¿Por qué los rayos X no penetran en el hueso?

Mi hermano hizo la pregunta más simple: ¿por qué los rayos X no penetran en el hueso?

Sé que tiene algo que ver con la estructura molecular compacta del hueso. Lo que realmente necesito saber es, ¿cuál es la razón de esto? ¿Cuál es la distancia atómica entre los átomos de los huesos que impide que los rayos X los atraviesen?

No estoy seguro de si es cierto que las longitudes de onda de los rayos X que se usan para las radiografías médicas no pueden penetrar en el hueso. Ese no es necesariamente el caso. Todo lo que se requiere para obtener imágenes es que haya un contraste entre la absorción de rayos X del hueso y la del tejido humano. Y creo que el factor de absorción de rayos X de un material no depende tanto de la distancia entre los átomos individuales del material sino más bien de la densidad electrónica del material.

Respuestas (1)

Los huesos absorben más rayos X que los tejidos blandos debido al calcio en los huesos (y la alta densidad también ayuda, pero las mismas densidades de, digamos, carbono o silicio, no absorberían tantos rayos X). El alto número atómico del Calcio (20), aumenta dramáticamente el efecto fotoeléctrico, que es el principal mecanismo de absorción de rayos X por parte de los huesos.

Si revisa los otros elementos comunes en el cuerpo, verá que la mayoría tiene un número atómico más bajo. Los otros elementos comunes: Carbono (6), Oxígeno (8), Hidrógeno (1), etc., simplemente no pueden competir con el Calcio. Esto también explica por qué el yodo (número atómico 53) funciona como agente de contraste (además de ser relativamente seguro y soluble en agua).

¿Y qué elemento de alto número atómico aumenta el efecto fotoeléctrico?
@SulavSigdel aumenta la densidad de electrones porque el núcleo tiene una carga más grande.
@Ruslan: también es muy importante la mayor energía de enlace del electrón, lo que aumenta en gran medida la sección transversal, que es de aproximadamente Z 2 . No es solo una mayor densidad porque, en general, el efecto fotoeléctrico es de aproximadamente Z 3 .
Que no es solo el número de electrones (o la densidad de masa) está claro si uno piensa en una radiografía de cadera o abdomen. Debido a que hay mucho más grosor de tejido blando en relación con el grosor del hueso, si fuera solo la cantidad de electrones, el contraste sería realmente bajo. Pero todavía hay un buen contraste porque los electrones de calcio absorben una cantidad desproporcionada de rayos X en comparación con los elementos Z inferiores. Esto es aún más vívido en el ejemplo del yodo llenando una vena.
Hay más que solo densidad. Una película de puerto es una radiografía realizada con rayos X de alta energía (> 1 MeV) para verificar la posición de un paciente antes de un tratamiento de radioterapia. El contraste entre los huesos y el tejido blando es muy bajo.
@jameslarge: que principalmente no es densidad es el punto central de mi respuesta, y el largo comentario anterior. Que la absorción fotoeléctrica disminuya a medida que aumenta la energía también es parte de la comprensión fotoeléctrica, pero es una complicación innecesaria para esta pregunta específica, por lo que no la mencioné.
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