Desenrollar cinta adhesiva en una cámara de vacío produce rayos X que pueden impresionar radiografías

Katharine Sanderson, “Sticky tape generates X-rays. How weird is that?,” Nature News, 22 October 2008 , nos comenta el artículo de los investigadores de la Universidad de California, Los Angeles, Carlos G. Camara, Juan V. Escobar, Jonathan R. Hird, Seth J. Putterman, “Correlation between nanosecond X-ray flashes and stick-slip friction in peeling tape,” Nature, 455: 1089-1092, 23 October 2008 , en el que muestran que “desenrollar” una cinta adhesiva en una cámara de vacío puede producir rayos X suficientes para tomar una imagen de uno de los dedos de los investigadores (como vuestra el vídeo; lo siento, está en inglés). La cinta utilizada es Photo Safe 3M Scotch Tape (ancho 19 mm, rollos de 25.4 m).

La triboluminiscencia es la producción de luz visible debido al movimiento relativo entre dos superficies en contacto (a veces nos saltan chispas cuando nos quitamos un abrigo de lana, por ejemplo). En laboratorio se había demostrado que también se producen rayos X. Los autores del artículo muestran dicho fenómeno con cintas adhesivas (de las habituales en cualquier escritorio). En un vacío moderado, se produce tanto emisión visible, como ondas de radio y emisión de rayos X (pulos de unos 100 mW, miliwatios). Estos fenómenos son similares a la descarga que algunos sufren al bajar de un coche y tocar el dedo la puerta, o en los hoteles con moqueta al tocar el picaporte de una puerta. Para mucha gente no es sólo un fenómeno visible sino también incómodo y/o doloroso. Los autores del artículo han observado pulsos de rayos X con una energía pico de 15 keV, suficientes para producir una imagen de rayos X en una película estándar de radiología.

La tribología es la rama de la ciencia que estudia los fenómenos asociados al rozamiento (fricción) entre superficies. La triboelectrificación es un fenómeno conocido desde la antigüedad aunque su explicación física microscópica no es conocida con todo detalle. Por ejemplo, para la cinta adhesiva de los vídeos se ha propuesto que el fenómeno es debido a las fuerzas de van der Waals pero su baja energía difícilmente puede explicar la generación de fotones (luz); este fenómeno fue descubierto N.E. Harvey, “The luminescence of adhesive tape,” Science, 89: 460-461, 1939 . De hecho, el fenómeno mostrado en el vídeo, la emisión de rayos X en un vacío moderado, se conoce desde hace mucho tiempo (fue descubierto en 1953 por los rusos Karasev, Krotova, y Deryagin, en un artículo en ruso).

Los investigadores californianos han utilizado un radiómetro de rayos X de alta eficiencia y han encontrado que los pulsos emitidos son ultracortos (duran nanosegundos) lo que indica que la emisión se origina en una región submilimétrica cercana al vértice entre la cinta que se despega y la que está adherida al tubo. En dicho vértice la acumulación de carga eléctrica durante el proceso de “despegado” de la cinta es muy alta, cuatro órdenes de magnitud superior a la habitual en otros fenómenos triboeléctricos similares.

Los autores del nuevo artículo en Nature proponen como explicación para el fenómeno observado el “efecto lente”, el enfoque (no lineal) de la radiación electromagnética emitida en el espectro visible que logra incrementar la energía final del pulso hasta el régimen de los rayos X: Conforme la cinta es despegada, el adhesivo acrílico se carga positivamente y el rollo de polietileno se carga negativamente, lo que produce una diferencia de potencial y un campo eléctrico que produce las descargas (chispas). En un ambiente con presión reducida (vacío), las descargas aceleran los electrones a energías en las que pueden emitir rayos X cuando colisionan con la cara de la cinta cargada positivamente (fenómeno de Bremsstrahlung). La intensidad de la emisión es suficientemente fuerte como para ser usada como fuente en fotografía de rayos X (utilizan en el vídeo una placa típica de las usadas en radiografía dental).

El vídeo aparecido originalmente en la revista Nature con una duración de 8:37 lo tenéis en youtube en: