Moviment Ondulatori i Radiació: Conceptes, Ultrasons i Interaccions

Moviment Ondulatori: Conceptes Fonamentals

El moviment ondulatori és la propagació d'una pertorbació per l'espai. En aquest procés, es propaga l'energia, però no la matèria.

Tipus de Moviment Ondulatori

Segons la Direcció de Propagació

• Moviment Ondulatori Longitudinal: L'ona es propaga en la mateixa direcció que la pertorbació.
• Moviment Ondulatori Transversal: La direcció de propagació és perpendicular a la pertorbació.

Segons la Naturalesa de l'Ona

• Ones Mecàniques: Necessiten un medi material per propagar-se.
• Ones Electromagnètiques: Es propaguen pel buit i ho fan a una velocitat superior.

Paràmetres Bàsics del Moviment Ondulatori

• Longitud d'Ona (λ): És la distància que recorre una ona en una oscil·lació completa.
• Amplitud: Representa la màxima pertorbació o desplaçament de les partícules del medi respecte a la seva posició d'equilibri.
• Freqüència (f): És el nombre d'ones que passen per un punt en un segon.

Ultrasons i Ecografia: Aplicacions i Principis

Velocitat de Propagació del So

La velocitat de propagació del so depèn de la densitat del medi: com més a prop estan les molècules, més xoquen i més ràpida és la propagació. L'amplitud es relaciona amb la intensitat (volum) del so. En el cos humà, la velocitat de propagació del so és d'aproximadament 1540 m/s.

Freqüència i Longitud d'Ona en Ultrasons

L'oïda humana pot escoltar sons amb freqüències que van dels 20 als 20.000 Hz. Si la velocitat de l'ona és constant, la longitud d'ona (λ) i la freqüència (f) són inversament proporcionals.

La longitud d'ona (λ) de l'ultrasò està directament relacionada amb la mida del detall més petit que es pot visualitzar en un ecògraf. La resolució de la imatge ve donada per la capacitat de distingir els detalls més petits. La imatge en ecografia es basa en la reflexió i flexió de les ones.

Quan l'ona xoca amb un obstacle molt petit, es produeix dispersió i l'ona segueix el seu camí. Per a una bona resolució en ecografia, ens interessa que la longitud d'ona (λ) dels ecògrafs sigui petita. No obstant això, les freqüències més altes s'atenuen més ràpidament, la qual cosa significa que penetren menys en el teixit.

Paràmetres Detectats per l'Ecògraf

Impedància Acústica

És la dificultat que ofereix un medi perquè les ones sonores es propaguin al seu interior. Depèn de la naturalesa del medi.

Interfases i Eco

El primer que detecta un ecògraf són les interfases, que són els canvis entre dos medis amb impedància acústica diferent. Aquests canvis generen un eco (reflexió de l'ona).

Posició de les Interfases

El transductor emet ultrasons, es deté i espera a rebre l'eco. Calculant el temps que triga l'eco a tornar, l'ecògraf pot determinar la profunditat a la qual es troba la interfase.

Ecogenicitat

És la capacitat d'una estructura de generar eco. Les estructures més ecogèniques apareixen més blanques a la imatge.

El Transductor

El transductor és l'element que emet ultrasons i rep l'eco. Al seu interior conté un cristall piezoelèctric que es deforma i vibra quan rep un corrent elèctric, generant així les ones ultrasòniques.

Radiació Electromagnètica: Naturalesa i Espectre

La radiació electromagnètica no necessita matèria per propagar-se (pot viatjar pel buit) i ho fa a la velocitat màxima de 3 x 10⁸ m/s. Es produeix per la vibració d'un camp elèctric i un camp magnètic perpendiculars entre si, i aquesta pertorbació es propaga per l'espai.

El Fotó: Unitat Bàsica de la Radiació

La unitat més bàsica de la radiació electromagnètica és el fotó. Està format per una partícula molt petita que es considera que no té massa i que viatja acompanyada d'una doble ona (elèctrica i magnètica). El que diferencia un fotó d'un altre és el tipus d'ona (freqüència i longitud d'ona) de la doble ona associada.

