del espectro continuo muestra dos picos correspondientes a la serie K del espectro de líneas, estas están superpuestas con el espectro continuo.
La intensidad de cualquier línea depende de la diferencia del voltaje aplicado (V) y el voltaje necesario para la excitación (V’) a la correspondiente línea, y está dada por
I = Bi(V − V')N
donde n y B son constantes, e i es el número de electrones por unidad de tiempo.
Para la difracción de rayos X, la serie K del material es la que usualmente se utiliza. Debido a que los experimentos usando esta técnica requieren luz monocromática, los electrones que son acelerados en el tubo de rayos X deben poseer energías por encima de 30 keV. Esto permite que el ancho de la línea K utilizada sea muy angosto (del orden de 0.001 Å). La relación entre la longitud de cualquier línea en particular y el número atómico del átomo esta dada por la Ley de Moseley
Cuando los rayos X interactúan con la materia, estos pueden ser en parte absorbidos y en parte transmitidos. Esta característica es aprovechada en medicina al realizar radiografías.
La absorción de rayos X va a depender de la distancia que estos atraviesan y de su intensidad. Esta dada por
Ix = Ioe( − μ / ρ)ρx
μ / ρ, es característico del material e independiente del estado físico. \mu el coeficiente lineal de absorción y rho la densidad del material.
Si un material esta compuesto de diferentes elementos, el coeficiente de absorción másico μ / ρ es aditivo, de tal manera que
donde w significa la fracción del elemento constituyente.
En los últimos cuarenta años la visión que teníamos del universo ha venido sufriendo cambios sustanciales como consecuencia del uso de nuevas tecnologías observacionales, las cuales nos han permitido detectar fenómenos que antes nos eran desconocidos. Lo que nos parecía algo tranquilo, sólo sometido a cambios lentos o incluso inmutables, las nuevas técnicas nos ha sorprendido al mostrarnos una serie de eventos cósmicos nuevos y, en algunos casos, extremadamente violentos. Muchos de esos cambios paradigmáticos que hemos tenido que asumir del universo tienen que ver con la participación de «extremas energías» que se han visto operando en él, al poderse observar hoy día, con instrumental de tecnología de punta, objetos astronómicos en otras longitudes de onda antes inaccesibles. Cuando se iniciaron las observaciones en ondas de radio ya ellas nos otorgaron la confirmación del fenómeno de cómo se generó el universo, o sea, de la Gran Explosión o Big Bang. Ahora, con los detectores con que se cuenta hoy de rayos X, gamma o gamma de altísima energía VHE, hemos podido detectar que hay una innumerable cantidad de objetos en nuestro entorno cósmico que sufren procesos extremadamente violentos, los cuales podrían producir fuertes estallidos de rayos gamma (). Por ello, en esta sección, vamos intentar describir sucintamente qué son los rayos gamma, para luego introducirnos en por qué se podrían dar en esos objetos.
Los rayos gamma son un tipo de radiación electromagnética cuya altísima energía que comporta sus fotones viaja y se esparce. Los materiales radiactivos (algunos naturales y otros hechos por el hombre en plantas nucleares) son fuentes de emisión de rayos gamma. Los grandes aceleradores de partículas que los científicos usan para estudiar la composición de la materia pueden, a veces, generar rayos gamma. Pero el mayor productor de rayos gamma con una multiplicidad de posibles maneras para generarlos es el universo. En cierto sentido, las radiaciones gamma son el humo que señala los fuegos cósmicos subyacentes. La mayoría de los rayos gamma caen en el extremo inferior de su gama y son emitidos como elementos de desintegración radiactiva o cuando los electrones interactúan con otra materia. Pero una fracción pertenece al extremo alto del espectro: cuanto más alta la energía, más raro el fotón. La mayor parte de estos fotones parecen ser el producto secundario de colisiones entre rayos cósmicos y otras partículas. Puesto que las diversas partículas cósmicas ceden rayos gamma de energías variables, los astrónomos pueden, examinando el espectro de los rayos gamma recibidos, inferir qué fenómeno los produjo. Por ejemplo, los electrones que chocan con los fotones de baja energía de la luz estelar o pasan a través de nubes de gas ceden fotones por debajo de los 50 MeV.
