FÍSICA DAS RADIAÇÕES

PROFESSOR: Magno Cavalheiro Faria
PORQUE IMAGEM É TUDO!

ÁTOMO-NÚCLEO e ELÉTRONS
P+
P+
P+
P+ P+
P+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
N
N
N
N
N

•Energia Cinética - Energia potencial do elétron que está diretamente proporcional ao seu grau
de excitação.
• Elétrons orbitais - Possuem mais energia cinética, quanto mais externo for o orbital por ele
ocupado, ou seja, cresce da mais interna (k) para a mais Externa (L).
• Raios X - Produzido nas interações nas camadas K e L dos orbitais.
• Demais camadas - Produz calor e luz.
O núcleo do átomo é formado de 2 componentes básico: Os prótons, que portam carga
elétrica positiva, e os nêutrons, que não contêm carga elétrica, sendo portanto neutros.
Nêutrons e prótons são chamados conjuntamente de Nucléolos.
•O número de massa (A) é equivalente à soma do número de prótons (P) e nêutrons (n).
•O átomo pode perder elétrons, carregando-se positivamente, é chamado de íon positivo
(cátion).
•Ao receber elétrons, o átomo se toma negativo, sendo chamado íon negativo (ânion).
•O deslocamento dos elétrons provoca uma corrente elétrica, que dá origem a todos os
fenômenos relacionados à eletricidade e ao magnetismo.

CONCEITOS FUNDAMENTAIS
RELATIVOS AOS ÁTOMOS
• Número Atômico ( Z ): É o numero de Prótons existentes
no núcleo de um átomo. Z = P;
- Num átomo normal o Número de Prótons é igual ao de
elétrons. Z = P = E;
• Número de Massa ( A ): É a soma do número de prótons (
Z ) e de nêutrons ( N ) existentes num átomo. A = Z + N.

CAMADAS ELETRÔNICAS
Mais energia

•n=1 K - Suporta 2 elétrons
•n=2 L - Suporta 8 elétrons
•n=3 M - Suporta 18 elétrons
•n=4 N - Suporta 32 elétrons
•n=5 O - Suporta 32 elétrons
•n=6 P - Suporta 18 elétrons
•n=7 Q - Suporta 2 elétrons
(ultima camada, denominada
camada de Valência)

P+
ENERGIA DE LIGAÇÃO PARA
FORMAÇÃO DE RX
W Energia de ligação camada (k):
69,5 Kev

P+
C
ENERGIA DE LIGAÇÃO PARA DANOS
BIOLÓGICOS
Energia de ligação camada (k):
0,28 Kev

ELEMENTO QUÍMICO
XZ
A C
-
+
N

ISÓTOPOS, ISÓBAROS E ISÓTONOS
• Isótopo (Radioisótopo) – mesmo nº de prótons
e diferente nº de nêutrons.
Ex: Iodo 123 125 131
I I I
53 70 53 72 53 78
• Isóbaro – mesma massa atômica
• Isótono – mesmo nº de nêutrons

HISTORIA DA RADIOLOGIA
Wilhelm Conrad
Roëntgen (1845-
1923), em 8 de
novembro de 1895 no
seu laboratório em
Wurzburg, trabalhando
com os raios catódicos
deu início a descoberta
dos Raios X

Breve Histórico
Em 1895, Wilhem Röntgen
descobriu os raios-X, que
eram úteis mas misteriosos.

No fim da tarde de 8 de novembro de 1895, quando todos
haviam encerrado a jornada de trabalho, o físico alemão
Wilhelm Conrad Roentgen (1845-1923) continuava no seu
pequeno laboratório, sob os olhares atentos do seu servente.
Enquanto Roentgen, naquela sala escura, se ocupava com a
observação da condução de eletricidade através de um tubo de
Crookes, o servente, em alto estado de excitação, chamou-lhe a
atenção: "Professor, olhe a tela!".

A descoberta dos raios-x
8 de novembro 1895, o físico alemão Wilhelm C.
Rontgen
Estudava a condutividade dos gases

Breve Histórico
A descoberta da radioatividade
ocorreu, casualmente, por Henri
Becquerel, em 1896, ao estudar as
impressões feitas em papel
fotográfico por sais de urânio,
quando eram expostos à luz solar.

