Óptica geométrica (Parte XVI)

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En primer lugar mi saludo respetuoso para toda la comunidad académica y científica de steemit, en especial a #stem-espanol, #steemstem, #curie, #cervantes , #steemitasclub y #nucleo-fse, seguimos con el vínculo entre la óptica y la geometría, es decir, la óptica geométrica.

Introducción

Continuamos con el análisis de los rayos o radiaciones invisibles para nuestros sistemas ópticos naturales (ojos), de esta manera vamos conformando el espectro electromagnético imperceptible para nuestra mirada, debido a que ya hemos conocido a los rayos ultravioleta (UV), infrarrojo (IR), rayos X (R-X), radiaciones microondas (MO) y en esta oportunidad estudiaremos de manera general a los potentes rayos gamma.

La franja de la luz visible a nuestros ojos sigue siendo nuestro esencial punto de referencia para el entendimiento de todos aquellos rayos o radiaciones que conforman el mencionado espectro electromagnético, en donde, se ha ido demostrando que la mayor parte de estos rayos no los podemos ver, sin embargo, han sido de gran utilidad para nuestro más esencial desarrollo.

En cuanto a las microondas pudimos comprobar tal característica de imperceptibilidad y a la vez su gran impacto en nuestras actividades cotidianas conociendo algunas de sus aplicaciones, resaltando en cada uno de estos análisis la cantidad de energía de dichos rayos o radiaciones, estableciéndose que la misma (energía) es inversamente proporcional a la longitud de onda de tales rayos o radiaciones electromagnéticas.

Al igual que en los anteriores artículos nos seguimos guiando a través de la conceptualización de rayos luminosos cuya propagación es en el línea recta tal y cual nos lo ha ofrecido la óptica geométrica, en donde, es posible incluir a principios como el de la reflexión y refracción, sin olvidarnos de nuestra óptica física y su caracterización en cuanto a las longitudes de ondas las cuales como ya pudimos expresar determinan la cantidad de energía presente en dichos rayos o radiaciones electromagnéticas.

Tomando en cuenta nuestro punto de referencia, luz visible, hemos saltado de un extremo a otro de dicho espectro electromagnético, por lo tanto, encontrándonos con rayos o radiaciones bien sea de menor o mayor longitud de onda que las pertenecientes a nuestro espectro referencia, en donde, ya hemos ido estructurando nuestro propio espectro electromagnético en relación a cada uno de los análisis realizados.

De acuerdo a lo antes expuesto, hemos agrupado a los rayos o radiaciones de mayor longitud de onda al lado derecho de nuestra luz blanca, en donde, ya tenemos a los rayos infrarrojo (IR) y las microondas, en el lado izquierdo se ha colocado a los rayos o radiaciones de menor longitud de ondas y hasta el momento nos encontramos con los rayos ultravioleta (UV), rayos X (R-X) y ahora insertaremos a los poderosos rayos gamma.

Al alejarnos por la banda izquierda de nuestra luz visible nos encontraremos con rayos o radiaciones cada vez con mayor cantidad de energía que las franjas anteriores, sobre todo con mayor cantidad de energía que nuestro espectro visible, de esta forma podemos expresar que los rayos gamma poseen menor longitud de onda que los rayos X, y por tanto son aún más ionizantes que dichos rayos X.

Debido a esta alta cantidad de energía tanto los rayos X (R-X) como los rayos gamma son consideradas radiaciones ionizantes ya que cuando inciden en algún tejido pueden hacer que estos pierdan alguna porción de su energía y con ello separar ciertos electrones de determinados átomos (transformándolos en iones) los cuales conforman las moléculas de tales tejidos impactados por estas radiaciones de gran cantidad de energía.

Es vital poder continuar expresando que la humanidad ha logrado implementar estos rayos o radiaciones pertenecientes al espectro electromagnético a su favor, y con esto ha podido dar gigantescos pasos en la búsqueda de su desarrollo, y los rayos gamma se encuentran en esta esencial lista de radiaciones electromagnéticas que han facilitado nuestra existencia y comprensión de nuestro más recóndito universo.