La radiación de alta energía de los rayos gamma nos proporciona importante y nuevos datos sobre las estrellas, los púlsares o los agujeros negros en los que tienen lugar los procesos energéticos que pueden emitirla. Los rayos gamma proceden de núcleos atómicos o de la aniquilación positrón-electrón y son, por ello, independientes del estado químico de la materia. Proporcionan otra serie más de "huellas dactilares" detalladas que pueden ayudarnos a identificar los complejos procesos físicos que rodean a esos objetos cósmicos compactos y exóticos.
Como ya lo mencionamos anteriormente, la primera detección de una explosión de rayos gamma ocurrió en el año 1967, pero ese suceso no fue dado a conocer públicamente hasta el año 1973. El atraso para la entrega al público de esa información se debió a razones políticas. La detección fue registrada por satélites espías que rastreaban el cumplimiento del Tratado de Prohibición de Pruebas Nucleares por parte de los países signatarios. Pero los estudios que se realizaron de los registros de las explosiones detectadas de rayos gamma señalaron que ellas provenían de lugares fuera de la vecindad de la Tierra, de algún lugar lejano del espacio exterior. Hasta 1972, los satélites espías registraron 16 explosiones, todas ellas confirmadas con evidencias duras, pero sin explicaciones razonables para que ellas ocurrieran. Ahora, treinta y dos años después, y habiéndose registrado miles de explosiones, lo científicos todavía no han logrado encontrar una explicación satisfactoria para los extraños sucesos celestiales que llamamos explosiones de rayos gamma.
Al menos dos cuestiones clave en la astronomía de los rayos gamma permanecen aún sin responder. Una de ellas es el origen de los enigmáticos estallidos de radiación. Muchos físicos y astrónomos consideran que esas explosiones de rayos gamma, que casi día a día detectamos en lo alto de nuestro cielo, proceden desde nuestra propia galaxia, probablemente desde una extensa aureola que se extiende más allá de la parte visible de la Vía Láctea. Otros argumentan que las explosiones se generan en las profundidades del cosmos, en galaxias distantes esparcidas a lo largo del universo. El problema para determinar el origen de las explosiones en el cielo de rayos cósmicos está en las dificultades para que se reitere un mismo lugar de observación de fenómenos explosivos de radiaciones gamma, ya que las explosiones que son observadas en un lugar, normalmente, no se vuelven a detectar en la misma parte y ello sólo permite estimar la posible fuente de la explosión. Cuando los astrónomos rastrean el área donde se detectó la explosión de rayos gamma, posiblemente encuentran varios potenciales candidatos, pero ninguno entrega indicios duros de que pueda ser el actor real. Muchos científicos piensan que la imposibilidad de ubicar la fuente de las explosiones de rayos gamma radica en el hecho de que ellas probablemente fueron destruidas en los instantes de la primera explosión. Otra idea que circula entre físicos teóricos, astrónomos y astrofísicos es de que el origen de las explosiones de rayos gamma sería la fusión de dos estrellas de neutrones, lo que implicaría que no existirían razones para que se produjeran segundos sucesos semejantes; también se podría dar el caso que un agujero negro atrajera abruptamente a una estrella de neutrones, lo que solamente debiera generar una sola y titánica explosión. No cabe duda que el descubrimiento de explosiones múltiples de rayos gamma ha agregado combustible al calor de las discusiones con respecto a cuál sería el origen.
El segundo tema apremiante es el significado de los destellos de ráfagas gamma de fondo. Puesto que esta difusa radiación gamma fluye desde todas direcciones, los astrónomos suponen que se halla asociada con los rayos cósmicos que también bombardean la Tierra desde todas partes del cielo. Para algunos científicos, pues, la investigación de las radiaciones gamma representa el principal medio de rastrear lo que se ha llamado el Santo Grial de la astrofísica: el origen de los rayos cósmicos.