Antoine Henri Becquerel 1852-1908

MARIE CURIE & PIERRE CURIE
Marie 1867-1934
Pierre 1859-1906

Pierre 1859-1906
Marie 1867-1934

Breve Histórico
Os estudos do casal
Pierre e Marie
Curie, após a
descoberta de
Becquerel, levaram
à descoberta do
polônio e do
rádio, sendo este
muito mais ativo que
o urânio.

RADIOATIVIDADE
É a capacidade que alguns
elementos fisicamente instáveis
possuem de emitir energia sob
forma de partículas ou radiação
eletromagnética.

Breve Histórico
Entre 1898 e
1900, Ernest Rutherford
e Paul Villard
descobriram que a
emissão radioativa pode
ser de 3 tipos.

DESCOBERTA DAS PARTÍCULAS
Minério: Pechblenda da Boêmia (era composta por Urânio, Bismuto, Bário e
Chumbo e Polônio e rádio).

Radiação Carga Poder de
penetração
Poder de ionização
alfa +2 baixo alto
beta -1 moderado moderado
gama nula alto (superior a
15cm no aço)
quase nulo

Fontes
radioativas
Papel Alumínio Chumbo Concreto
Barrando a radiação
Arte – W.A.S



n

-Alfa (α)
É uma partícula positiva e têm o maior comprimento de onda em
relação às outras. Podendo assim ser freada por uma simples folha de
papel.
As partículas alfa apresentam grande poder de ionização nos
materiais, por isso, podem provocar sérios danos aos tecidos dos
organismos vivos. No entanto, seu poder de penetração na matéria é
inferior aos outros tipos de radiação, ou seja, é muito ionizante, porém
pouco penetrante.

-Beta (β)
É uma partícula negativa que possui um comprimento de ondas
intermediário.
A partícula beta, por apresentar carga elétrica, será desviada por
campos elétricos e magnéticos. Este tipo de radiação em comparação
com a radiação alfa é mais penetrante na matéria, porém menos
ionizantes.
Obs. A partícula (α) e (β) são consideradas radiações corpusculares.

-Gama (γ)
São partículas eletromagnéticas que possui o menor comprimento
de ondas entre elas e em relação aos raios-X é a mais penetrante.
Produzidas pela liberação do excesso de energia por um núcleo
instável ou por processos subatômicos como a aniquilações de um par
pósitron-elétron.
A radiação gama é muito utilizada nos exames da medicina nuclear,
na irradiação de alimentos, na esterilização de equipamentos médicos
e no controle de qualidade de produtos industriais.

-É transmitida por meio de ondas eletromagnéticas.
-Ondas são perturbações que propagam energia
podem ser mecânicas ou eletromagnéticas.

A Rdiação Eletromagnética é classificada de acordo
com a frequência da onda, que em ordem decrescente
da duração da onda são:
• Ondas de rádios,
• Micro-ondas,
• Radiação Infravermelha,
• Luz visível,
• Radiação Ultravioleta,
• Raios-X
• Radiação Gama.

O comprimento de onda ( ) é :
 a distância entre cristas (ou cavados) sucessivos;
 a freqüência de onda ( ) é o número de ondas completas (1
ciclo) que passa por um dado ponto por unidade de tempo (s).
A relação entre  ,  e a velocidade C é:
c =  

Comprimento de onda e poder de penetração são
inversamente proporcionais. Quanto maior o
comprimento de onda, menor o poder de penetração.
Quanto menor o comprimento de onda, maior o poder
de penetração.
Comprimento de onda e frequência também são são
inversamente proporcionais, bem como poder de
penetração e poder de ionização.

Comprimento de onda Frequência
λ F
KV <
KV >

De tudo ficaram três coisas:
A certeza de que estamos começando,
A certeza de que é preciso continuar e
A certeza de que podemos
ser interrompidos antes de terminar.
Fazer da interrupção um caminho novo,
Fazer da queda um passo de dança,
Do medo uma escola,
Do sonho uma ponte,
Da procura um encontro,
E assim terá valido a pena.
Fernando Tavares Sabino, (1923 - 2004),
escritor e jornalista brasileiro
Por hoje é só pessoal!

