ELEMENTOS
BÁSICOS DE LA FÍSICA NUCLEAR
Es
una pequeña región central del átomo donde se encuentran distribuidos los
neutrones y protones, partículas fundamentales del núcleo, que reciben el
nombre de nucleones.
ENERGÍA DE ENLACE
NUCLEAR
Para
explicar la naturaleza de las fuerzas nucleares que mantienen unidas
a las partículas dentro de los núcleos, es necesario analizar sus propiedades.
En general, un núcleo tiene una masa y está cargado
eléctricamente. Además, tiene un tamaño que se puede medir por su
radio. Los nucleones se mueven bajo la acción de sus interacciones mutuas y la
intensidad de sus interacciones se puede medir por su energía de
enlace o energía de ligadura nuclear.
ΔE
= Δm · c2
Donde
le llamado “defecto de masa” (Δm ) es igual a la masa de los nucleones
menos la masa del núcleo.
La energía de enlace nuclear, se
define como la energía necesaria para separar los nucleones de un núcleo, o
bien como la energía que se libera cuando se unen los nucleones para formar el
núcleo.
El
origen de la energía de ligadura o de enlace nuclear reside en la desaparición
de una parte de la masa de los nucleones que se combinan para formar el núcleo.
Esta diferencia de masa recibe el nombre de defecto másico, y se transforma en
energía cuyo cálculo se puede realizar por la ecuación de Einstein, E=m.c2
Si
a la suma de las masas de los nucleones y electrones de un átomo le restamos la
masa medida experimentalmente a través del espectrógrafo de masas, obtenemos el
defecto másico, y podemos calcular la energía total de enlace. La energía de
enlace o de ligadura será equivalente a la energía liberada en la formación de
un núcleo.
La
u.m.a. se define como la doceava parte de la masa del átomo 6C12y 1
u.m.a.=1'66.10-27Kg, por lo que sustituyendo en la ecuación de Einstein,
E=m.c2, E = 931.5 MeV, es decir, 1 u.m.a. libera 931'5 MeV. Por tanto, la
energía liberada (B) en la formación de un núcleo será:
B = defecto másico × 931 MeV.
Ahora
bien, es más interesante calcular la energía de enlace por nucleón, y representarla
frente al número másico A. La energía de enlace por nucleón se obtiene
dividiendo la energía de enlace del núcleo por sus A nucleones, y es la energía
necesaria para extraer del núcleo una de sus partículas constituyentes.
Si
bien en los núcleos livianos se observa un aumento abrupto de la energía de
enlace por nucleón frente al número másico A, a partir de A=10, la energía de
enlace por nucleón es prácticamente constante.
El
máximo corresponde a núcleos semipesados con A=62 (Fe, Co, Ni), donde las
fuerzas de atracción serán máximas. El decrecimiento de la energía para A>60
se debe a la repulsión culombiana entre los protones cuyo número va aumentando
y reduce por tanto la estabilidad de los núcleos. En los núcleos ligeros, cada
nucleón es atraído por pocos nucleones, lo que también reduce su estabilidad.
A
mayor energía de enlace nuclear más estable será el núcleo.
CONSTITUCIÓN DEL
ÁTOMO Y MODELOS ATOMICOS
Partículas
fundamentales
•
Las partículas fundamentales son el electrón, el protón y el neutrón, ya que
son necesarias y suficientes para construir un modelo atómico aceptable y
satisfactorio.
–
Electrón : » Masa muy pequeña, depreciable respecto a la de las otras
partículas. » Carga eléctrica negativa.
–
Protón: » Masa muy grande, unas dos mil veces la del electrón. » Carga
eléctrica positiva de igual valor que la del electrón.
–
Neutrón: » Masa muy grande, similar a la del protón. » No tiene carga
eléctrica.
Primeros
modelos atómicos Dalton y Thomson
•
Dalton:
– Los elementos están formados por
partículas discretas, diminutas, e indivisibles llamadas átomos.
– Los átomos de un mismo elemento
son todos iguales entre sí en masa, tamaño y en cualquier otra propiedad.
– Los compuestos químicos están formados por
moléculas, todas iguales entre sí. Es decir, las moléculas se forman por la
unión de varios átomos.
– En las reacciones químicas, los
átomos ni se crean ni se destruyen, sólo cambia la manera en que están unidos.
Las reacciones químicas son pues una redistribución de los átomos.
• Thomson:
– El átomo está compuesto por electrones de
carga negativa en un átomo positivo, como pasas en un budín.