Hasta ahora, la mejor explicación que se tiene sobre el origen de los rayos cósmicos es que el mismo proceso cataclísmico o altamente energético que produce los rayos gamma produce también los rayos cósmicos. Las supernovas son fuentes probables, como lo son los púlsares y las estrellas binarias de rayos X. Según el escenario de las supernovas, las ondas de choque de una estrella que hace explosión pueden chocar contra las partículas cargadas que flotan en el espacio como parte de la materia interestelar normal. Las ondas bombean energía a las partículas y las envían a través del espacio. Los púlsares pueden arrojar partículas lejos de ellos gracias a sus campos magnéticos que giran con rapidez, y las binarias de rayos X pueden lanzar partículas como parte del proceso de acreción. Una excitante evidencia que apoya esta última hipótesis nos ha llegado a través de los detectores Cherenkov, que han registrado radiaciones gamma secundarias aparentemente relacionadas con las partículas cósmicas procedentes de los sistemas binarios Cygnus X-3 y Hércules X-l, entre otros. En resumen, se puede escribir que la caza del grial cósmico recién todavía se encuentra en sus primeras etapas.
A lo menos una vez al día, el cielo en su parte alta, es iluminado por un gran destello producido por grandes explosiones de rayos gamma. A menudo, esos destellos alcanzan magnitudes superiores a las que pueden ser generadas por todo un conjunto de otros rayos cósmicos y desaparecen posteriormente sin dejar más rastro. Nadie puede predecir cuando volverá a ocurrir la próxima explosión o de que dirección del cielo procederá. Hasta ahora, no contamos con evidencias duras como para asegurar cuáles podrían ser las fuentes precisas de donde provienen esos rayos gamma que observamos en lo alto del cielo, las razones que ocasionan los grandes destellos y la distancia en la cual ocurre el fenómeno.
Aparentemente, la naturaleza de la mayoría de las grandes explosiones de rayos gamma ocurre dentro de la población normal de las galaxias que se encuentran cohabitando en el universo, lo que implicaría que el porcentaje mayoritario de explosiones detectadas se habrían generado fuera de la Vía Láctea y que solamente una vez en un millón se producirían dentro de la galaxia.
La magnitud de la energía que se libera en las explosiones de rayos gamma es monumental, puede permanecer desde una fracción a unos cientos de segundos, y equivale a toda le energía que ha liberado el Sol durante los 10.000 millones de años de su existencia. A esa conclusión llegaron un grupo de astrónomos del STSCI, de Baltimore, liderados por Kailash Sahu. Para ello, estudiaron las imágenes que captó el Telescopio Espacial Hubble; primero, las que correspondían a una explosión que se registró el 28 de febrero de 1997 y, segundo, las que fueron tomadas posteriormente el 26 de marzo y 7 de abril del mismo año, sobre el mismo suceso. La primera imagen destaca a una increíble explosión. La segunda toma de imágenes muestran a un extraño objeto semejante a una galaxia como factible generador de la explosión y que ésta se habría realizado bastante lejos del centro de la posible galaxia, lo que estaría descartando a los masivos agujeros negros moradores de la mayoría de los núcleos galácticos, como causantes de esas brutales explosiones.
Pero la seguidilla de captaciones de explosiones de rayos gamma e incrementos de incógnitas han continuado. Una monstruosa explosión captada el 8 de mayo de 1997, por las cámaras de un nuevo espectrógrafo empotrado en el HST, y un seguimiento del suceso hasta el 2 de junio del mismo año, ha demostrado que las explosiones de rayos gamma siguen sin tener autores. Las imágenes muestran la terrible explosión, pero ningún objeto causante de ella, ni siquiera una galaxia se ha podido encontrar cerca del suceso. Esto viene a aumentar la perplejidad sobre la fuente de estas explosiones enigmáticas, ya que tal como señalamos anteriormente, el Hubble captó otra explosión de rayos gamma donde se podía identificar a una posible galaxia como fuente de los "cataclismos cósmicos de radiación gamma", por lo menos, así lo sugieren los estudios que se han realizado sobre el espectro Keck captado.
Señalé en este trabajo que el más grande generador de rayos gamma es el universo con una multiplicidad de medios para hacerlo. En consecuencia, la búsqueda de objetos estelares productores de ellos va a ser una tarea titánica. Pienso que esas brutales explosiones de rayos gamma que hemos relatado, posiblemente obedecen a tremendos choques entre estrellas de neutrones o a la abrupta engullición de una de esas estrellas por parte de un agujero negro.
En los últimos tiempos, las nuevas tecnologías que se están usando en la exploración del espacio nos han permitido detectar explosiones de rayos gamma que anteriormente no las habíamos observado. Cuatro grandes explosiones sucesivas, en grupo de dos, de rayos gamma se han podido distinguir en el espacio con duraciones de hasta 23 minutos y captadas en un mismo punto del cielo; mientras que lo habitual era detectar explosiones diarias de unos 10 a 30 segundos de duración, y cuya orientación indicaban una procedencia desde el cosmos disímil para cada una de ellas. Esto es obvio que tiene que parecer inusitado, ya que de observaciones de explosiones de rayos gamma de cortísima duración y de captaciones distribuidas arbitrariamente, ahora se han podido distinguir explosiones de una mayor duración y proviniendo, aparentemente, desde una misma parte del espacio.
Discontinuidades que detecta, defectos superficiales como: poros, grietas, rechupes, traslapes, costuras, laminaciones, etc.
Materiales: Sólidos metálicos y no metálicos
VENTAJAS
o Muy económico
o Inspección a simple vista
o No se destruye la pieza
o Se obtiene resultados inmediatos.
DESVENTAJAS
o Solo detecta fallas superficiales
o Difícil establecimiento de patrones
o La superficie a inspeccionar debe estar limpia y sin recubrimientos
o No se puede inspeccionar materiales demasiado porosos
PRINCIPIOS FÍSICOS
o Capilaridad: Es la acción que origina que un liquido ascienda o descienda a través de los llamados tubos capilares.
o Cohesión: Es la fuerza que mantiene a las moléculas de un cuerpo a distancias cercanas unas de las otras.
o Adherencia: Es la fuerza de atracción entre moléculas de sustancias diferentes.
o Viscosidad: Es la resistencia al deslizamiento de una capa de un fluido sobre otra capa.
o Tensión superficial: Es la fuerza no compensada que ejerce la superficie del liquido debido a la tensión no compensada de las moléculas subsuperficiales sobre la membrana superior.
Características de los líquidos penetrantes
El liquido penetrante tiene la propiedad de penetrar en cualquier abertura u orificio en la superficie del material. El penetrante ideal debe reunir lo siguiente:
· Habilidad para penetrar orificios y aberturas muy pequeñas y estrechas.
· Habilidad de permanecer en aberturas amplias.
· Habilidad de mantener color o la fluorescencia.
· Habilidad de extenderse en capas muy finas.
· Resistencia a la evaporación.
· De fácil remoción de la superficie.
· De difícil eliminación una vez dentro de la discontinuidad.
· De fácil absorción de la discontinuidad.
· Atoxico.
· Inoloro.
· No corrosivo.
· Antiinflamable.
· Estable bajo condiciones de almacenamiento.
· Costo razonable.
Propiedad física
Penetrante
Revelador
Capilaridad
Alta
Baja
Tensión superficial
Baja
Alta
Adherencia
Baja
Alta
Cohesión
Baja
Alta
Viscosidad
Baja
Alta
Partículas
Pequeñas
Grandes
· Tensión superficial: Es una de las propiedades mas importantes. Se requiere una tensión superficial baja para obtener buenas propiedades de penetración y mojado
· Poder humectante: El penetrador debe ser capaz de mojar completamente la superficie del material y es una de las propiedades mas importantes. Esto se refiere al ángulo de contacto del líquido con la superficie, el cual debe ser lo mas bajo posible.
· Viscosidad: Esta propiedad no produce efecto alguno en la habilidad del liquido para penetrar, aunque afecta la velocidad de penetración. Los penetrantes de alta viscosidad penetran lentamente, en tanto que los de baja viscosidades escurren muy rápido y tiene la tendencia a no ser retenidos en los defectos de poca profundidad; por lo tanto se recomienda una viscosidad media.
