Rayos X

Los rayos X, llamados así por su descubridor Roentgen debido a que entonces su naturaliza era desconocida, son radiaciones en el espectro electromagnético de longitudes de onda algo menores que 1.0 Ä. Muestran el comportamiento típico de una onda transversal, como polarización, interferencia y difracción que se encuentran en la luz y en todas las otras radiaciones electromagnéticas. Los rayos Xse producen en el blanco de un tubo de rayos X, cuando un haz de electrones de alta energía, acelerados a través de una diferencia de potencial de miles de volts se frenan al chocar con el blanco. Según la física clásica la desaceleración de los electrones hasta alcanzar el punto de reposo en el material blanco resulta en la emisión de un espectro continuo de la radiación electromagnética.
En lagrafica se muestra, para cuatro valores distintos de la energía del electrón incidente como se distribuyen en la longitud de onda de los rayos X emitidos desde el blanco de tugsteno. La característica más notable de estas curvas es que para una energía determinada del electrón existe una longitud de onda mínima bien “Lmin”; por ejemplo para electrones de 40 keV, “Lmine” es 0.0311 Ä. No obstanteque la forma de la distribución del espectro continuo de rayos X depende ligeramente del material escogido así como del potencial V que acelera los electrones, el valor de “Lmin” depende solo de V y es el mismo para todos los materiales blancos. La teoría electromagnética clásica no puede dar cuenta de este hecho ya que no existe razón por la cual ondas cuya longitud de onda es menor que ciertovalor crítico no deban salir del blanco.
Sin embargo, existe una explicación si se considera a los rayos X como fotones. En la otra gráfica se muestra el proceso elemental que desde el punto de vista del fotón, es responsable del espectro continuo de rayos X. Un electrón de energía cinética inicial K es desacelerado durante una colisión con un núcleo pesado, la energía que éste pierde aparece enforma de radiación como un fotón de rayos X. El electrón interactúa con el núcleo cargado mediante el campo de Coulomb y transfiere impulso al núcleo. La desaceleración del electrón produce la emisión del fotón. El núcleo blanco es tan masivo, que la energía que adquiere durante la colisión se puede ignorar sin problema. Si K´es la energía cinética del electrón después del choque, la energía del fotónes entonces.
Hv= K-K´
Y la longitud de onda para el fotón es
Hc/L(lamda) = K – K´
Los electrones del haz incidente pueden perder diferentes cantidades de energía en las colisiones y un determinado electrón podrá alcanzar el punto de reposo solamente después de muchas de ellas. Entonces los rayos X producidos por muchos electrones son los que constituyen el espectro continuo. Y son muchos loselectrones discretos cuyas longitudes de onda varían desde L(lamda)min hasta L(lamda)  (infinito), correspondiendo a las diferentes pérdidas de energía en los choques individuales. El fotón de longitud de onda más corta debería emitirse cuando un electro pierde toda su energía cinética en un proceso de desaceleración entonces K´=0 de modo que K = hc / L(lamda) min. Ya que K es igual a eV laenergía adquirida por el electrón al acelerarse mediante la diferencia de potencial V aplicada al tubo de rayos X, se tiene,
eV = hc/L(lamda)min
L(lambda)min = hc/eV
Entonces el mínimo de la longitud de onda de corte representa la conversión completa de la energía cinética del electrón en radiación X. La ecuación muestra claramente que h0 entonces L(lamda) min  0, la cual es la predicción de lateoría clásica. Esto muestra que la existencia de una longitud de onda mínima es un fenómeno cuántico.
Al espectro continuo de radiación X se le llama frecuentemente bromstrahlung, del alemán bremss (frenar, desacelerar) más strahlung (radiación). El proceso de bremsstrahlug ocurre no solamente en tubos de rayos X sino en cualquier parte en que los electrones choquen con la materia. El proceso de...