1. Física das Radiações
Os Raios X e Sua Produção
O que é uma radiografia?
É uma gravação fotográfica visível, em filme, produzida pela passagem de raios
X através de um objeto ou corpo. A radiografia torna possível estudar as
estruturas internas do corpo como auxiliar de diagnóstico. Como uma
radiografia é produzida - quais a reações físicas e químicas que ocorrem?
O que são raios X?
Por definição, raios x são uma forma de radiação eletromagnética parecida com
a luz vizível mas de menor comprimento de onda. O primeiro passa para o
entendimento da produção de uma radiografia é o conhecimento da natureza
dos raios x e seu comportamento. Desta forma, consideremos os dois aspectos
de seu comportamento como ondas e partículas.
Uma onde pode ser definida como uma variação ou pertubação que transfere
progressivamente energia radiante de um ponto a outro através de um meio.
(Energia é simplesmente a capacidade para realizar um trabalho.) Uma vez que
esta energia radiante viaja com movimento ondulador, uma caracteristica
mensurável é seu comprimento de onda. O fato de que raios X têm ambos os
aspectos de ondas e partículas ou vice-versa. Na verdade, outros fatores, tais
como a maneira pela qual a radiação está sendo utilizada ou o método usado
para localizá-lo ou gravá-la, determina qual dos dois aspectos (ondas ou
partículas) constituem o conceito mais adequado.
Para ajudar a esclarecer o conceito de ondas e comprimento de onda, imagine a
pertubação causado num lago tranqüilo quando se atira a estua uma pedra.
Assim que a pedra toca na água, algumas de seus energias produzem ondes
que viajam externamente em círculos cada vez maiores. Embora a água esteja
em movimento, ele não viaja progressivamente para frente. Por exemplo, uma
folha que flutua subiria e desceria com as ondas, mas não sairia de seu local
original. A energia aplicada à água é convertida em ondas que procedem de
dentro para fora. O comprimento de onda das águas é a distancia de uma crista
a outra ou de uma depressão a outra. Em qualquer sistema de ondas, a
distância entre dois locais sucessivos correspondentes no padrão de energia em
movimento chama-se comprimento de onda.
O Espectro Eletromagnético

2. Raios X, raios, gama, ondas de rádio, luz, etc. são ondas de energia de influência
elétrica e magnética. Elas são chamadas de ondas eletromagnéticas e viajam a
enorme velocidade - aproximadamente 300.000 km por segundo. Todas estas
formas de radiação eletromagnética são agrupadas de acordo com o seu
comprimento de onda no que se chama de espectro eletromagnético. O
diagrama (fig.1) mostra sua localização no espectro e alguns de seus usos mais
comuns.
O comprimento de cada onda eletromagnética gerada por corrente alternada de
60 hertz (ciclos por segundos) é aproximadamente a distância entre uma costa a
outra dos Estados Unidos. Os comprimentos de ondas usadas em televisão é
mais ou menos igual a altura de um homem. Os raios X médicos - medem
aproximadamente 1/10.000 do comprimento de onda da luz vízível - têm um
comprimento de onda de mais ou menos um bilionésimo de uma polegada. Eles
são comumente medidos em nonômetros abreviado nm), que é igual a um-
milionésimo de um milimetro. Em radiografia médica se empregram
comprimentos de ondas de aproximadamente 0.01 a 0,05 nm (0,1 a 0,5
angstrom). Em publicações anteriores, o comprimento de ondas para radiação
eletromagnética era comumenda dado em unidades de angstrom (abreviado Â).
Uma unidade de angstron é igual a 1/10 de nanômetro. O comprimento de
onda da luz no centro de um espectro visível é de aproximadamente 550 nm
enquanto que os raios X usados para radiografia, aqueles próximos ao centro do
espectro de raios X médico têm um comprimento de onda de aproximadamente
0,055 nm ou mais ou menos 1/10.000 da luz visível.
Ondas e Partículas
Uma parte da natureza dupla dos raios X é sua habilidade de agir como se
consistissem de pequenos pacotes separados de energia chamados quanta ou
fóton. Em certas circunstâncias, a ação de um feixe de raio X é mais fácil de se
compreender se for considerado como uma chuva de partículas em vez de uma
sucessão de ondas.
As duas "naturezas" dos raios X são inseparáveis. Por exemplo, para se saber a
energia de um único quanta (um dos pequenos pacotes separados de energia),
deve-se saber o comprimento de onda da radiação. O comprimento de onda,
entretanto, é uma característica de onda e deve ser determinada através da
consideração da natureza ondulatória da radiação.
Propriedades Fundamentais dos Raios X

