Francisco Dalmases Moncayo - Fundamentos físicos de la protección radiológica en odontología

Adicionalmente, la vibración en un punto cualquiera P del espacio alcanzado por la onda, a distancia 'x' del foco, debe ser, de acuerdo con el concepto de onda, reproducción fiel de la vibración focal, aunque a menor escala y con algo de retraso. Por ello la ecuación de vibración en P debe venir dada por:

con:

• k <1, puesto que 'y' debe ir haciéndose progresivamente menor al alejarse del foco, y

• t viaje= tiempo que tarda la vibración en llegar desde el foco hasta P: , donde 'c' es la velocidad de propagación de la vibración viajera, es decir, de la onda en el medio implicado.

Por consiguiente, si se denomina k A 0= A = amplitud de la onda en el punto considerado:

tal como ha sido indicado.

2.4 ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

Puesto que una carga eléctrica crea un campo eléctrico, si la carga vibra producirá un campo eléctrico vibrante. Como demuestra la teoría del electromagnetismo, esta vibración del campo eléctrico genera, a su vez y simultáneamente, un campo magnético perpendicular a él y también vibrante. Esta vibración del campo magnético a su vez da lugar a otro campo eléctrico perpendicular y vibrante; y así sucesivamente.

Una " onda electromagnética " es la propagación por el espacio de la vibración de un campo eléctrico y del campo magnético perpendicular asociado, que avanza en la tercera dirección perpendicular a y , tal como refleja la Fig. 2.7 . La flecha sobre el nombre de la magnitud indica su carácter vectorial, es decir, que está definida por su módulo, dirección y sentido.

Figura 2.7 Onda electromagnética.

Instaurada la onda electromagnética, las vibraciones de y tienen lugar en fase; es decir, los campos eléctricos y magnéticos pasan en el mismo instante por sus valores extremos, tal como se indica en la Fig. 2.7 .

La teoría del electromagnetismo también establece que, en general, cualquier acelerado o frenado de una carga eléctrica produce una onda electromagnética. De modo que, sea la vibración inicial de un electrón en un conductor, el frenado de un electrón al interaccionar con la materia, o bien el 'salto' de un electrón entre los niveles de energía de un átomo (aún con las reservas que en este último caso la mecánica cuántica obliga a realizar), actuarán como 'foco' de la vibración autopropagada que, con su consiguiente transporte energético, constituye la onda electromagnética.

La ecuación de propagación de las ondas electromagnéticas vendrá dada simultáneamente por:

que son las dos componentes, eléctrica y magnética, constitutivas de la onda.

Evidentemente, las ondas electromagnéticas son transversales, por cuanto que las vibraciones concomitantes del campo eléctrico y el campo magnético , aparte de perpendiculares entre sí, son también perpendiculares a la dirección de propagación de la onda. Puede demostrarse que las amplitudes de y están relacionadas por:

E o= c·B o

si 'c' es la velocidad de propagación de la onda en el medio.

Doble naturaleza de la radiación

Las ondas electromagnéticas, durante su propagación, son susceptibles de cualquiera de los fenómenos característicos de las ondas en general: reflexión, refracción, interferencia, difracción, difusión o dispersión y, como ondas transversales que son, también polarización, es decir, restricción de sus posibilidades de vibración transversal.

Sin embargo, al interaccionar con la materia, o más concretamente al producirse o generarse y al extinguirse o absorberse, las ondas electromagnéticas exhiben un sorprendente comportamiento corpuscular, al aparecer constituidas por paquetes individuales de energía pura: los "cuantos" , o fotones , sin masa en reposo. La energía de cada cuanto o fotón viene dada por:

E = hν

con h = constante universal de Planck = 6,62·10 -34Joule·s y ν = frecuencia de la onda.

Planck introdujo el concepto de cuantización de la energía electromagnética en 1900, siendo Einstein el que acuñó para el cuanto el término "fotón" en 1905, en su interpretación del efecto fotoeléctrico.

Como se anticipó en el apartado 1.2 y de acuerdo con la mecánica cuántica, mientras un electrón de la corteza del átomo se mantenga en un mismo nivel orbital de energía permitida, no emitirá o radiará energía alguna, es decir, aunque no esté en reposo mantendrá una energía constante. Sólo cuando el electrón 'salte' de un nivel a otro inferior, esto es, efectúe una transición cuántica entre los dos niveles pero sin pasar por ninguno de los intermedios, emitirá radiación electromagnética. Pero no se puede generar cualquier valor de energía, sino el valor concreto que corresponde a la diferencia de energía entre los dos niveles implicados en el salto, el cual es emitido en forma de fotón:

E fotón= hν = E inicial– E final

tal como ilustra la Fig. 2.8 . El resultado fue conocido como 'postulado de la frecuencia de Bohr', puesto que en su momento enlazó dos ideas nuevas, las hipótesis del fotón y de cuantización de la energía atómica, con el principio general de conservación de la energía.

Figura 2.8 Fotón emitido en la transición de un electrón cortical desde un nivel de energía E 2a otro más interno de energía E 1.

De igual modo, la emisión de energía radiada por una carga eléctrica que vibra, o en general acelera o frena, no corresponde a una gama continua, sino que se genera a través de tales paquetes elementales o cuantos de energía, como son los fotones.