Modelo
atómico de Rutherford
El átomo está constituido por Núcleo, donde se encuentran los protones. Corteza, donde orbitan los electrones. Debilidades del modelo:
– No se incluyen los neutrones en
el modelo (aún no se habían descubierto), No obstante, Rutherford predice su
existencia.
– El electrón que gira alrededor
del núcleo no es estable, pues una carga acelerada emite radiación, con lo que
perdería energía y acabaría cayendo al núcleo.
– Hay continuidad en el átomo, es decir, el
electrón puede estar en cualquier sitio, alrededor del núcleo, lo cual está en
contradicción con algunas propiedades atómicas.
Modelo
atómico de Bohr
• Postulados:
– El átomo está constituido por el
núcleo, donde se encuentra los protones y neutrones, y alrededor, en la
corteza, giran los electrones en órbitas circulares.
– Sólo son posibles algunas órbitas, llamadas
estacionarias.
– El electrón puede saltar de unas
órbitas a otras, emitiendo o absorbiendo la correspondiente energía en forma de
radiación.
• Configuración electrónica:
– Nos dice cómo se distribuyen los
electrones en las diferentes capas y niveles del átomo.
Constitución
del átomo •
La notación utilizada para representar a los
átomos es:
– X: Símbolo del elemento químico.
– Z: Número atómico. » Es el número
de protones que hay en el núcleo. » Si el átomo es neutro, también es el número
de electrones.
– A: Número másico. » Es el número
de partículas pesadas que hay en el núcleo. » Se obtiene sumando el número de
protones y de neutrones.
• Los iones se producen por pérdida
o ganancia de electrones por el átomo.
• Los átomos de un elemento se
caracterizan por tener el mismo número atómico.
• Isótopos: son los diferentes
tipos de átomos de un mismo elemento. Tienen el mismo número atómico, pero
diferente número másico, es decir, se diferencian en el número de neutrones.
RADIACIÓN Y
RADIOBIOLOGÍA
RADIACIÓN:
La radiación es la emisión, propagación y transferencia de energía en
cualquier medio en forma de ondas electromagnéticas o partículas.
Una
onda electromagnética es una forma de transportar energía (por ejemplo, el
calor que transmite la luz del sol).
Clasificación de las
radiaciones electromagnéticas
Las
ondas o radiaciones electromagnéticas se pueden clasificar en:
Radiación
no ionizante: No tienen la suficiente energía como para romper los enlaces
que unen los átomos del medio que irradian (ondas de radio y TV, microondas,
luz visible, etc.).
Radiación
ionizante: Tienen suficiente energía como para producir ionizaciones de
los átomos del medio o materia que es irradiado. Van desde los rayos X hasta la
radiación cósmica.
Clasificación de las
radiaciones ionizantes
La
radiactividad es un fenómeno físico por el cual algunos cuerpos o elementos
químicos, llamados radiactivos, emiten radiaciones que tienen la propiedad de
impresionar placas fotográficas, ionizar gases, producir fluorescencia, etc.
Es
uno de los grandes descubrimientos del hombre contemporáneo y, a la par que se
fueron conociendo sus efectos, también se descubrieron aplicaciones de gran
utilidad, ya que las sustancias radiactivas o los instrumentos emisores de
radiaciones ionizantes resultan insustituibles en medicina, agricultura,
industria, ciencias de la tierra, biología y otras muchas ramas.
La
emisión de radiaciones ionizantes es una característica común a muchos átomos
en cuyo núcleo el número de neutrones resulta escaso o excesivo, lo que les
hace inestables (radiactivos), por lo que sus ligaduras nucleares se
transforman buscando configuraciones más estables, a la vez que se libera
energía, asociada a la radiación emitida.
Tipos de radiaciones
Según su interacción
con la materia:
Alfa: Con
capacidad limitada de penetración en la materia pero mucha intensidad
energética.
Beta:
Algo más penetrantes pero menos intensas que las radiaciones alfa.
Gamma: Es
la radiación más penetrante de todas.
Origen de las
radiaciones
Las
personas están expuestas continuamente a radiaciones ionizantes. De estas
radiaciones, unas proceden de la propia naturaleza, sin que el hombre haya
intervenido en su producción y otras están originadas por acciones ocasionadas
por el hombre.
