interacción de rayos x con la atmósfera

El sitio web de Chandra tiene una buena descripción de esto. consulte http://chandra.harvard.edu/xray_astro/absorption.html para obtener más detalles. En resumen, los rayos X tienen suficiente energía para ionizar moléculas en la atmósfera y se absorben en el proceso.

Los rayos X tienen una longitud de onda corta. Imagina un camino cubierto de pelotas de ping pong. Intenta hacer rodar una canica y lo más probable es que rebote de un lado a otro entre las bolas y, finalmente, se detenga sin llegar al otro lado. Ahora prueba con un balón de fútbol. Estos se cruzarán casi todo el tiempo. Y ahora un camión. Dudo que encuentres una situación en la que estos no se crucen..

De manera similar, la atmósfera puede pensarse como un camino con pelotas de ping pong (moléculas), y las ondas EM son varios objetos que intentas hacer rodar. Las ondas de radio tienen longitudes de onda grandes (1 metro y c). Nadie detiene estos. Las ondas de luz tienen longitudes de onda mucho más pequeñas (en$\mu\text{ m}$), pero todavía son grandes en comparación con los átomos (estos son del orden$10^{-10}\text{ m}$). Los rayos X son lo suficientemente pequeños como para ser obstruidos por todos, por lo que (afortunadamente) no alcanzan la corteza y nos fríen.

Una nota al margen interesante: la razón por la que las ondas de radio son abundantes es la misma razón por la que son más difíciles de usar que la luz/rayos X en astronomía. Debido a su tamaño, no dan una lectura precisa a menos que empleemos grandes telescopios. Piense en el camión. Si una hormiga hipotéticamente te arroja un camión, realmente no puedes estar seguro de dónde está la hormiga. Pero si la hormiga arroja una canica o una semilla de sésamo (suponiendo que atrapas la semilla y determinas su velocidad), puedes calcular la trayectoria y encontrar la hormiga con precisión, y aplastarla por arrojarte cosas. El mismo principio se aplica cuando se busca una fuente de radio.

Creo que la explicación simple sería así. Si un fotón de rayos X viaja a lo largo de un camino entre moléculas de aire (no hay moléculas a lo largo del camino/todas las moléculas están al costado del camino), entonces el fotón no se absorbe. Si el fotón no está en un camino libre de moléculas y golpea una molécula, se absorbe. Una columna de 14,7 libras de aire se asienta en cada centímetro cuadrado de la superficie terrestre. No hay "caminos libres de moléculas" desde la "parte superior de la atmósfera" hasta el suelo cuando, por ejemplo, un haz de rayos X con una sección transversal de 1 pulgada cuadrada intenta viajar desde el espacio, a través de 14,7 libras de aire, hasta el suelo. por lo que es todo absorbido. En el hospital, cuando se hace una imagen de rayos X, un haz de rayos X con una sección transversal de 1 pulgada cuadrada solo tendría que viajar a través de unos 10 gramos de aire desde la fuente hasta su cuerpo. luego pase por una libra de su músculo y luego unos pocos gramos más de aire para llegar al plato. Se absorben muchos fotones, pero en términos porcentuales, muchos más hacen el viaje que a través de 14,7 libras de aire. Los huesos son otro asunto: los átomos están tan juntos que no hay un camino libre de átomos incluso a través de un hueso pequeño (aunque depende un poco de la densidad ósea).

Después de la interacción con la materia, los rayos X generalmente se degradan a formas menos energéticas de radiación EM, por debajo del rango de rayos X, mientras que los fotones menos energéticos tienden a ser absorbidos y reemitidos dentro del mismo rango que la radiación incidente, como sucede con los fotones. en el rango de luz visible o rango IR.

El hecho de que la atmósfera de la Tierra sea muy grande [equivalente a "una pared de hormigón de 5 metros (16 pies) de espesor!" según " https://chandra.harvard.edu/xray_astro/absorption.html " ] es lo que lo hace muy efectivo para bloquear los rayos X.

Los fotones con longitudes de onda largas tienden a "comportarse" más como "ondas" [rebotar, reflejar, dispersar, etc.] y los de longitud de onda corta más como "partículas" [o bien se "absorben" o simplemente pasan - la naturaleza de la onda está más disimulada] y las ondas tienden a propagarse a distancias más largas que las partículas, en términos generales.