Radiaciones ultravioleta e infrarroja, láser y ultrasonidos: parámetros físicos y efectos biológicos

Radiaciones ultravioleta e infrarroja

Parámetros físicos de las ondas

• Elongación: distancia que separa al móvil del punto de equilibrio en un momento determinado. Se mide en metros (m).
• Amplitud: elongación máxima. Es el desplazamiento máximo con respecto al punto de equilibrio. Se mide en metros (m).
• Periodo: tiempo que tarda en completar un ciclo, es decir, el tiempo en volver al mismo sitio después del movimiento completo. Se mide en segundos (s).
• Frecuencia: número de ciclos por segundo. Se mide en hercios (Hz). La frecuencia es el inverso del periodo.
• Longitud de onda: es la mínima distancia entre dos frentes de onda consecutivos, es decir, la distancia mínima entre dos puntos de una onda que se encuentran en el mismo estado de vibración. Se mide en nanómetros (nm).
• Velocidad de propagación: espacio recorrido por el punto de onda cada segundo. La velocidad depende del medio en el que se propaga la onda. Se mide en nm/s.
• Dirección de propagación de la onda: línea en la cual tiene lugar la aparición de la perturbación, es decir, la dirección en la que se propaga la onda.
• Dirección de vibración: línea que siguen las partículas en su movimiento de vibración alrededor del punto de equilibrio.

Parámetros asociados a efectos biológicos

Se sabe que la onda reflejada depende directamente de la diferencia entre las impedancias de los dos medios (Z1 - Z2). El uso de geles que se aplican sobre la piel cuando se utilizan algunas técnicas sirve para evitar en lo posible la reflexión. Las impedancias del aire y de la piel (Z1 y Z2) son muy diferentes; el gel, al tener una impedancia intermedia entre el aire y la piel, hace que la diferencia entre ellas sea menor.

Ondas electromagnéticas

En conclusión, cuanto menor sea la longitud de onda o mayor la frecuencia de la onda electromagnética, mayor será su energía. Las frecuencias de la región ultravioleta son mayores que las de la luz visible, por tanto, son más energéticas. En cambio, la radiación infrarroja presenta frecuencias menores que la luz visible y, por tanto, transporta menos energía.

Radiación ultravioleta

Se encuentra en el espectro electromagnético a continuación del color violeta de la luz visible. Tiene una longitud de onda menor que la luz visible, por tanto, es de mayor frecuencia y mayor energía.

La radiación no ionizante, como la UV, presenta selectividad en su absorción por parte de la materia. La mayor absorción la presentan las moléculas que contienen en su fórmula dobles enlaces (alternos). Las sustancias de este tipo reciben el nombre de cromóforos para la longitud de onda UV (proteínas y ADN).

La penetración es inversamente proporcional a la energía asociada a la radiación.

Radiaciones 2. Láser: amplificación de la luz por emisión estimulada de radiación

Un electrón en un átomo estará en uno de sus estados posibles de energía. Aunque el número de niveles de energía puede ser grande, se supondrá, por simplicidad, lo siguiente: un gas en el que todos sus átomos son iguales y tiene solo dos niveles de energía, E1 y E2, siendo E1 menor que E2. Al nivel de menor energía se le denomina nivel fundamental y al de mayor energía, nivel excitado. Existen tres tipos de procesos:

1. Emisión espontánea: un átomo que se encuentra en el estado excitado (E2) pasa espontáneamente del nivel de energía E2 al E1, emitiendo un fotón de energía.
2. Absorción: un átomo en el estado fundamental (E1) puede tomar energía del exterior (hν) y por eso pasa al estado excitado (E2). El átomo absorbe energía.
3. Emisión estimulada: un átomo en estado excitado (E2) es estimulado por un fotón externo de energía adecuada, lo que provoca la emisión de un segundo fotón idéntico al primero.

Propiedades del láser

• Monocromaticidad: la luz del haz láser es de una sola longitud de onda y, por tanto, de un mismo color.
• Coherencia: todas las ondas que forman el haz láser están en concordancia de fase.
• Direccionalidad: el haz de luz láser se propaga en línea recta y sin divergencia (unidireccional).
• Intensidad: debido a sus características, la intensidad de la radiación láser es muy alta (puntual).

Láser diodo

Son semiconductores, ya que el medio activo es un diodo semiconductor formado por dos cristales de arseniuro de galio con impurezas. Un semiconductor es una sustancia cuya conductividad eléctrica tiene un valor intermedio entre el de los materiales aislantes y el de los conductores. El silicio, el germanio y el arseniuro de galio son los semiconductores más usados. En el caso de los láseres se emplea el arseniuro de galio.

• Cristal N: contaminado con pequeñas cantidades de un elemento que desprende electrones.
• Cristal P: contaminado con pequeñas cantidades de zinc, elemento que tiene huecos libres que pueden llenarse de electrones.

Parámetros asociados al láser

• Potencia: hay que tener en cuenta la superficie irradiada. No causa el mismo efecto la misma cantidad de energía irradiada sobre una zona puntual que sobre una superficie extensa. Por tanto, es importante controlar la densidad de energía.
• Efecto térmico: se debe a la absorción por los tejidos de la energía transportada por el haz de luz láser y a su degradación total en calor.
• Efecto fotoquímico: el efecto térmico da lugar a una absorción energética que afecta de forma global al tejido irradiado. En ciertos casos, esta absorción puede ser más selectiva.

Ultrasonidos

Los ultrasonidos son ondas mecánicas de presión de tipo longitudinal y de frecuencia superior a los 2000 Hz. Son inaudibles para el ser humano y se producen por compresión y descompresión periódica del medio en el que se propagan.

La diferente velocidad de propagación se debe a la distinta capacidad de deformación que presenta el material del que está compuesto el medio en el que se propaga. La magnitud que caracteriza esta propiedad es la impedancia acústica (resistencia que opone el medio a la propagación de la onda sonora).

Los ultrasonidos se propagan en línea recta y son direccionales al tener una longitud de onda corta. Pueden dirigirse en haces de muy poca cobertura, con la consiguiente concentración de energía.