Roentgen y los rayos x

Roentgen y los rayos X

Roentgen y los rayos X

Índice Wilhelm Konrad von Roentgen........................................................................................................................... 2 Experimentos posteriores al descubrimiento ..................................................................................................... 3 Repercusión social y científica ............................................................................................................................. 5 Aplicaciones de los rayos X.................................................................................................................................. 6 Referencias ............................................................................................................................................................ 7

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Roentgen y los rayos X

Wilhelm Konrad von Roentgen Wilhelm Konrad o Conrad von Röntgen o Roentgen nació en Lennep el 27 de marzo de 1845 y murió en Múnich a los 77 años el 10 de febrero de 1923. Estudió física en la politécnica de Munich y posteriormente ejerció la docencia en esta universidad, en Estrasburgo, Giessen y en Wurzburgo. En 1901 recibió el primer Premio Nobel de Física de la historia por el descubrimiento de los rayos X1. Y en 1927 fue el primero de los seis galardonados en este campo.

Roentgen donó la recompensa monetaria obtenida por el Premio Nobel a su universidad.

Y rechazó registrar cualquier patente relacionada a su descubrimiento por razones éticas.

Las investigaciones que llevaba a cabo eran diversas y tocaban muchos campos de la física, como los de la elasticidad, los fenómenos capilares, la absorción del calor y los calores específicos de los gases, la conducción del calor en los cristales y la piezoelectricidad.

Al igual que muchos colegas suyos de finales del siglo XIX, los experimentos con tubos de rayos catódicos eran habituales. Valery, en 1871, consideró a los rayos catódicos como partículas negativamente cargadas. Teoría con la que estaría de acuerdo William Crookes debido a experimentos realizados en 1880 en el tubo Crookes2 de cátodo frio, determinando que la fluorescencia observada por Hittorf en el gas era producida por la radiación que emanaba el cátodo.

Posteriormente se dedujo que los rayos catódicos eran corpúsculos al comprobar en 1893 que la radiación catódica hacia girar un molinete situado dentro del tubo. Teoría con la que muchos de los físicos alemanes como Wiedemann, Goldstein y Hertz no estarían de acuerdo.

Puesto que defendían la que la radiación era un movimiento vibratorio del éter que podía ser tanto longitudinal como transversal.

En el invierno de 1895 Roentgen se encontraba en su laboratorio de la Universidad de Wurzburgo investigando los efectos externos de los nuevos tipos de equipos de vacío. El motivo por el cual realizaba tales experimentos no se sabe a ciencia cierta, se especula que era por simple curiosidad científica y como se ha comentado anteriormente por el auge de la experimentación con rayos catódicos. En ese momento estaba estudiando las descargas de alto voltaje en los tubos de vidrio. En su laboratorio inesperadamente tenía una pantalla de platino-cianuro de bario BaPt(CN)4 a unos dos metros de distancia del tubo de Crookes3 observando que había fluorescencia en la misma cuando encendía el dispositivo.

Esto sin duda crea una revolución para los investigadores de la época. Es importante señalar que Joseph J. Thomson anuncia un año más tarde que los rayos catódicos son partículas llamadas electrones, recibiendo el Premio Nobel de Física en 1906 por su descubrimiento.

Así Roentgen especula sobre el descubrimiento de un nuevo tipo de rayos que temporalmente denomina rayos X por su origen desconocido.

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Experimentos posteriores al descubrimiento A partir del momento de su descubrimiento Roentgen deja de lado momentáneamente la universidad y a sus alumnos para pasar las siguientes seis semanas en su laboratorio, realizando todo tipo de experimentos sistemáticos y no compartiendo nada con sus colegas. Por ejemplo, se dio cuenta que los rayos no son curvados por un campo magnético y son capaces de penetrar en varios tipos de materia. Recubre el tubo de vacío con cartulina negra de tal manera que la habitación está totalmente oscura y para su sorpresa observa que la placa fluorescente experimenta el mismo comportamiento. Se da cuenta además que cuando interpone su mano entre la pantalla y el tubo puede ver sus propios huesos.