· Volatilidad: Los líquidos penetrantes no deben ser volátiles. Si existe una evaporación excesiva se los productos del penetrante, se verá afectada la sensibilidad de todo el proceso, debido tanto al desequilibrio de la formula, como a la perdida del poder humectante.
· Gravedad especifica o densidad relativa: No juega un papel directo sobre el comportamiento de un penetrante dado; sin embargo, con densidades bajas se facilita el transporte de materiales extraños que tenderán a sedimentar en el fondo cuando se usan tanques abiertos. La mayoría de los líquidos penetrantes tienen densidades relativas que varían entre 0.86 y 1.06 a 16°C, por lo general la densidad es menor a 1.
· Punto de inflamación: Como medida de seguridad practica los líquidos penetrantes deberán poseer un punto de inflamación elevado con el fin de reducir los peligros de incendio. Generalmente el punto de inflamación es mayor de 95 °C y en recipientes abiertos no debe ser menor de 65 °C.
· Inactividad química: Los productos usados en la formulación de los líquidos penetrantes deben se inertes y no corrosivos con respecto a los materiales a ser ensayados y a los recipientes que los contienen.
· Capacidad de disolución: El penetrante debe tener una elevada capacidad para contener grandes concentraciones de pigmentos coloreados o fluorescentes usados y mantenerlos en solución.
Método de aplicación de los líquidos penetrantes en Pruebas No Destructivas
Se aplica el liquido penetrante a la superficie de la pieza a ser examinada, permitiendo que penetre en las aberturas del material, después de lo cual el exceso del liquido es removido. Se aplica entonces el revelador, el cual es humedecido o afectado por el penetrante atrapado en las discontinuidades de esta manera se incrementa la evidencia de las discontinuidades, tal que puedan ser vistas ya sea directamente o por medio de una lámpara o luz negra.
Tipo I = Penetrante fluorescente
Tipo II = Tintas permanentes o visibles
Proceso A = Penetrante lavable en agua
Proceso B = Penetrante postemulsificado
Proceso C = Penetrante removido con solvente
Revelador seco: Grano fino se aplica por espolvoreado, rociado o sumergido.
Revelador no acuoso: Es una suspensión absorbente, aplicado por rocío
Revelador húmedo: Es una suspensión absorbente de polvo en agua, se aplica por inmersión.
Portátil ( atomizador )
Estacionario ( inmersión )
Simple vista Spoteheck (portátil)
Luz negra Syglo (estacionario)
Portátil
Estacionario
Liquido penetrante
Rojo
Verde (fluorescente)
Removedor
Incoloro
Incoloro
Revelador
Blanco
Blanco
Limpiar cuidadosamente la superficie a inspeccionar de pintura, aceite, grasa y otros contaminantes. Será necesario eliminar los restos de óxidos, pinturas, grasas, aceites, taladrinas, carbonilas, etc. Y esto se hace por métodos químicos, ya que los mecánicos, están prohibidos por la posibilidad que tiene su aplicación de tapar defectos existentes.
Se pueden usar todos aquellos procesos que dejen a la superficie limpia y seca; que no dañen al espécimen y que no empleen productos que sean incompatibles con los componentes.
Soluciones detergentes en caliente por inmersión, desengrase en fase de vapor o desengrase mediante disolvente, son los principales métodos para eliminar grasas y aceites. Los óxidos y las carbonillas térmicas se eliminaran con desoxidantes alcalinos o ácidos y a veces, principalmente en superficies rectificadas se hace un ataque ácido a fondo que abre las grietas durante la operación. Las pinturas se eliminan con productos cáusticos en caliente o basados en ellos.
Los penetrantes se aplican por inmersión, rociado con un cepillo o brocha, vertiendo el liquido sobre la pieza o cualquier otro método, vertiendo el liquido sobre la pieza o cualquier otro método que cubra la zona que se inspecciona.
Será necesario obtener una película fina uniforme en toda la superficie y se deberá esperar un tiempo llamado tiempo de penetración para que el liquido penetre en grietas. Este tiempo oscila entre los 5 y 15 minutos dependiendo del material y la clase de grietas.
Se debe retirar la capa superficial del penetrante de forma que lo único que permanezca sea el que se hubiera alojado en las discontinuidades.