3. Os raios X obedecem todas as leis da luz. Entretanto, por causa de seu curto
comprimento de onda, é dificil demonstar fenômenos, tais como reflexão, para
raios X usando aparelhagem óptica comum. Eles também têm certas
propriedades de especial interesse.
1. Por causa de seu comprimento de onda extremamente curto, eles são capazes
de penetrar materiais que absorvem ou refletem luz visível.
2. Fazem fluorescer algumas substâncias; isto é, emitem radiação de maior
comprimento de onda (por exemplo, radiação visível e ultravioleta).
3. Assim como a luz, eles podem produzir uma imagem em um filme
fotográfico que poderá então se tornar visível atraves da revelação.
4. Eles produzem mudanças biológicas valiosas em radioterapia, mas
necessitam cuidado no uso da radiação X.
5. Eles podem ionizar os gazes: isto é, eles removem elétrons dos átomos para
formar íons, os quais podem ser usados para medir e controlar a exposição.
Estas especiais propriedadestêm aplicações em radiografia médica e industrial,
em radioterapia e em pesquisa.
O Tubo de Raio X
Como são gerados os raios X?
Os raios X são produzidos quando elétrons em alta velocidade (partículas
minúsculas, cada uma carregando uma carga elétrica negativa) chocam-se com
matéria em qualquer forma. Dentro de um tubo de raios X isto é feito pela
direção de uma corrente de elétrons em alta velocidade contra um objeto de
metal. Conforme eles se chocam com os átomos do objeto, os elétrons liberam a
maior parte de seua energia na forma de calor. Para condições normais de
exposição usadas em radiografia médica, aproximadamente um por cento de
sua energia é emitida em forma de raios X.
A maneira mais eficiente de se gerar raios X é através de um tubo de raios X, e a
forma mais simples de tubo de raios X é um invólucro de vidro vedado á vácuo.
As duas partes mais importantes do tubo são o cátodo e o ânodo.
Cátodo (-) é composto de um fio de tungstênio (filamento) enrolado na forma
de uma espiral com aproximadamente 1,5 mm de diâmetro e de 10 a 15 mm de
comprimento. É montado em um prendedor chamado de copo de foco,
aproximadamente a 2,5 cm de distância do ânodo. Os fios do filamento se
extendem ao lado de fora do tubo de maneira a produzir conexões elétricas.

4. O filamento é aquecido e se ilumina (incandesce) da mesma forma que o
filamento de uma lâmpada comum. Entretanto, não é aquecida para produzir
luz, mas sim para agir como uma fonte de elétrons que são emitidos pelo
filamento. O comprimento e diâmetro do filamento espiral, a forma e tamanho
do copo de foco, e suas relativas posições são fatores que afetam a forma e
tamanho do local onde os elétrons irão se chocar com o ânodo. A temperatura
do filamento controla a quantidade de elétrons emitidos. Se a temperatura é
aumentada, mais elétrons são emitidos, e fluxo da corrente elétrica através do
tubo de raios X (mA) aumenta.
Ânodo (+) É comumente formada de um bloco de cobre, o qual extende de um
lado até ao centro do tubo. Uma placa de tungstênio de aproximadamente 10 a
15 mm quadrados e 3 mm de espessura se localiza na face anterior do ânodo, ao
centro do tubo. Este é chamado de objetivo e é comumente feito de tungstênio
porque o tungstênio tem um ponto de fusão alto (aproximadamente 3400ºC e
deste forma suporta o calor extremo ao qual está sujeito, e tem um número
atômico alto (74) e é um produtor de raios X mais eficiente do que materiais
com números atômicos menores. A pequena área do abjetivo na qual os elétrons
se chocam é chamado de ponto focal ou fonte. e é a origem dos raios X.
Em aplicações especializadas usa-se outros tipos de materiais para objetivo, tais
como o molibidênio. Há dois tipos de ânodo, o fixo e o giratório.
A Produção de Raios X
Quanto um potencial elétrico muito alto (quilovolts ou milhares de volts) é
aplicado através dos dois componentes do tubo de raios X, o cátodo e o ânodo,
os elétrons emitidos são atraídos pelo ânodo de tal maneira que eles se chocam
no ponto focal com tremenda força. Quanto maior o potencial, maior a
velocidade destes elétrons. Alta voltagem resulta em raios X de comprimentos
de ondas mais curtas e de maior poder de penetração, assim como de maior
intensidade. Entretanto, mesmo os elétrons que tenham a mesma energia,
quando atingem o ponto focal podem produzir raios X que diferem de energia
ou comprimento de onda. Esta variação em energia de raios X resulta das
diferenças nas maneiras que elétrons individuais se relacionam com os átomos
do objetivo, ponto focal. De qualquer forma, quanto maior a voltagem aplicada ao
tubo de raios X, maior é o número de fótons de raios X de maior energia.
A Produção de Calor