A continuación se muestra una traducción literal de los escritos de Roentgen sobre los primeros experimentos realizados con este nuevo tipo de rayos4: “Se pasa la descarga de una bobina de inducción grande a través de un tubo de vacío Hittorf, o a través de un tubo de Crookes o Lenard. El tubo está rodeado por un escudo bastante ajustado de papel negro; es entonces posible ver, en una habitación completamente a oscuras, que el papel cubierto por un lado con platino-cianuro de bario se ilumina con fluorescencia brillante cuando se pone en la vecindad del tubo, ya sea por el lado pintado o por el otro al girarse hacia el tubo. La fluorescencia es todavía visible a dos metros de distancia. Es fácil mostrar que el origen de la fluorescencia se encuentra dentro del tubo de vacío.

Se ve, por lo tanto, que algún agente es capaz de penetrar el cartón negro que es bastante opaco a luz ultravioleta, la luz del sol, o un arco-luz. Por tanto, es de interés para investigar hasta qué punto otros órganos pueden ser penetrados por el mismo agente. Se muestra fácilmente que todos los cuerpos poseen esta misma transparencia, pero en muy diferentes grados. Por ejemplo, el papel es muy transparente; la pantalla fluorescente se enciende cuando se coloca detrás de un libro de mil páginas; la tinta de impresora no ofrece ninguna resistencia. Del mismo modo la fluorescencia se muestra detrás de dos paquetes de tarjetas; una sola tarjeta no disminuye visiblemente la brillantez de la luz, por lo que, de nuevo, un único espesor de papel de aluminio casi no proyecta una sombra en la pantalla; varias tienen que estar superpuestas para producir un efecto marcado. Bloques gruesos de madera siguen siendo transparentes.

Tablas de pino de dos o tres centímetros de espesor sólo absorben muy poco. Un pedazo de hoja aluminio, 15 mm de espesor, aun permiten a los rayos X (como yo quiero llamar a los rayos, en aras de la brevedad) pasar, pero en gran medida reducen la fluorescencia. Las placas de vidrio de espesor similar se comportan de manera similar; el vidrio plomado es, sin embargo, mucho más opaco que el vidrio libre de plomo. Ebonita de varios centímetros de espesor es transparente. Si la mano está antes de la pantalla fluorescente, la sombra muestra los huesos oscuramente, con contornos débiles de los tejidos circundantes” Roentgen fue muy meticuloso con su trabajo en el laboratorio. La mayor parte de los dispositivos fueros construidos por él. Prefería trabajar solo, aunque en alguna ocasión solicitaba algún ayudante. Concebía la naturaleza como algo que es reticente a mostrar sus secretos y por eso el científico debe luchar contra ella para averiguarlos5.

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Casi dos semanas después del descubrimiento, tomó la primera radiografía de la mano de su esposa Anna Bertha (Ver Figura 1). La sociedad físico-médica de Wurzburgo fue la primera en enterarse de que estos nuevos rayos podían penetrar el cuerpo y mostrar una fotografía de los huesos. Roentgen escribió el articulo Über eine neue Art von Strahlen (Un nuevo tipo de rayos) en el cual describía cualitativamente las características y producción de este tipo de radiación.

Cabe destacar que las exposiciones para realizar una radiografía eran del orden de 30 minutos6. Hecho actualmente impensable debido a la alta dosis de radiación a la que se expone al miembro en cuestión en ese tiempo. Un dibujo del dispositivo para hacer radiografías se muestra en la Figura 2.

Figura 1 Primera radiografía realizada por W.C. Roentgen a su esposa Anna Bertha

Posteriormente y antes de su segundo artículo (1896), en el que trataba sobre las propiedades ionizantes de los rayos X, construyó un tubo más eficiente con un cátodo de aluminio y un ánodo de platino con el que se mejoraba sustancialmente la nitidez de las radiografías.

En los años siguientes al descubrimiento, las propiedades de los rayos X fueron bien establecidas:  Invisibles,  se propagan en línea recta a la velocidad de la luz (3 108 m/s),  no les afectan campos magnéticos ni eléctricos,  la absorción en materiales depende de la composición, densidad o espesor,  se reflejan, difractan, refractan, y polarizan,  son capaces de ionizar gases,  capaces de afectar a las propiedades eléctricas de sólidos y líquidos,  capaces de velar una placa fotográfica,  capaces de liberar fotoelectrones,  capaces de producir reacciones biológicas, como daño o muerte celular así como producir mutaciones en el tejido genético,  emiten un espectro continuo cuyo límite inferior en la longitud de onda viene determinada exclusivamente por el voltaje del tubo,  tienen un espectro de líneas de emisión y absorción característico de los elementos químicos.

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Figura 2 Dispositivo experimental para la realización de la primera radiografía a una persona viva

Repercusión social y científica La habilidad de estos rayos capaces de dar una imagen de los huesos de una mano interesó al público en general y fue el tema de actualidad durante unos seis meses7. Los teatros producían obras sobre los rayos X, muchos chistes circulaban en los periódicos, incluso anuncios prometían pruebas de ropa interior. Esto hizo que la gente tuviera especial miedo a la perdida de privacidad y a adoptar una percepción no demasiado buena hacia la ciencia. Los chistes la mayor parte de las veces eran absurdos, hasta tal punto que se sugería que las autoridades iban a usar este tipo de tecnología para saber los tesoros que escondían los ladrones en sus bolsillos.

Respecto al ámbito científico, como ya se ha comentado, la sociedad físico-médica de Wurzburgo fue la primera en recibir el comunicado del descubrimiento. El 23 de enero de 1896 se realizó una demostración en la cual Roentgen pidió permiso al renombrado anatomista Albert Von Koelliker para tomar una radiografía de su mano. Un clamoroso aplauso irrumpió en la sala al observar el éxito de la imagen. Este propuso llamar a los nuevos rayos “Röntgensche strahlen” aunque Roentgen modestamente mantuvo el nombre de rayos X5. Sin embargo en alemán actualmente la traducción de rayos X es Röntgenstrahlen.

Una serie de científicos se dedicaron al estudio y observación de este tipo de radiación.

Más de mil artículos se publicaron sobre el tema en las más prestigiosas y pioneras revistas de la época. Aunque no se hizo nada nuevo hasta aproximadamente una década más tarde.

Los años alrededor del cambio de siglo fueron grandes tiempos para los avances y descubrimientos en la física de radiaciones y la química. En noviembre de 1896 Henri Bequerel presentaba en la Academia de las Ciencias de Paris, su descubrimiento de la radiactividad en compuestos de uranio. En 1897 J.J. Thomson descubría que los rayos emitidos por el cátodo eran electrones. Ese mismo año Rutherford encontraba que el uranio emitía partículas alfa y beta, identificándolos como núcleos de helio y electrones respectivamente. Un año más tarde, en 1898, Página 5

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Pierre y Marie Curie anunciaban el descubrimiento del polonio y el radio. También Paul Villar descubría los rayos gamma, radiación del mismo tipo que los rayos X.

Aplicaciones de los rayos X Al principio las primeras aplicaciones de los rayos X se podría decir que estaban casi monopolizadas por la medicina. Al inicio de la primera guerra mundial (julio 1914) la mayoría de hospitales contaban con este tipo de tecnología y la usaban metódicamente como diagnóstico.

Posteriormente, a partir de los años 20 el desarrollo de la radioterapia experimentó un avance sustancial, obteniendo resultados muy satisfactorios sobretodo en el tratamiento de cáncer de útero y pecho en las mujeres.

Junto con el desarrollo y uso de esta radiación también se avanzó en lo que hoy se conoce como protección radiológica. Se observó que el uso desmesurado de los rayos X podía producir una serie de daños como quemaduras, falta de pigmentación, arrugas, queratosis, ulceraciones y más tarde aparecería el cáncer y probablemente la muerte.

A parte de los primeros usos médicos también surgieron una serie de aplicaciones curiosas cuanto menos. Una de ellas se instaló en las mejores zapaterías de todo el mundo, se trataba de una máquina que te permitía observar como quedaban los pies dentro de los zapatos para determinar si eran los adecuados (Shoe-fitting fluoroscope)8. Otra de estas aplicaciones se encontraba en los salones de belleza donde se permitiría a las mujeres tener una piel “blanca, impecable y sin vello”. La empresa Tricho Systems consiguió en pocos años una red de salones de belleza, a los que prestó su maravilloso invento9. Las mujeres acudían interesadas en un método no doloroso, al contrario de los ya existentes. Sus terapias consistían en unas 20 sesiones de radiación.

Actualmente en el campo de la medicina las aplicaciones de los rayos X son el radiodiagnóstico y la radioterapia. El en campo del diagnóstico se pueden diferenciar dos formas de obtener la imagen, una tradicional sobre una placa fotográfica (actualmente casi en desuso) o a través de un detector que proporciona una imagen bidimensinal en la pantalla de un ordenador.

La segunda sería la tomografía axial computarizada TAC10 o conocida popularmente como escáner, que es un procedimiento de diagnóstico médico que utiliza la tecnología de rayos X asistida por un ordenador para crear múltiples imágenes transversales del cuerpo, que juntas proporcionan una imagen tridimensional. La radioterapia se basa en la administración de radiaciones ionizantes para la destrucción de tejidos malignos o tumores. Los rayos X se usan en lo que se denomina teleterapia (a distancia) tanto a través de tubos convencionales o aceleradores lineales.

Otra de las aplicaciones es la difracción de rayos X, que analiza y determina el tamaño cristalino o la estructura cristalina de un material sin modificar su configuración11. Esto se hace posible puesto que los rayos X son difractados por los electrones que rodean a los átomos al poseer estos una longitud de onda del orden del radio atómico.

Por último destacar la cantidad de aplicaciones que tienen los rayos X, como por ejemplo: la radiografía industrial, el estudio del universo, la técnica de monitorización de la contaminación, las aplicaciones militares o el análisis de fósiles y obras de arte.

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Referencias 1 Glasser, O. (1993). Wilhelm Conrad Röntgen and the Early History of the Roentgen Rays. San Francisco, California: Norman Publishing.

2 González, P. M. (1991). XC Aniversario del primer Premio Nobel de Física. Roentgen y los rayos X en medicina y en farmacia. Sevilla: Universidad de Sevilla.

3 Nascimento, M. L. F. (2014). Brief history of X-ray tube patents. World Patent Information, 37(0), 48-53.

4 Valkovic, V. (1996). First centenary of Röntgen's discovery of X-rays. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 109–110(0), 1-8.

5 Lindegaard-Andersen, A., & Gerward, L. (1995). Röntgen centenary—100 years of Xrays. Radiation Physics and Chemistry, 46(3), 299-302.

6 Rowe, R. C. (2003). Röntgen rays revealed. Drug discovery today, 8(2), 60-61.

7 Hessenbruch, A. (2002). A brief history of x-rays. Endeavour, 26(4), 137-141.

8 Duffin, J., & Hayter, C. R. (2000). Baring the sole: the rise and fall of the shoefitting fluoroscope. Isis, 260-282.

9 Caufield, C. (1989). Multiple Exposures: Chronicles of the Radiation Age. Chicago: The University of Chicago Press.

10 Giraldo, J. C. R., Clavijo, C. A., & McCollough, C. H. (2008). Tomografía computarizada por rayos x: fundamentos y actualidad–X-ray computed tomography: fundamentals and current status. Revista Ingeniería Biomédica, 2(4), 54-72.

11 Uhlig, S., Müller, J., & Ulzurrum, J. L. (1995). Aplicaciones modernas del análisis de rayos X en la industria cerámica y del vidrio. Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio, 34(1), 29-30.

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