Se entiende por exceso de penetrante todo liquido que no se ha introducido en los defectos y que permanece sobrante sobre la superficie de la pieza a inspeccionar..
Esta etapa es critica y de su correcta realización dependerá el resultado final de la inspección, ya que es necesario eliminar y limpiar el exceso de penetrante de tal modo que no extraigamos el penetrante introducido en los defectos. Si no se ha eliminado perfectamente el liquido penetrante, en la inspección final aparecerán manchas de penetrante produciendo indicaciones falsas e incluso, el enmascaramiento de las grietas. Para saber si hemos eliminado bien el exceso de penetrante es necesario hacer una inspección visual. Es aconsejable quitar en primer lugar la mayor parte del penetrante con trapos o papel absorbente y después eliminar el resto utilizando trapos o papel ligeramente impregnados en disolvente.
Aplicar el revelador y dejarlo actuar.
El revelado es la operación que hace visible al ojo humano la posición del defecto. El revelador es básicamente un producto en polvo de compuestos químicos blancos, inertes y con una granulometría tal que dispone de un gran poder de absorción. Una vez aplicado el revelador, hay que esperar un tiempo para que absorba el penetrante, este tiempo oscila entre 5 y 15 minutos.
Durante la preparación de las piezas para la inspección es necesario secarlas después de la aplicación del revelador húmedo o eliminar el remanente antes del uso del polvo revelador seco.
Una vez transcurrido el tiempo de revelado, se procede a la inspección de los posibles defectos de las piezas procesadas.
El tiempo de revelado depende del tipo de penetración, del revelador y del defecto, pero deberá permitirse tiempo suficiente para que se formen las indicaciones. La inspección se realiza antes de que el penetrante comience a exudar sobre el revelador hasta el punto de ocasionar la perdida de definición.
El proceso de inspección se compone de tres etapas.
A. Inspección.
B. Interpretación.
C. Evaluación.
Una regla práctica es que el tiempo de revelado nunca debe ser menor a siete minutos.
o Indicaciones relevantes. Son las causadas por discontinuidades que están generalmente presentes en el diseño.
o Indicaciones falsas. Son el resultado de alguna forma de contaminación con penetrantes, estas indicaciones no pueden referirse a ningún tipo de discontinuidad.
PROCESO B: PENETRANTE FLUORESCENTE POST - EMULSIFICADO
RAYOS GAMMA.
La radiación gamma (γ) es un tipo de radiación electromagnética producida generalmente por elementos radioactivos o procesos subatómicos como la aniquilación de un par positrón-electrón. Este tipo de radiación de tal magnitud también es producida en fenómenos astrofísicos de gran violencia.
Debido a las altas energías que poseen, los rayos gamma constituyen un tipo de radiación ionizante capaz de penetrar en la materia más profundamente que la radiación alfa o beta. Dada su alta energía pueden causar grave daño al núcleo de las células, por lo que son usados para esterilizar equipos médicos y alimentos.
La energía de este tipo de radiación se mide en megaelectronvoltios (MeV). Un Mev corresponde a fotones gamma de longitudes de onda inferiores a 10 - 11 m o frecuencias superiores a 1019 Hz.
Los rayos gamma se producen en la desexcitación de un nucleón de un nivel excitado a otro de menor energía y en la desintegración de isótopos radiactivos. Los rayos gamma se diferencian de los rayos X en su origen, debido a que estos últimos se producen a nivel extranuclear, por fenómenos de frenado electrónico. Generalmente asociada con la energía nuclear y los reactores nucleares, la radiactividad se encuentra en nuestro entorno natural, desde los rayos cósmicos, que nos bombardean desde el sol y las galaxias de fuera de nuestro Sistema Solar, hasta algunos isótopos radiactivos que forman parte de nuestro entorno natural.