Causas naturales
Constituyen
el fondo radiactivo natural que puede provenir de tres causas:
Espacio
exterior (radiación cósmica): Llegan a la Tierra cada segundo (protones (86%) y
partículas alfa (12%)). Puesto que la atmósfera absorbe parcialmente las
radiaciones, el fondo natural debido a esta causa varía con la altitud, de tal
modo que es menor a nivel del mar que en lo alto de una montaña. Para el
promedio mundial, la radiación cósmica supone un 10% de la dosis.
Corteza
terrestre: Supone un 14% de la dosis promedio mundial.
Organismo
humano: Principalmente isótopos de carbono y potasio, contribuyen
aproximadamente el 52% de la dosis promedio mundial.
Como
promedio, la dosis procedente del fondo natural que recibe una persona en
España es del orden de 2,4 mSv/año.
Causas artificiales
Se
deben a la exposición a diversas fuentes de origen no natural, como son:
exploraciones radiológicas con fines médicos (fuente mayoritaria, dan lugar a
unas dosis sobre la población semejantes a la radiación cósmica), viajes en
avión (en este caso, la mayor dosis de radiación cósmica que se recibe son el
vuelos a gran altura), etc.
Factores de los que
depende recibir más o menos dosis de radiación
Las
dosis de radiación recibida por un individuo al permanecer en las proximidades
de una fuente de radiación, depende de tres factores:
Distancia entre
la fuente de radiación y el individuo: la dosis recibida disminuye
proporcionalmente según aumente la distancia entre fuente e individuo.
Tiempo de
permanencia: la dosis recibida aumenta a mayor tiempo de exposición a la
radiación.
Blindaje interpuesto
entre la fuente de radiación y el individuo: El blindaje reduce la exposición a
las radiaciones ionizantes en las personas
RADIOBIOLOGÍA
La radiobiología es
la ciencia que estudia los efectos que se producen en los seres
vivos tras la exposición a energía procedente de las radiaciones
ionizantes.
Dos
grandes razones que han impulsado la investigación de los efectos biológicos de
las radiaciones ionizantes sobre la materia viva son la protección
radiológica, para poder utilizarlas de forma segura en aplicaciones
médicas o industriales que las requieran, y la radioterapia donde las
radiaciones ionizantes se utilizan principalmente para el tratamiento de
neoplasias buscando preservar al máximo los órganos críticos
Características de los efectos biológicos de
las radiaciones ionizantes
Un fotón o partícula puede
alcanzar a una célula o a otra, dañarla o no y, de dañarla,puede
afectarla en el núcleo o en el citoplasma.
Desde el punto de vista biológico
Vale aclarar que tales efectos
solo se han verificado en insectos y ratones y no en seres humanos, por
ahora.
Etapas de la acción biológica de
la radiación
Los efectos, de distinto
orden, de las radiaciones ionizantes sobre la materia viva son el
resultado final de las interacciones físicas de los fotones o partículas con
los átomos que la componen.
Etapa Física
La acción directa de la radiación
es consecuencia de ionizaciones que se producen en los átomos que forman la
molécula del ADN, fenómeno dominante en radiaciones con alta transferencia
lineal de energía como las partículas alfa, beta y protones, que
inciden directamente sobre los átomos de las moléculas.
Etapa Química
Es el proceso de la interacción
de los radicales libres resultantes de la radiólisis del agua,que originan una
serie de reacciones químicas con moléculas de solutos presentes en el medio
irradiado y que producirán la inducción de un cierto grado de lesión biológica.
Radiosensibilidad
El elemento biológico es más radiosensible
cuando necesita menos dosis de radiación para alcanzar un efecto determinado.
RS ALTA
|
RS MEDIA
|
RS BAJA
|
MÉDULA ÓSEA
|
PIEL
|
MÚSCULOS
|
BAZO
|
TEJIDO
MESODÉRMICO (Ej. HÍGADO, CORAZÓN, PULMÓN, Etc.)
|
HUESOS
|
TIMO
|
|
SISTEMA NERVIOSO
|
NÓDULOS
LINFÁTICOS
|
|
|
GÓNADAS
|
|
|
CRISTALINO
|
|
|
LINFOCITOS
|
|
|
Escala de radiosensibilidad
Las
células presentan diferente grado de sensibilidad a la radiación, según la
estirpe o línea celular. Tomando como punto de referencia, la muerte celular,
pueden clasificarse en cinco grupos de mayor a menor sensibilidad:
Muy
radiosensibles: leucocitos, eritroblastos, espermatogonias.
Relativamente
radiosensibles: mielocitos, células de las criptas intestinales, células
basales de la epidermis.