La radiació electromagnètica no és matèria, sinó energia, i aquesta és directament proporcional a la freqüència (f) de l'ona associada, segons la fórmula E = h · f (on 'h' és la constant de Planck).

Espectre de la Radiació Electromagnètica

En l'espectre de la radiació electromagnètica, la longitud d'ona (λ) i la freqüència (f) són inversament proporcionals, mentre que la freqüència (f) i l'energia (E) són directament proporcionals.

Efectes de la Radiació Ionitzant en la Matèria

El fet que la radiació pugui ionitzar la matèria té avantatges i desavantatges. Ens és útil perquè permet, per exemple, visualitzar estructures quan un electró és arrencat, generant imatges.

El problema rau en el fet que tota la matèria té enllaços covalents. Aquests es formen quan dos àtoms comparteixen electrons, creant un orbital molecular on els electrons es mouen entre els dos àtoms. Si qualsevol radiació arrenca un d'aquests electrons, l'enllaç es trencarà.

Impacte en l'ADN i Risc de Càncer

En el cos humà, tenim moltes molècules, però una de crucial importància que no podem fabricar és l'ADN. Quan la radiació ionitza l'ADN i trenca un enllaç, pot provocar una mutació. Si hi ha un desajust en el cicle cel·lular (les cèl·lules es divideixen desordenadament), es pot desenvolupar càncer. La radiació augmenta la probabilitat d'aquesta malaltia.

Si rebem una dosi molt alta de radiació (molts fotons), això pot causar la mort de moltes cèl·lules i provocar lesions greus.

Interaccions Específiques de la Radiació amb la Matèria

Perquè un fotó de radiació ionitzi, necessita xocar directament contra un electró.

Efecte Fotoelèctric

Es produeix quan un fotó ionitza l'àtom, alliberant tota la seva energia en la matèria. Una part d'aquesta energia es gasta en arrencar l'electró. Aquesta interacció és més probable amb radiació de baixa energia.

Efecte Compton

Es produeix quan un fotó ionitza l'àtom, alliberant només una part de la seva energia. L'energia sobrant surt en forma de fotó dispers cap a qualsevol direcció. Aquesta interacció és més probable amb energies altes.

Comparació: Radiació Electromagnètica i de Partícules

Radiació de Partícules Ionitzant

La radiació de partícules és ionitzant degut a la seva càrrega elèctrica. Aquesta càrrega provoca interaccions electrostàtiques (atracció o repulsió) amb els electrons dels àtoms del medi. No necessiten xocar directament amb els electrons per ionitzar, ja que interactuen per càrrega elèctrica.

Qualsevol partícula que arrenca electrons perd energia, i ho fan molt ràpidament. Això significa que tenen una alta transferència lineal d'energia (TLE) i un recorregut curt, ja que consumeixen la seva energia de seguida. Per tant, la radiació de partícules és molt poc penetrant.

Radiació Electromagnètica Ionitzant

La radiació electromagnètica no té càrrega ni massa. Per tant, no pot fer saltar els electrons si no els toca; necessita xocar directament amb ells. Són menys ionitzants que les partícules (arrenquen menys electrons per unitat de distància) però són molt penetrants.

Transferència Lineal d'Energia (TLE)

La Transferència Lineal d'Energia (TLE) és la quantitat d'energia alliberada en el medi per unitat de distància recorreguda. La radiació X i gamma (tipus de radiació electromagnètica) ionitzen més a poc a poc, però travessen més el medi.

Riscos Associats a la Radiació

Risc d'Irradiació Externa

Es produeix quan la font de radiació es troba fora del cos. La radiació electromagnètica (com els raigs X i gamma) és més perillosa en aquest context, ja que és ionitzant i molt penetrant. El factor que més protegeix contra la irradiació externa és la distància a la font.

Risc d'Irradiació Interna

Es produeix per la incorporació de material radioactiu a l'organisme, ja sigui per inhalació, ingestió o injecció. Per exemple, les partícules alfa, un cop dins del cos, irradiaran intensament les cèl·lules del voltant, causant un dany localitzat significatiu.