En general, los rayos gamma producidos en el espacio no llegan a la superficie de la Tierra, pues son absorbidos en la alta atmósfera. Para observar el universo en estas frecuencias, es necesario utilizar globos de gran altitud u observatorios espaciales. En ambos casos se utiliza el efecto Compton para detectar los rayos gamma. Estos rayos gamma se producen en fenómenos astrofísicos de alta energía como explosiones de supernovas o núcleos de galaxias activas. En astrofísica se denominan GRB (Gamma Ray Bursts) a fuentes de rayos gamma que duran unos segundos o unas pocas horas siendo sucedidos por un brillo decreciente de la fuente en rayos X durante algunos días. Ocurren en posiciones aleatorias del cielo y su origen permanece todavía bajo discusión científica. En todo caso parecen constituir los fenómenos más energéticos del Universo.
La excepción son los rayos gamma de energía por encima de unos miles de MeV (o sea, gigaelectronvoltios o GeV), que, al incidir en la atmósfera, producen miles de partículas (cascada atmosférica extensa) que, como viajan a velocidades más elevadas que la luz en el aire, generan radiación de Cherenkov. Esta radiación es detectada en la superficie de la Tierra mediante un tipo de telescopio llamado telescopio Cherenkov.
Cuando un rayo gamma pasa a través de la materia, la probabilidad de absorción en una capa fina es proporcional a la delgadez de dicha capa, lo que lleva a un decrecimiento exponencial de la intensidad.
Aquí, μ = n×σ es el coeficiente de absorción, medido en cm–1, n el número de átomos por cm3 en el material, σ el espectro de absorción en cm2 y d la delgadez del material en cm.
Pasando a través de la materia, la radiación gamma principalmente ioniza de tres formas: el efecto fotoeléctrico, el efecto Compton y la creación de pares.
Efecto Fotoeléctrico: Describe cuando un fotón gamma interactúa con un electrón atómico y le transfiere su energía, expulsando a dicho electrón del átomo. La energía cinética del fotoelectrón resultante es igual a la energía del fotón gamma incidente menos la energía de enlace del electrón. El efecto fotoeléctrico es el mecanismo de transferencia de energía dominante para rayos x y fotones de rayos gamma con energías por debajo de 50 keV (miles de electronvoltios), pero es menos importante a energías más elevadas.
Efecto Compton: Se refiere a la interacción donde un fotón gamma incidente hace ganar suficiente energía a un electrón atómico como para provocar su expulsión. Con la energía restante del fotón original se emite un nuevo fotón gamma de baja energía con una dirección de emisión diferente a la del fotón gamma incidente. La probabilidad del Efecto Compton decrece según la energía del fotón se incrementa. El Efecto Compton se considera que es el principal mecanismo de absorción de rayos gamma en el rango de energía intermedio entre 100 keV a 10 MeV (Megaelectronvoltio), un rango de energía que incluye la mayor parte de la radiación gamma presente en una explosión nuclear. El efecto Compton es relativamente independiente de número atómico del material absorbente.
Creación de pares: Debido a la interacción de la fuerza de Coulomb, en la vecindad del núcleo, la energía del fotón incidente se convierte espontáneamente en la masa de un par electrón-positrón. Un positrón es la antipartícula equivalente a un electrón; tiene la misma masa de un electrón, pero tiene una carga positiva de igual fuerza que la carga negativa de un electrón. La energía excedente del equivalente a la masa en reposo de las dos partículas (1,02 MeV) aparece como energía cinética del par y del núcleo. El positrón tiene una vida muy corta (sobre 10–8 segundos). Al final de su periodo, se combina con un electrón libre. Toda la masa de estas dos partículas se convierte entonces en dos fotones gamma de 0,51 MeV de energía cada uno.
Los electrones secundarios (o positrones) producidos en cualquier de estos tres procesos, frecuentemente tienen energía suficiente para producir muchas ionizaciones hasta el final del proceso.
La absorción exponencial descrita arriba se mantiene, estrictamente hablando, solo para un rayo estrecho de rayos gamma. Si un rayo más ancho de rayos gamma pasa a través de un fino bloque de hormigón, la dispersión en los lados reduce la absorción.
A menudo, los rayos gamma se presentan entre otras formas de radiación, como la alfa o la beta. Cuando un núcleo emite una partícula α o β, a veces el Producto de desintegración queda excitado pudiendo saltar a un nivel de energía inferior emitiendo un rayo gamma, de igual manera que un electrón atómico puede saltar a un nivel de energía inferior emitiendo luz visible o radiación ultravioleta.