Sensibilidad
intermedia: células endoteliales, células de las glándulas gástricas,
osteoblastos, condroblastos, espermatocitos, etc.
Relativamente
radioresistentes: granulocitos, osteocitos, espermatozoides, eritrocitos.
Muy
radioresistentes: fibrocitos, condrocitos, células musculares y nerviosas.
ORÍGENES DE LAS
RADIACIONES IONIZANTES
¿De donde vienen las
radiaciones ionizantes?
a)
Radiación natural El hombre ha estado siempre expuesto a fuentes naturales de
radiaciones ionizantes: rayos cósmicos (de origen extraterrestre); materiales
radiactivos que se hallan en la corteza terrestre, muchos de los cuales están
incorporados a materiales de construcción, al aire y a los alimentos, e incluso
sustancias radiactivas que se encuentran en el interior del organismo humano
(potasio 40 40K), carbono 14 ( 14C), etc.).
depende
de diversos factores como:
· La altura sobre el nivel del mar,
ya que la radiación es retenida en parte por la atmósfera. La gente que vive en
las grandes alturas recibe dosis mucho más elevadas de radiación externa y en
algunos casos puede ser de hasta un 50% superior a la media.
· Contenido de material radiactivo
en el suelo o materiales de construcción utilizados. Existen zonas, por ejemplo
graníticas, cuyo contenido en material radiactivo es elevado y por tanto
contribuyen a una mayor dosis en la población residente en ella.
· La evolución tecnológica modifica
la exposición del hombre a las radiaciones. Por ejemplo en la combustión del
carbón se liberan a la atmósfera trazas de material radiactivo natural, el uso
de fertilizantes fosfatados aumenta la irradiación debido a los radionucleidos
naturales que contienen, etc.
b) Radiación artificial Además de la radiación
de fondo natural, el hombre está expuesto a fuentes de radiaciones generadas de
modo artificial: exposición a los rayos X con fines diagnósticos, aplicaciones
de radionucleidos en medicina, industria e investigación, producción de energía
eléctrica, ensayos nucleares realizados en la atmósfera y todos los materiales
residuales que estas actividades comportan.
Estas
fuentes de radiación provocan un aumento en la dosis a la que está sometida la
población. Con fines diagnósticos también se puede administrar material
radiactivo al paciente, seguido de la posterior detección de la distribución
corporal de dicho material. Se trata de la aplicaciones in vivo propias de la
especialidad de medicina nuclear. Para este caso, el número de exploraciones
por cada 1.000 habitantes es aproximadamente la centésima parte de la indicada
para el radiodiagnóstico. En cuanto a la dosis media por habitante también es
del orden de la centésima parte de la indicada en radiodiagnóstico, por lo que
no influye de forma significativa a al dosis efectiva media debida al
diagnóstico.
RADIACIONES
NATURALEZA:
Radiaciones
naturales. Proceden de radioisótopos que se encuentran libremente presentes en
la naturaleza (espacio, corteza terrestre, aire, cuerpo humanos y alimentos).
Radiaciones artificiales. Producidas mediante ciertos aparatos o métodos
desarrollados por el ser humano. Aparatos, materiales radiactivos sintetizados
o que existen en la naturaleza pero son concentrados químicamente para utilizar
sus propiedades radiactivas.
PROPIEDADES:
Propiedades de
radiación básica (V)
Aun
cuando la ecuación (6-5b) se dedujo para el caso en que la superficie emisora y
la fuente de radiación incidente se encuentran en la misma temperatura, la
igualdad de α y ε se usa en situaciones más generales. Un tipo de cuerpo que
obedece la ley de Kichhoff se conoce como gris. A cualquier temperatura un
cuerpo gris emite una fracción constante de la cantidad que emitiría un cuerpo
negro a la misma temperatura. Hablando estrictamente, casi no se encuentran
cuerpos grises en la práctica. Sin embargo, una gran cantidad de cuerpos son grises
en ciertos rangos de longitud de onda. Si un cuerpo es gris en la mayor parte
de la radiación que incide sobre él y en que él emite, entonces se puede
aplicar la ley de Kirchhoff para conseguir aproximaciones.
Aun
cuando muchos cuerpos no son grises, se hacen muchos cálculos de sondeo en
ingenieria utilizando el concepto de cuerpo gris. Es decir, se obtienen
promedios integrados para las propiedades de radiación en todas las longitudes
de onda y se supone que el cuerpo es gris. Así, el cuerpo toma los valores
promedio de α, τ, ρ y ε. Entonces el problema de radiación se resuelve
utilizando estos valores en la forma que se presenta en la sección 6-4. Dicho
enfoque es semejante al de seleccionar una conductividad térmica promedio en un
intervalo de temperatura dado y entonces trabajar un problema de conducción
pensando en que el material tiene una conductividad térmica constante.
