Interacción de la radiación con el medio

La radiación electromagnética proveniente de una fuente emisora y que llega a un receptor cualquiera después de atravesar un medio material posee dos componentes .

Una de ellas es la radiación directa que es la que no interactúan con la materia, o si  lo hace, es absorbida total o parcialmente por ella sin que cambie la trayectoria de los rayos provenientes del emisor.

La otra  es la radiación  difusa, que es la que interactúan con la materia mediante colisiones con los electrones de los átomos de la misma, de forma tal que los rayos provenientes del emisor son desviados de su trayectoria., de manera tal que resultan dispersados.

Mecanismo de  interacción 

La radiación electromagnética tiene la propiedad de interaccionar con estructuras de tamaño similar a la de su longitud de onda.

Los rayos X tienen longitudes de onda mayor  de 10 -9 m. Cuanto mayor es la energía de la radiación, mas corta es su longitud de onda. En consecuencia, los rayos X de baja energía tienden  a  interaccionar con átomos completos, que tienen diámetros de aproximadamente 10 -10 m, mientras que los rayos X de energía moderada, y los rayos gamma, interaccionan por lo general con electrones y los de alta energía suelen hacerlo con núcleos. 

Existen cinco mecanismos básicos por medio de los cuales la radiación interacciona con la materia.

• Efecto Thomson
• Efecto Fotoeléctrico
• Producción de pares 
• Fotodesintegración 
• Efecto Compton

De estos cinco mecanismos, solo los tres primeros tiene importancia en radiología diagnostica, ya que la energía de los fotones producidos no es suficiente para que tenga lugar los otros dos mecanismo.

Efecto Thomson

Los fotones de energía baja, alrededor de 10keV, puede interaccionar con la materia mediante dispersión clásica, denominada  a veces dispersión coherente o Thhomson. Mediante este  mecanismo, el foton incidente interacciona con un átomo haciendo que este se excite. El átomo blanco libera inmediatamente exceso de energía como un foton secundario o disperso, con longitud de onda igual  a la del rayo incidente, y  por tanto, con la misma energía. La dirección del foton secundario es distinta  a la del foton incidente. 

El resultado neto de la dispersión clásica es un cambio en la dirección de los fotones, sin que varié su energía. no existe transferencia de energía ni ionización. 

La dispersión clásica tiene escasa importancia en radiología diagnostica, puesto que comprende fundamentalmente fotones de baja energía que apenas contribuyen a la radiografía. Parte de la dispersión clásica, sin embargo, se produce dentro del rango diagnostico. En radiología, a 70kVp, un pequeño porcentaje de fotones experimenta dispersión clásica, lo cual contribuye en alguna medida al velo de la película.

Efecto Compton

Los fotones de energía moderada, incluidos en el rango diagnostico, pueden experimentar una interacción con electrones de la capa externa que no sólo los dispersa, sino que reduce su energía y también ioniza el átomo. Esa interacción se conoce como efecto Compton o dispersión Compton. En ese proceso el fotón incidente interacciona con un electrón de la capa externa y lo expulsa del átomo, por lo que este queda ionizado. El fotón continúa en una dirección alterada y con menor energía. La energía del fotón  que ha experimentado dispersión Compton es igual a la diferencia entre la energía del fotón incidente y la energía aportada por el electrón. La dispersión Compton puede producirse con todos los rayos X diagnóstico, de ahí su considerable importancia radiológica. Los rayos X dispersos no proporcionan  información  útil en la placa, por el contrario, contribuyen  a velar la película, lo que cual se traduce en una radiografía de calidad menor.

Efecto Fotoeléctrico

Los fotones en el rango diagnostico también pueden experimentar interacciones de ionización con electrones de capas externas de los átomos, este proceso se denomina efecto fotoeléctrico. El efecto fotoeléctrico es una interacción de absorción del fotón. El electrón eliminado del átomo, conocido como fotoelectron, escapa con energía cinética igual a la diferencia  entre la energía del fotón incidente y la unión del electrón.  

Producción de pares ionicos

Cuando un Fotón con energía superior  a 1,02 Mev  penetra en el campo eléctrico que rodea al núcleo atómico le puede transferir la energía necesaria para separa el electrón del átomo dando lugar  a la formación de un par ionico, constituido por un electrón (-) y un positron (+)  por lo tanto en este proceso la energía se convierte en masa, el electrón es un ion negativo y el átomo  que ha perdido un electrón es un ion positivo.

El electrón se comporta como un ion libre, sin limite en su existencia. En cambio el positron luego de un tiempo de vida efímero presenta dos cuantos de energía de 0,51 Mev, esta radiación se denomina radiación de aniquilación.

La producción de pares ionicos aumenta cuando mas alta es la energía de la radiación  Roentgen y cuando mas alto es numero atómico del elemento.