Esquema de Descomposición de 60Co
Las posibles formas de radiación electromagnética son los rayos gamma, los rayos X, la luz visible y los rayos UV (UVA y UVB, siendo éstos últimos más energéticos). La única diferencia entre ellos es la frecuencia y por lo tanto, la energía de los fotones, siendo los rayos gamma los más energéticos. A continuación se muestra un ejemplo de producción de rayos gamma.
Primero 60Co se descompone en 60Ni excitado:
Entonces el 60Ni cae a su estado fundamental emitiendo dos rayos gamma seguidos uno del otro.
Los rayos gamma son de 1,17 MeV y 1,33 MeV respectivamente.
Otro ejemplo es la descomposición alfa de 241Am para producir 237Np. Esta descomposición alfa esta acompañada por una emisión gamma. Es algunos casos, esta emisión gamma es bastante simple (por ejemplo, 60Co/60Ni), mientras que en otros casos como con (241Am/237Np y 192Ir/192Pt), la emisión gamma es compleja, revelando que una serie de distintos niveles de energía nuclear pueden existir. El hecho de que un el espectro alfa puede tener una serie de diferentes picos con diferentes energías, refuerza la idea de que muchos niveles de energía nuclear son posibles.
Debido a que una descomposición beta esta acompañada de la emisión de un neutrino que a su vez, resta energía, el espectro beta no posee líneas definidas, sino que es un pico ancho. Por lo tanto, de una única descomposición beta no es posible determinar los diferentes niveles energéticos encontrados en el núcleo.
En óptica espectrópica, es bien conocido que una entidad que emite luz, también puede absorber luz de la misma longitud de onda (energía del fotón). Por ejemplo, un llama de sodio puede emitir luz amarilla y además, puede absorber luz amarilla de una lámpara de vapor de sodio. En el caso de los rayos gamma, se puede observar en la espectroscopia Mössbauer, donde se puede obtener una corrección para la energía perdida por el retroceso del núcleo y las condiciones exactas para la absorción de los rayos gamma a través de la resonancia.
Esto es similar a efecto Frank Condon visto en óptica espectroscópica.
Utilización
La potencia de los rayos gamma los hace útiles en la esterilización de equipamiento médico. Se suelen utilizar para matar bacterias e insectos en productos alimentarios tales como carne, setas, huevos y vegetales, con el fin de mantener su frescura.
Debido a la capacidad de penetrar en los tejidos, los rayos gamma o los rayos X tienen un amplio espectro de usos médicos, como la realización de tomografías y radioterapias. Sin embargo, como forma de radiación ionizante, tienen la habilidad de provocar cambios moleculares, pudiendo tener efectos cancerígenos si el ADN es afectado.
A pesar de las propiedades cancerígenas, los rayos gamma también se utilizan para el tratamiento de ciertos tipos de cáncer. En el procedimiento llamado cirugía gamma-knife, múltiples rayos concentrados de rayos gamma son dirigidos hacia células cancerosas. Los rayos son emitidos desde distintos ángulos para focalizar la radiación en el tumor a la vez que se minimiza el daño a los tejidos de alrededor.
Los rayos gamma también se utilizan en la medicina nuclear para realizar diagnósticos. Se utilizan muchos radioisótopos que emiten rayos gamma. Uno de ellos es el tecnecio-99m. Cuando se le administra a un paciente, una cámara gamma puede utilizar la radiación gamma emitida para obtener una imagen de la distribución del radioisótopo. Esta técnica se emplea en la diagnosis de un amplio espectro de enfermedades, por ejemplo, en la detección del cáncer de huesos.
Los detectores de rayos gamma se están empezando a utilizar en Pakistan como parte del Container Security Initiative (CSI). Estas máquinas, que cuestan unos 5 millones de dólares americanos, pueden escanear unos 30 contenedores por hora. El objetivo de esta técnica es el escaneo de los contenedores de mercancía que llegan vía marítima antes de que entren a los puertos de EE.UU.
1 comentario:
Excelente trabajo, su nota 10/10.
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