Pero debemos siempre tener en cuenta toda clase de cuidado al momento de exponernos a estos rayos o radiaciones bien sean no ionizantes o ionizantes, esto lo hemos venido resaltando en cada una de los anteriores artículos con la finalidad de poder prevenir cualquier tipo de lesión o enfermedad sobre nuestro cuerpo o nuestra piel.

Los rayos gamma

Igualmente como lo hemos hecho en los anteriores artículos relacionados con los rayos ultravioleta (UV), infrarrojo (IR), rayos X (R-X) y microondas (MO), continuamos con el principio fundamental de la óptica física, es decir, aquel que nos dice que el esencial fenómeno de la luz es una radiación electromagnética, y por lo tanto, la hemos llamado energía radiante, además utilizando el esencial principio de la óptica geométrica, es decir, su conceptualización de rayo con propagación en línea recta.

Ya tenemos nuestra punta de lanza (fracción espectral de luz blanca) para comenzar con el análisis de los rayos gamma, dichos rayos son los más energéticos que hemos conocido, esto nos lleva a su longitud de onda la cual es aún menor que la de los rayos X, ni hablar de nuestro espectro visible, y por tanto estos rayos son mucho más penetrantes que los rayos X, y a la vez más ionizantes que estos.

De acuerdo a lo antes expuesto podemos decir entonces que los rayos o radiación gamma son de igual o similar naturaleza que nuestra luz blanca y con ello también semejante a los rayos o radiaciones como luz ultravioleta (UV), infrarrojo (IR), rayos X, y microondas, diferenciándose todas estas en su longitud de onda y en consecuencia en su cantidad energética, lo que conlleva que unas sean más penetrantes que otras, tal y como es el caso de los rayos X y ahora los rayos gamma, a continuación relacionaremos la capacidad de penetrabilidad de la luz visible, rayos X y rayos gamma en la siguiente figura 1.


En la anterior figura 1, pudimos observar como los rayos gamma debido a su gran cantidad energética posee mayor alcance de penetrabilidad que los rayos X y la luz visible, demostrando entonces que dichos rayos gamma son los más energéticos en nuestro espectro electromagnético, y por lo tanto de mayor cuidado al momento de su exposición sobre todo cuando se trata de exponer nuestro cuerpo.

Entonces, los rayos gamma también pertenecen a la familia de nuestro espectro electromagnético, y con ello propagándose en forma de ondas siguiendo una direccionalidad rectilínea así como lo realiza nuestra luz blanca o visible, y ratificando que ambas radiaciones las diferenciamos con su longitud de ondas una mucho más corta (rayos gamma) que la otra (luz visible).

La característica de penetrabilidad de estos rayos, nos ha permitido utilizarla en esenciales áreas relacionadas con la humanidad como lo es la medicina, por lo tanto, acompañan a los rayos X como las radiaciones presentes en dicha área, a pesar de poder impactar negativamente en nuestro organismo (cuando nos exponemos a ellos por largo tiempo) hemos podido direccionarlos hacia aplicaciones positivas como el tratamiento de algunos tipos de cáncer.

La irradiación gamma es otra importante aplicación de estos rayos o radiaciones, recordemos que la radiación la hemos identificado como un tipo de manifestación de la energía la cual se propaga en el espacio en forma de ondas electromagnéticas (o de partículas) como lo hace nuestra luz visible o cualquier otra radiación presente en el espectro electromagnético, y la irradiación la podemos expresar como aquel proceso en donde se expone de manera deliberada (pero a la vez controlada un determinado material o materia) a la acción de una fuente de rayos gamma.

Los rayos o radiaciones gamma, podemos decir que son muy similares a los rayos X, pero además de su diferencia de longitud de onda como se ha descrito, también se diferencian en cuanto a su acción en la materia en la cual incide, ya que dicha acción de los rayos gamma se producirá en el núcleo de un determinado átomo y el de los rayos X se originara en las capas externas del átomo en donde están situados los electrones, a continuación mostraremos la interacción de los rayos gamma con la materia en la siguiente figura 2.