A ampola de raios-x produz radiação ionizante, muito danosa aos seres humanos, tecidos e
órgão seja que qualquer espécie, portanto onde se produz toda essa energia capaz de ionizar
uma matéria, deve ficar “isolado” e focalizado para a região ou estrutura de real interesse.
Blindagem
Janela

As ampolas de raios-x são feitas de vidro pyres ou de metal. Uma ampola de raios-x pode
chegar a temperatura de 3410ºC, portanto precisa-se de um materal que suporte alta
temperatura.

A ampola de raios-x mede de 30 a 50cm de
comprimento e 20cm de diâmetro, podendo seu
tamanho variar de tamanho dependo do fabricante e
do tipo de tecnologia que a ampola utiliza.
O tempo em que esta ampola foi fabricada também
irá determinar o seu tamanho.

-
RAIOS
X
+
EFEITO JOULE - EFEITO EDISON - DDP -
GERAÇÃO DE RAIOS X

+
PRODUÇÃO DE FÓTONS DE RAIO X NO ANODO
RAIOS X
•Frenamento
•Característicos

SISTEMA EMISSOR DE RAIO X
• INTRODUÇÃO:
- Denominado também cabeçote;
- Constituído por ampola e cúpula;
- A ampola e constituída por um vidro
pirex, resistente ao calor, lacrado, e com vácuo
em seu interior, onde encontramos o catodo e o
anado.

• CATODO:
- É o responsável pela liberação dos elétrons;
- É constituído por um ou dois filamentos de
tungstênio ( sendo o maior relacionado ao foco
grosso e o menor, ao foco fino );
- Se localiza no interior de um corpo raso
denominado coletor eletrônico;

59
Tubo de raios-X
Capa Focalizadora:

60
Tubo de raios-X
Capa Focalizadora ou Cilindro de Welmelt:
- Feita de Níquel;
- Função: manter o feixe de elétrons focalizado no alvo;
- Carregada negativamente.

61
Tubo de raios-X
Filamento
- 1 a 2 cm de comprimento;
- Função: emitir elétrons pelo efeito termoiônico;
- Material: Tungstênio (W) - alto ponto de fusão (3422 0 C)
- Durabilidade
- Com 1 - 2 % de Tório
Foco Fino
Menor
(menos elétrons)
Foco Grosso
maior
(mais elétrons)

Anodo
• É o eletrodo positivo. Constituído por um material
eletricamente apropriado, em geral o tungstênio;
• O tungstênio é eficiente na emissão de raios x devido
ao seu elevado n° atômico;
• O ponto de fusão do tungstênio é 3380 °C;
• Acoplado ao cobre, de mesma condutividade
térmica, obtendo uma rápida dissipação de calor.

anodo
• O anodo pode ser fixo ou giratório, e esta
classificação está diretamente relacionada com a
mobilidade e potência do equipamento.
• Aparelhos mais potentes e fixos, geralmente são
constituídos de tubos com anodos giratórios, salvo
em alguns casos.

• Devido ao movimento do anodo giratório, o calor gerado no
interior do tubo tende a se dissipar melhor, por isso ele é
mais utilizado em equipamentos com maior potência;
• Este movimento giratório faz também com que o desgaste
do anodo seja menor, evitando o problema conhecido como
“Efeito lágrima”;
• No anodo existe um ponto de impacto chamado de ponto
focal ou alvo. No anodo giratório, esta se encontra na pista
focal;
• O componente que recebe indução magnética e gira o
anodo é o rotor.
anodo

67
ANODO
Função:
a) Receber os elétrons
emitidos pelo cátodo;
b) Condutor elétrico;
c) Suporte mecânico;
d) Condutor térmico.
Alvo:
Área do anodo na qual os elétrons se chocam.
Principal diferença entre os
dois tipos
de anodos (área)

• ANODO:
- É uma placa metálica de tungstênio ou
molibdênio nos mamógrafos;
- Possui uma angulação com o eixo do tubo;
- Capaz de suportar altas temperaturas, ponto de
fusão de aproximadamente 3410º C.

• ANODO: Os pré - requisitos para o anodo são.
- Alto ponto de fusão;
- Alta taxa de dissipação de calor;
- Alto número atômico: A eficiência na produção
do Raio x e diretamente proporcional ao número
de atômico dos átomos do alvo.

