Centenario de los rayos X
Rafael López Valverde
La conmemoración de acontecimientos científicos de especial relevancia, dentro del marco general que proporciona la historia de la ciencia, puede incidir favorablemente en el proceso enseñanza-aprendizaje, no sólo porque nos sitúa en las oportunas referencias históricas que nos permiten comprender el proceso de la conceptualización de los fenómenos naturales, sino también porque las situaciones que a veces rodean esos acontecimientos suscitan la humana admiración y producen motivación hacia el quehacer científico. Este es el caso, entre otros muchos, del centenario del descubrimiento de los rayos X, el cual tuvo lugar de forma fortuita el 8 de Noviembre de 1895, en un momento en el que la opinión más generalizada dentro de la comunidad científica era que no podrían descubrirse nuevos fenómenos físicos de naturaleza fundamental, y sin embargo, en el curso de unos pocos meses, se descubrieron los rayos X, la radiactividad y la primera partícula subatómica.
El descubridor de estos rayos fue Wilhelm Conrad Roentgen, por aquel entonces rector de la Universidad de Wurzburgo. A sus 50 años de edad, intentaba repetir aquel día, llevado por su espíritu inquieto, las experiencias de Lenard con tubos de descarga. Las investigaciones de este tipo atrajeron la atención de los más prestigiosos laboratorios de Física a lo largo de la segunda mitad del siglo XIX y llevaron a descubrimientos fundamentales como los rayos catódicos (Hittorf: Münster 1869), los rayos positivos (Godlstein: Berlín 1886) y la divisibilidad del átomo (Thomson: Laboratorio Cavendish 1897).
Las primeras propiedades de los recién descubiertos rayos X fueron establecidas por Roentgen a lo largo de las seis semanas que siguieron a su descubrimiento. Tras este período de intenso estudio y experimentación, aparecieron publicadas, junto con las primeras radiografías de la mano de su mujer, en la revista de la Sociedad Físico-Médica de Wurzburgo. En ese primer trabajo (Sobre un nuevo tipo de rayos) Roentgen recogió algunas de las propiedades de los rayos X, tales como su poder de ionización, por el cual hacen conductor el aire; su poder de penetración en diferentes medios, que da lugar a que atraviesen la carne y otros objetos, incluso varios metros de aire; y también su capacidad de excitar los materiales fluorescentes y de impresionar las placas fotográficas, lo que permite la realización de radiografías y su aplicación a la Medicina. Roentgen, no obstante, había fracasado en su intento de poner de manifiesto la naturaleza electromagnética de los rayos X que, sólo años después, cuando en 1912 Laue propuso la idea de que podrían ser difractados por redes cristalinas, fue definitivamente confirmada. Los buenos resultados obtenidos por los colaboradores de Laue dieron lugar a la utilización de los Rayos X en la Geología. Estas técnicas permiten determinar las distancias interiónicas de un cristal y la posición de los iones en la red. Al mismo tiempo, como las figuras de difracción de cada compuesto es característica, permiten identificar los distintos minerales de una muestra rocosa. Situación similar encontramos en Biología, donde el estudio de las grandes moléculas orgánicas de las células por cristalografía de rayos X, permite la información de su estructura y su posterior síntesis, como es el caso de la penicilina.
Tras la publicación del descubrimiento (La Presse de Viena, 5 de Enero de 1896), las aplicaciones médicas de los rayos X no se hicieron esperar y, cuatro semanas después, los rayos X se utilizaron en un Hospital de New Hampshire para diagnosticar una fractura ósea en un paciente. Con el paso del tiempo se fue desarrollando la radiología, rama de la Medicina que incluye las radiografías, utilizadas generalmente en los diagnósticos, y la utilización terapéutica de las radiaciones. En las primeras se emplean rayos X con longitudes de onda comprendidas entre 0,5 y 0,75 angström, que se obtienen a partir de potenciales eléctricos que van desde 90.000 V para radiografías estomacales, hasta 50.000 V para las dentales. La interpretación de una radiografía se realiza en virtud de cuatro densidades distintas: densidad aire (pulmones), densidad agua (vísceras), densidad grasa (tejido adiposo) y densidad calcio. Por otro lado, los rayos X utilizados en la destrucción de tejido canceroso son más duros (hasta de 250.000 V en terapia profunda) y con objeto de evitar lesiones en los tejidos internos, donde se liberarían electrones por ionización (efecto fotoeléctrico y Compton), se emplean técnicas de fuegos cruzados consistentes en dirigir varios haces desde diferentes direcciones hacia la parte afectada, sin exponer demasiado el resto del cuerpo.
Otra técnica radiológica importante es la Tomografía Axial Computarizada (T.A.C.). Permite la observación de cortes transversales gracias al procedimiento de desplazar el foco y la placa de rayos X en sentidos opuestos y a la misma velocidad. De esta forma sólo quedan enfocados los puntos medios del cuerpo sometido a examen. La información así obtenida es finalmente procesada por un ordenador.
La interacción de los rayos X con la materia es algo compleja. Su atenuación a través de un cuerpo sigue una ley exponencial de absorción; pero a su paso producen efecto fotoeléctrico interno (ionización) y efecto Compton, por el que parte de la energía radiante se invierte en liberar electrones. La capacidad de penetración en un medio aumenta con la frecuencia de los rayos y, para una misma longitud de onda, la absorción crece con el número atómico de los elementos químicos. La parte blanda de un haz se suele eliminar precisamente por absorción con filtros adecuados.
Para finalizar, debemos apuntar en esta reseña conmemorativa, aunque sólo sea de paso, los importantes resultados que la utilización de los rayos X suponen en Cosmología, donde, gracias a detectores situados fuera de la atmósfera, estamos conociendo aspectos insólitos de la génesis cósmica.
Rafael López Valverde es Profesor de Enseñanza Secundaria en el I.B. Pablo Picasso