5. O calor (assim como os raios X) são gerados pelo impacto de elétrons. Somente
aproximadamente um por cento da energia resultante deste impacto é emitida
do ponto foncal ou fonte em forma de raios X. A maioria da energia se dissipa
em forma de calor. Este calor deve ser retirado do ponto focal de maneira mais
eficiente possível. Do contrário o metal poderá se derreter e o tubo destruído.
Em tubos com anodos fixos, coloca-se na parte posterior do objetivo um metal
que seja com condutor de calor, tal como o cobre, que mutas vezes se estende
através do invólucro de vidro a um radiador de chapa para dissipar o calor para
fora do tubo. Outro método de esfriamento consiste em colocar o tubo junto a
um recipiente metálico contendo óleo ao qual será transferidoa calor do ânodo.
Como anteriormente mencionado, o ponto focal real é a área do objetivo no
qual se chocam os elétrons do filamento aquecido. O tamanho do filamento
espiral e a forma e tamanho do copo de foco do cátodo no qual a espiral está
localizada são fatores que afetam a forma e tamanho do ponto focal. Quanto
menor as dimensões da corrente de elétrons, menor é a área do objetivo onde
eles se chocam (ponto focal real).
O tamanho do ponto focal tem um efeito muito importante na formação da
imagem de raios X. Quanto menor o ponto focal, maís nítida é a imagem (outros
fatores continuam os mesmos) ; mais um ponto focal grande pode resistir mais
ao calor do que um ponto focal pequeno. Assim deve-se encontrar métodos de
se obter um ponto focal que forneçã uma imagem bem detalhada e com boa
dissipação de calor. Eles são: o emprego do princípio de foco linear e rotação do
ânodo.
.
Funcionamento do Tubo de Raios X
O equipamento elétrico necessário para o funcionamento do tubo de Raios X
consiste de uma variedade de componentes básicos tais como transformadores
para produzir alta voltagem, retificadores para manter a polaridade do ânodo
(+) e cátodo (-), fornecedores de força e controles para o filamento, cronometros
e dispositivos protetores (por exemplo, proteção contra radiação e travamentos
térmicos).
Os circuitos do tubo de raios X, do retificador e do transformador de alta
voltagem estão posicionados de maneira que grande quantidade de voltagem
positiva seja aplicada no extremo anódico do tubo; e grande quantidade de
voltagem negativa seja aplicada no extremo catódico. Os elétrons do filamento
quente do cátodo são carregados negativamente e são rejeitados pelo cátodo e
atraido ao ânodo positivamente carregado. Como resultado os elétrons
aceleram a enormes velocidades e chocam-se contra o ânodo com muita força.

6. A alta voltagem é representada em quilovolts,abreviada kV (1 quilovolt = 1.000
volts).
A quilovoltagem controla a velocidade do fluxo dos elétrons do cátodo ao
ânodo. Quando maior for a quilovoltagem, mais rapidamente os elétrons se
movimentam e mais energético e penetrante é o feixe de raios x que eles
produzem.