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

Serway A, Jewett JW. Física para ciencias e ingeniería , 7 ªed., caps. 42.2-42.5, 44.1, 44.5. CENGAGE Learning, 2009.

Tipler PA, Mosca G. Física para la ciencia y la tecnología , 5 ªed., cap. 36.1-36.6, Reverté, 2005.

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Young HD, Freedman RA, Ford L. Física universitaria Sears · Zemansky , 12 ªed., caps. 38.3-38.5, 41.1, 43.1, Pearson Addison-Wesley, 2009.

CUESTIONES DE AUTOEVALUACIÓN

1.Al considerar un átomo:

A) el radio de su núcleo es unas 1000 veces más pequeño

B) la masa del electrón es alrededor de 1800 veces menor que la del protón

C) neutrón y protón tienen masas absolutamente idénticas

D) la masa de un protón es solo ligeramente superior a la de un electrón

2.El electronvolt (eV) es una unidad de:

A) intensidad de corriente eléctrica

B) diferencia de potencial eléctrico

C) energía

D) kilovoltaje

3.Los núcleos :

A) corresponden a átomos neutros con la misma corteza electrónica

B) tienen el mismo número de nucleones

C) tienen el mismo número de neutrones

D) son isótopos

4.Dos núcleos isotopos se diferencian entre sí en:

A) su número de electrones

B) su número de neutrones

C) su número de protones

D) nada (lo que se diferencian son las cortezas electrónicas de los átomos neutros correspondientes)

5.Las fuerzas nucleares, responsables de la unión de protones y neutrones en el núcleo atómico:

A) son de la misma naturaleza que las electromagnéticas, pero mucho más intensas

B) son independientes de la carga eléctrica

C) se van debilitando progresivamente desde el núcleo hasta la corteza externa del átomo

D) se ejercen de modo que todos los nucleones del núcleo interactúan entre sí

2 RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA

Guía de estudio

Introducción

Propagación de la energía

- Fenómenos corpusculares y ondulatorios

Propiedades esenciales de las ondas

• Periodo, frecuencia y longitud de onda

- Ecuación fundamental

• Ecuación de propagación

Ondas electromagnéticas

• Doble naturaleza de la radiación

• El espectro electromagnético

- Regiones del espectro

Radiaciones biológicamente ionizantes

2.1 INTRODUCCIÓN

Es indudable la enorme utilidad de los rayos X en odontología, así como en otras parcelas de la biomedicina y la industria. Pero la profusión de su uso, con las consiguientes medidas de radioprotección asociadas, requiere el conocimiento de qué son y cómo se comportan. A ello se dedicará el siguiente capítulo 3.

En este punto conviene detenerse primero en observar que si los rayos X son capaces, tras atravesar una porción del organismo, de impresionar una placa radiográfica, fotográfica o digital, es porque transportan cierta cantidad de energía que provoca la respuesta del sensor. ¿Qué naturaleza tiene esta forma de propagación de la energía? Este capítulo se centra en aclararlo.

2.2 PROPAGACIÓN DE LA ENERGÍA

Fenómenos corpusculares y ondulatorios

En la física que gobierna el mundo que nos rodea sólo se conocen dos formas de propagación de la energía a distancia ( Fig. 2.1 ):

- con transporte de materia, de manera que la energía es propagada por algún tipo de cuerpo o partícula, en lo que se denominan "fenómenos corpusculares" ; por ejemplo, la piedra arrojada contra un cristal y que le transfiere su energía cinética para romperlo, y

- sin transporte de materia, de modo que es una vibración la que propaga la energía, en lo que se conocen como "fenómenos ondulatorios" que, cuando son mantenidos, constituyen las "ondas" ; un tren de ondas de corta duración es un pulso .

Figura 2.1 Mecanismos físicos de la propagación de energía a distancia.

En los fenómenos ondulatorios se presentan, a su vez, dos situaciones.

(a) Es necesaria la participación de la materia como soporte y es ella la que vibra, dando lugar a las "ondas materiales" o "elásticas" , porque es la elasticidad de la materia la responsable de la vibración. Es el caso de la onda transversal producida al sacudir el extremo de una cuerda sujeta por el otro, el de la ola en el mar o el del sonido.

(b) La materia no interviene en el transporte , más bien ‘molesta’ a su progresión y lo que vibra es la energía del espacio, en lo que se denominan por ello ‘ondas energéticas’, de entre las que las gravitacionales no resultan detectables a nivel práctico. Solo resultan de interés las "ondas electromagnéticas" (oem), que propagan la vibración concomitante de un campo eléctrico y de un campo magnético: la luz, las ondas de radio, las microondas y los rayos X son un ejemplo de ellas.

2.3 PROPIEDADES ESENCIALES DE LAS ONDAS

Una onda, constituida siempre por una vibración que se propaga, presenta el conjunto de propiedades fundamentales que se revisa seguidamente. Una "vibración" es la oscilación de una magnitud alrededor del valor de equilibrio, con una máxima oscilación o amplitud constante.

Un primer ejemplo aproximado y sencillo de onda al que estamos acostumbrados sería la “ola” que hacen los espectadores en un campo de fútbol, cuya ‘vibración’ van transmitiendo a sus vecinos ( Fig. 2.2 ): cada persona, considerada como un punto del espacio, se levanta eufórica y vuelve a sentarse ('vibra') y la ola 'avanza' porque cada persona, al reproducir el movimiento de la anterior, repite un instante después lo que hizo el espectador de su lado.

Figura 2.2 Hacer la ola. (Basada en Dan Russell ©2002)

En general, una "onda" se define como la propagación de las vibraciones de un punto del espacio, llamado "foco", a los puntos del espacio que le rodean, los cuales van reproduciendo fielmente, aunque a menor escala y con algo de retraso, las vibraciones del foco. Es la energía asociada a la vibración lo que transporta la onda.

Periodo, frecuencia y longitud de onda

Las magnitudes que caracterizan una onda son las siguientes.

"Periodo" T: tiempo que tarda en realizarse una vibración completa.

Su unidad en el SI es el segundo (s). Si se sigue el criterio de expresar la magnitud entre paréntesis como indicativo de su unidad: (T) SI= s

"Frecuencia" ν: número de vibraciones o ciclos completos en la unidad de tiempo.

Por tanto, al dividir la unidad, 1, por lo que dura un ciclo completo, T:

resultado al que es normal referirse diciendo simplemente que "la frecuencia es la inversa del periodo".