Algunos elementos isotopos (átomo de un mismo elemento, diferenciándose en la cantidad de neutrones) como uranio, plutonio, cobalto pueden emitir este tipo de rayos o radiación gamma, en donde, el cobalto 60, es implementado para esterilizar importantes equipos médicos, en cuanto a los rayos o radiaciones gamma que se originan en lo más alto de nuestro espacio exterior no llegan a la tierra debido a que los mismos son capturados o absorbidos por la densa y alta atmósfera que envuelve nuestro planeta, de lo contrario representaría esta acción el final para nuestra existencia, a continuación mostraremos una forma de manifestación de rayos gamma presente en nuestro espacio exterior en la siguiente figura 3.


Poder detectar a los rayos gamma es una dura tarea debido a la corta longitud de onda de los mismos y en consecuencia a su alta cantidad energética, los detectores de estos rayos son conformados por bloques de cristales ordenados de tal forma que sean densos y al colisionar los rayos gamma con dichos cristales se origina una colisión con los electrones que poseen tales cristales, detectándose aquellas partículas que se han cargados por dichos choques o colisiones.

Si seguimos en nuestro espacio exterior podemos encontrarnos con otras formas de generación o producción de este tipo de radiación gamma, cuando electrones que se encuentran dentro de campos magnéticos originados en lo alto de nuestro universo luego de rebotar en el interior de estos campos adquiera la velocidad necesaria para escapar de dicho interior, al salir pudiera colisionar con un determinado fotón de baja energía y de esta manera producir un rayo gamma, como podemos visualizar en la siguiente figura 4.


Esto también puede ocurrir con un protón, al salir luego de rebotar muchas veces en el interior de dichos campos alcanzando de esta manera la velocidad suficiente para escapar y el mismo puede llegar a chocar o impactar con un fotón dando origen un pión neutro que rápidamente se transformara en rayo o radiación gamma, como podemos ver en la siguiente figura 5.


Espectro de los rayos gamma

De esta manera seguimos construyendo nuestro espectro electromagnético y en esta oportunidad insertaremos la franja o porción espectral perteneciente a los rayos gamma, ordenando a dichos rayos o radiaciones de acuerdo a su longitud de onda, y en consecuencia a su cantidad energética y frecuencia, en donde, como se ha expresado los rayos gamma poseen hasta ahora la mayor cantidad de energía.

La fracción espectral de los rayos gamma la encontramos al lado de los rayos X, esta porción espectral, por ser los rayos gamma los más energéticos de todos los encontramos más allá de los rayos X, y de esta manera los mismos encabezan el extremos de nuestro espectro electromagnético, esto en cuanto a su relación tanto a las cortas longitudes de ondas, frecuencias y energía, logrando así ser la más penetrante e ionizantes de todas las radiaciones electromagnéticas.

Por lo tanto, confirmamos que los rayos gamma son radiaciones electromagnéticas e invisibles para nuestros instrumentos ópticos naturales, acompañando en esta característica a los rayos ultravioleta (UV), infrarrojo (IR), rayos X (R-X) y las microondas, de esta forma estos rayos gamma pertenecen a la familia de nuestro espectro electromagnético como podemos observar en la siguiente figura 6.


En la anterior figura 6, observamos la porción espectral de la radiación o rayos gamma, cuya longitud de ondas por ser muy cortas convierten a estos rayos en imperceptibles para nuestros ojos, sin embargo, son de gran utilidad en diversas actividades cotidianas de la humanidad.

Conclusión

El hombre y su incansable tarea por interpretar nuestro universo lo ha llevado a ir descifrando poco a poco el lenguaje de nuestra madre naturaleza, y los rayos o radiaciones electromagnéticas se encuentran en esta prestigiosas lista, y como no serlo, si en dicho espectro tenemos a nuestra luz visible con la cual podemos llevar a cabo cualquier tipo de estudio o análisis ya que con la misma observamos a nuestro entorno tal y como es.

Con este análisis de forma general de los rayos gamma, continuamos con el recorrido por cada una de las porciones que conforman nuestro espectro electromagnético con la firme intención de conocer sobre estas, y resaltar su gran valor para nuestro desarrollo, resaltando algunas de sus muchas aplicaciones como hemos hecho en cada uno de los análisis anteriores partiendo de nuestro punto referencial (luz visible), luego hacia la luz ultravioleta, infrarrojo, rayos X, microondas y ahora los rayos gamma.

