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Los Rayos X: Algo más que imágenes Javier Miranda Instituto de Física

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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 

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. 

3 4 

6  7 

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 

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 

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

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 

f g 

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