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Los Rayos X: Algo más que imágenes Javier Miranda
Instituto de Física
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Contenido
• ¿Qué son los rayos X? • ¿Cómo se producen los rayos X? • ¿Cómo se aplican los rayos X en la investigación científica?
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Características de una onda
Longitud de onda (λ)
Amplitud
Frecuencia f Velocidad de propagación c
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¿Qué son los rayos X?
Naturaleza Dual: Onda o par tícula
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Descubridor: Wilhelm Röntgen
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¿Cómo se producen los rayos X?
• Aceleración de partículas cargadas • Emisión de Rayos X característicos en un átomo
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Carga eléctrica en una trayectoria curva (Brehmsstrahlung)
Partícula cargada
Fotón de rayos X
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Radiación incidente
Electrones
Núcleo
Fotón
Emisión de rayos X característicos
Vacante
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Producción en un tubo de rayos X
Electrones Ánodo
Cátodo
Fotones de rayos X
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Detección de rayos X: película fotográfica
Fotones de rayos X
Cristales fotosensibles
Sustrato
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Detección de los rayos X
Alta tensión
Contacto de Au
Fotón de rayos X
Electrónica
Semiconductor
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Tomografía de Rayos X
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Microtomografía
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Detectores de rayos X en el espacio
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Rayos X en astronomía
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Difracción de rayos X
2d sen θ = mλ
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Difractómetro de rayos X
Tubo de rayos X
Muestra cristalina
Detector
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Sincrotrón
Laboratorio Europeo de Luz Sincrotrón
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Reconstrucción de moléculas de proteínas
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Espejos de rayos X
Multicapas metálicas
Rayos X
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Aplicaciones en Medicina
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Aplicaciones en Medicina
Imagen de arteria con esclerosis
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Espectroscopías de rayos X
Radiación primaria
Electrón
Fotón de Rayos X
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ESPECTROSCOPÍAS DE RAYOS X
Investigación interdisciplinaria
Arqueología Arqueología
Biología Biología
Medicina Medicina
Geología Geología
Ciencia de Materiales Ciencia de Materiales
Ciencias del ambiente
Ciencias del ambiente
Química de alimentos Química de alimentos
Historia Historia
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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
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XRF Comercial
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PC portátil:
Adquisición del espectro XRF y de la imagen de la
región analizada
Amplificador ADC/MCA
Fuente de poder del tubo de rayos X,
láseres y microcámara
Fuente de poder del tubo de rayos X,
láseres y microcámara
Sistema de XRF en brazo móvil
XRF portátil
Cortesía Dr. J.L. Ruvalcaba
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Códice Azoyú I
Códice De la Cruz Badiano s. XVI
Cortesía Dr. J.L. Ruvalcaba
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EPMA Comercial
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Acelerador Peletrón IFUNAM
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Colimador Ta
Ventana Mylar Para detector Ge (PIXE 2)
detector PIPS (RBS)
detector Si (PIXE 1)
detector PIPS (PESA)
Cámara de análisis
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Espectro de Rayos X
0 5 10 15 20 10 0
10 1
10 2
10 3
10 4
10 5
Sedimento Lacustre
Zr Sr
Rb
Pb As
Ga
Zn
Cu
Ni
Fe
Mn
Cr
Ti Ca
K
Ar
Núm
ero de Cuentas
Energía (keV)
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Haz externo PIXEPIGE
Cortesía Dr. J.L. Ruvalcaba
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33,34
42
0 1 2cm.
1
2
3 4
5
6 7
8
9
10 11
12
13
14
15
16
17 18
19
20
21 22
23 24
25
26
27 28
29 30
31 32
35
36 38
37,39
41 40
43
44
45
47
46
48 Cuerpo principal Sección A
Cascabeles Sección C
Plumas Sección B
Pendiente de Oro San Francisco Caxonos
Oaxaca, México. Postclásico tardío
~1500 D.C.
Cortesía Dr. J.L. Ruvalcaba
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0 10 20 30 40 50
10
20
30
40
50
60
70
80 Cascabel 2
Cascabel 1
Sección A Sección B Sección C
Cu
Ag
Au
Con
centración
(%)
Impacto
Resultados con PIXE
Cortesía Dr. J.L. Ruvalcaba
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200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
10 1
10 2
10 3
10 4
Intensidad (C
uentas)
Pb L
γ L
β L
α
Hg
K α
Zn
Fe
K α
K β L
γ L
β L
α
Cd Cd
K β
K α
Número de Canal
10 1
10 2
10 3
10 4
K β
K α
Zn
Fe
Co
K β
K α
K α
K α
Cd
Pb
L γ
L β
L α
Intensidad (C
uentas)
Cortesía Dr. J.L. Ruvalcaba
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Muestreo y análisis de aerosoles
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Partículas suspendidas, Zona Norte de la Ciudad de México
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
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Concentración (ng m 3 )
S Cl K Ca Ti V Cr Mn FeNi Cu Zn SePb
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Puré de Jitomate/Nacional
0
5
10
15
20
25
30
35
40
M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M9 M10 M11 M12 M13 NAT
Muestra
Concentración (mg/kg)
Ti
V
Cr
Fe
Cu
Zn
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Técnicas de análisis con rayos X: Sondas en Marte
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Microsonda de iones
a b c d
e
f g
h
i
j
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Haz de fibras superconductoras
Laboratorio Nacional de Los Alamos
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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