Al igual que los rayos X, los rayos gamma son radiaciones ionizantes debido a su alta cantidad de energía relacionada está a su longitud de onda, ambas radiaciones son implementadas en importantes actividades del hombre como lo es el área de la medicina, en donde, al controlar sus exposiciones pueden llegar a eliminar tejidos cancerígenos, también son implementados en la desbacterización o esterilización de ciertos materiales o equipos médicos, entre otras aplicaciones.

Los rayos gamma nos han permitido ampliar nuestro conocimiento relacionado a nuestro espacio exterior, en este hemos podido encontrar innumerables procesos en donde se generan estos tipos de radiaciones y las cuales no llegan a la tierra por la alta atmósfera que envuelve nuestro planeta, muchas emisiones de estos rayos son originados a través de elementos tales como plutonio, cobalto, entre otros, implementándose de esta forma en áreas antes mencionadas y de vital importancia para todos nosotros.

Es siempre importante resaltar la adecuada regulación en cuanto a la exposición de estos rayos sobre todo cuando exponemos a nuestro cuerpo a estas radiaciones, y de esta manera poder aprovechar eficazmente la acción positiva de los mismos, por lo tanto, debemos siempre tomar todas las precauciones necesarias cuando tengamos que utilizar estas radiaciones, en especial los rayos X y rayos gamma por ser ambas ionizantes.

Hasta otra entrega mis apreciados lectores de steemit, en especial a los miembros de la gran comunidad de #STEM-Espanol, los cuales reciben el apoyo de otras maravillosas comunidades como los son #steemstem y #curie, por lo cual recomiendo ampliamente formar parte de este ejemplar proyecto, ya que nos permiten valorar y resaltar la gran tarea de la academia y el gran esfuerzo del campo científico.

Nota: Todas las imágenes fueron elaboradas usando las aplicaciones Paint, Power Point y el gif animado fue elaborado con la aplicación de PhotoScape.

Referencias Bibliográficas


[1] Charles H. Lehmann. Geometría Analítica. Décima tercera reimpresión. Editorial Limusa. México, D.F. 1989.
[2] Jennings, G.A. Geometría moderna con aplicaciones. Springer, New York, 1994.
[3] Raymod A. Serway y John W. Jewett, Jr. Ed. Thomson. Física. Edición 1 y 3. [4] Giancoli, D.C. Física, principios y aplicaciones, Reverté S.A. España, 1985.
[5] Cornejo Rodríguez Alejandro, Urcid Serrano Gonzalo. Óptica geométrica. Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica. 2 da edición, octubre 2005.
[6] Cabrera J. Manuel, Fernando J. López, Fernando A. López. Fundamentos de Óptica Electromagnética, Addison-Wesley Iberoamericana, 1993.
[7] Young Hugh D. Fundamentos de la Óptica y Física Moderna, McGraw-Hill, 1971.
[8] Santos Benito Julio. Manual de óptica geométrica. UNIVERSIDAD DE ALICANTE.
[9] Fontal Bernardo. El espectro electromagnético y sus aplicaciones. Escuela Venezolana para la enseñanza de la química.
[10] Rangel Urrea Walter. Aplicación de la irradiación gamma. Servicios tecnológicos, ININ.
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Excelente contenido, fundamental para entender las propiedades físicas de las manifestaciones de energía mas poderosas del universo. Saludos cordiales!

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Gracias por la información.
Buen contenido. A cuidarse de de la radiaciones.

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Excelente explicación nos muestra en tu serie temática de óptica geométrica, en este caso un tema muy importante el de los rayos gamma, en el caso de la industria petrolera el conocimiento de los rayos gamma se emplea para conocer acerca de un registro de pozos muy importante como lo es el rayos gamma natural o mejor conocido como gamma ray, casualidad en mi próxima publicación estare explicando este registro de pozos, me servira de mucho todo lo explicado en este artículo. Saludos @rbalzan79 y gracias por compartir tan valioso contenido.

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