Cuando
deseamos aplicar el análisis de cuerpo gris a un cuerpo dado, se requiere
comprar su absortividad en la banda de longitud de onda de la energía radiante
que emite el cuerpo. Si dichas cantidades son aproximadamente iguales, el
enfoque de cuerpo gris es aplicable, si las mismas cantidades a que nos
referimos son marcadamente diferentes, no es posible usar dicho enfoque. Por
ejemplo, la pintura blanca tiene una absortividad muy baja para la energía
solar incidente, sin embargo tiene una emisividad muy alta en la región
infrarroja, que es la porción del espectro en la que emite energía radiante. En
consecuencia, no es posible aplicar la suposición de cuerpo gris en una
condición tal.
RADIACTIVIDAD
La
radiactividad fue descubierta por el científico francés Antoine Henri Becquerel
en 1896 de forma casi ocasional al realizar investigaciones sobre la
fluorescencia del sulfato doble de uranio y potasio. Descubrió que el
uranio emitía espontáneamente una radiación misteriosa. Esta propiedad del
uranio, después se vería que hay otros elementos que la poseen, de emitir
radiaciones, sin ser excitado previamente, recibió el nombre de radiactividad.
El
descubrimiento dio lugar a un gran número de investigaciones sobre el tema.
Quizás las más importantes en lo referente a la caracterización de otras
sustancias radiactivas fueron las realizadas por el matrimonio, también
francés, Pierre y Marie Curie, quienes descubrieron el polonio y el radio,
ambos en 1898.
La
naturaleza de la radiación emitida y el fenómeno de la radiactividad fueron
estudiados en Inglaterra por Ernest Rutherford, principalmente, y por Frederick
Soddy. Como resultado pronto se supo que la radiación emitida podía ser de tres
clases distintas, a las que se llamó alfa, beta y gamma, y que al final del
proceso el átomo radiactivo original se había transformado en un átomo de
naturaleza distinta, es decir, había tenido lugar una transmutación de una
especie atómica en otra distinta. También se dice (y esta es la terminología
actual) que el átomo radiactivo ha experimentado una desintegración.
La
radiactividad es una reacción nuclear de "descomposición espontánea",
es decir, un nucleido inestable se descompone en otro más estable que él, a la
vez que emite una "radiación". El nucleido hijo (el que resulta de la
desintegración) puede no ser estable, y entonces se desintegra en un tercero,
el cual puede continuar el proceso, hasta que finalmente se llega a un nucleido
estable. Se dice que los sucesivos nucleidos de un conjunto de desintegraciones
forman una serie radiactiva o familia radiactiva.
Se
puede considerar que todos los isótopos de los elementos con número atómico
igual o mayor a 84 (el polonio es el primero de ellos) son radiactivos
(radiactividad natural) pero que, actualmente, se pueden obtener en el
laboratorio isótopos radiactivos de elementos cuyos isótopos naturales son
estables (radiactividad artificial).
La
primera obtención en el laboratorio de un isótopo artificial radiactivo (es
decir, el descubrimiento de la radiactividad artificial) la llevó a cabo en
1934 el matrimonio formado por Fréderic Joliot e Irene Curie, hija del
matrimonio Curie.
LOS RAYOS X
Los rayos
X es un término que se usa para designar a una radiación electromagnética,
la cual resulta invisible para el ojo humano, pero que cuenta con la capacidad
de atravesar diferentes objetos y de poder ser impresa en las películas
fotográficas. La capacidad de atravesar objetos se baja en la densidad del
objeto. Los elementos densos (como un hueso) repelen la radiación X y no
permiten atravesarla dando una imagen clara o radioopaca en la radiografía, sin
embargo los elementos de baja densidad son atravesados por la radiación X y dan
una imagen oscura o radiolúcida. Gracias a los sistemas digitales de la
actualidad, se puede obtener y visualizar la imagen de una radiografía
directamente con una computadora sin que se debe imprimir.
¿Cómo funcionan los
rayos X?
En
realidad, los rayos X son semejantes a los rayos de luz que sí pueden
ser percibidos por nuestros ojos, sólo que en estos casos se encuentran
cargados con mucha más energía. Como consecuencia de esa potente energía,
disponen de una longitud de onda mucho más corta.
Para
la generación de un rayo X, se requiere de un dispositivo que calienta un
cátodo a una temperatura elevada. Gracias a este calor, los electrones se
liberan del cátodo hacia el ánodo y por medio de un tubo de vacío generan una
diferencia de potencial con la que se atraen los electrones a una velocidad
considerable.
Debido a esta colisión de los
electrones desde el cátodo hacia el ánodos es que se genera un fotón de
rayo X. El tubo completo se encuentra protegido con la única excepción de una abertura
pequeña que posibilita que los rayos se pueden escapar con la forma de un único
rayo con una gran concentración. Es ese rayo concentrado el que viaja por el
espacio hasta que tiene contacto con los objetos.
En
el caso del cuerpo humano, el tejido de baja densidad como el aire, la
piel, los músculos no está en condición de absorber estos rayos con tan
alta energía y pasan de largo. Es el material de alta densidad como los
huesos, prótesis de titanio, el que puede absorber la radiación. Después los rayos
van a pasar a través del detector de la película, que procede a trabajar como
si fuese una cámara fotográfica.
Las áreas
negras son las zonas expuestas, para representar los rayos que pasaron a través
del tejido suave, mientras que las áreas blancas son las que no han
quedado expuestas y por ende los rayos fueron absorbidos por el tejido. Al
terminar, esta imagen se representa a través de un computador.
ESTRUCTURA Y
GENERACIÓN DEL TUBO DE COOLIDGE
En
1913, William Coolidge realizó varias mejoras al tubo de crookes. El tubo de
coolidge, también conocido como «tubo de cátodocaliente», ha estado en uso
desde entonces con algunas modificaciones sobre el diseño básico. Funciona en
un alto vacío, de unos 10−4 pa, o 10−6 torr y los electrones son generados por
emisión termoiónica en un filamento de wolframio —el cátodo— calentado por una
corriente eléctrica. El haz de electrones emitido por el cátodo es acelerado
aplicando una diferencia de potencial entre el cátodo y el ánodo; al colisionar
con el ánodo, los electrones producen rayos x por los mismos procesos que en el
tubo de crookes.
Tipos
Esquema
de un tubo de ánodo rotatorio. A: ánodo; R: rotor; T: área donde incide el haz
de electrones; C: cátodo; E: superficie del tubo en vacío; S: estátor; O:
volumen ocupado por el aceite refrigerador; B: fuelle que permite la expansión
termal del aceite; W: ventana de salida de los rayos X Ánodo rotatorio.
El
tubo de ánodo rotatorio es un tubo de Coolidge en el que se hace girar el ánodo
mediante inducción electromagnética generada por estátores situados alrededor
del tubo. Al girar, el calor generado por el impacto del haz de electrones se
distribuye sobre una mayor superficie, lo que permite aumentar la intensidad
del haz de electrones en aplicaciones que requieran una alta dosis de rayos X. Tubos
de microfoco. Ciertas técnicas, como la microtomografía, precisan de imágenes
de muy alta resolución que pueden conseguirse usando un haz de rayos X de
sección reducida. Los tubos de microfoco producen haces con un diámetro típico
menor de 50 µm in diameter.
Los
tubos de microfoco de ánodo sólido son similares a un tubo de Coolidge
convencional, pero con el haz de electrones incide sobre una área muy pequeña
del ánodo, normalmente entre 5 y 20 µm; la densidad de potencia del haz de
electrones está limitada a un valor máximo de 0.4-0.8 W/µm para no derretir el
ánodo, por lo que estas fuentes son poco potentes, por ejemplo, 4-8 W para un
haz de electrones de 10 µm de diámetro. Cátodo de nanotubos de carbono
El
cátodo empleado en los tubos convencionales se puede reemplazar por una serie
de nanotubos de carbono que emiten electrones al aplicárseles un voltaje, en
vez de por calentamiento, como el filamento de wolframio, por lo que pueden
funcionar a temperatura ambiente. Este diseño fue concebido por un grupo de
científicos de la Universidad de Carolina del Norte y patentado en el año 2000.
Además de mejorar el consumo de energía, este diseño presenta ventajas en
aplicaciones que requieran imágenes de objetos en movimiento: los haces de
electrones provenientes de distintos nanotubos emiten rayos X en direcciones
distintas, por lo que no es necesario mover el aparato, como ocurre con los
tubos con un único filamento, lo que resultaría en imágenes más nítidas