• ANODO: Tipos de Anodo ( fixo e giratório )
ANODO FIXO
- Em geral possui corpo de cobre e tungstênio;
- Com o ponto de impacto dos elétrons chamado
ponto focal.

• ANODO GIRATÓRIO
- Possui um diâmetro de 70 a 200 mm;
- Fixo a um eixo de cobre ou molibdênio ou cobre;
- O ponto de impacto dos elétrons é chamado de
ponto focal.

73
Conforme diminui o ângulo do
alvo, diminui também o ponto
focal efetivo.
A melhor qualidade radiográfica em
função do efeito anódico.
Anodo

Rotor
• O rotor recebe indução magnética e gira o anodo a uma
frequência aproximada de 3400 até 10.000rpm, podendo
variar de acordo com a marca e o modelo.

CÁLCULO DO KV
FÓRMULA:
kV = 2 x E + K
Onde:
E = Espessura do paciente, medida com um aparelho chamado
espessômetro.
K = Constante do equipamento de RX que pode
ser encontrada no manual do equipamento.
KV = Poder de penetração na matéria.
Energia do feixe de radiação.

CÁLCULO DO mAs
FÓRMULA:
mAs = mA x t
Ex: mAs = 200 (mA) x 0,2 (tempo em segundos)
mAs = 40
Onde:
mA = miliamperagem ;
t = tempo de exposição ;
mAs = determina numero de elétrons que atingem o anodo.

Seleção do Feixe de Raios X mA

mA / Objeto
densidades iguais e espessuras diferentes

FORMAÇÃO DOS RAIO X
• Os Raio x tem origem no choque de elétrons
acelerados, produzidos no catodo (polo - ), contra o
alvo, anodo (polo +) em um local chamado ponto ou
pista focal;
• Produzindo 1% de radiação x e 99% de calor;
• A penas 10% de toda radiação produzida é utilizada
para o radiodiagnóstico.
• O filamento do catodo é aquecido a uma
temperatura de aproximadamente 2000º C;

Física da Radiação
PRODUÇÃO DA RADIAÇÃO DE FRENAMENTO NO ANODO

RADIAÇÃO DE FRENAMENTO
(BREMSSTRAHLUNG)

RADIAÇÃO CARACTERÍSTICA
• Este tipo de Radiação é menos freqüente na
formação do raios x;
• Resulta na colisão do elétron incidente e um
elétron orbital do átomo do material do alvo;
• O elétron orbital é ejetado de sua
órbita, deixando um buraco em seu lugar;

PRODUÇÃO DA RADIAÇÃO CARACTERÍSTICA NO ANODO

+
Lado do anodo
Menor quantidade de fótons
(menor energia penetrante)
Lado do catodo
Maior quantidade de fótons
(mais energia penetrante)
EFEITO ANÓDIO
100% 80%120%

EFEITO ANÓDIO NO EXAME RADIOGRÁFICO
Catodo (-) Anodo(+)
Menor
quantidade de
fótons
Maior quantidade
de fótons
EXAME DA COLUNA
DORSAL

Região do pescoço
MENOR ESPESSURA
Posicionada no lado
catódico
Região do abdome MAIOR
ESPESSURA
Posicionada do lado
anódico
Região do pescoço
MENOR ESPESSURA
Posicionada no lado
anódico
Região do pescoço
MENOR ESPESSURA
Posicionada no lado
catódico
Exame A Exame B

Catodo (-) Anodo (+)
Menor
quantidade de
fótons
Maior
quantidade de
fótons
EXAME DA PERNA

INTERAÇÃO DO FEIXE DE RAIO X

ATENUAÇÃO DO FEIXE DE RAIO X
FATORES QUE AFETAM A ATENUAÇÃO DO RAIO X
1. Espessura: Quanto mais espesso for o objeto
irradiado, maior será a atenuação do feixe de radiação;
2. Densidade: Quanto mais denso for o objeto
irradiado, maior será a atenuação do feixe de radiação;
3. Número Atômico: Quanto maior for o número atômico
(Z) do objeto irradiado, maior será a atenuação do feixe de
radiação.

ATENUAÇÃO DO FEIXE DE RAIO X
EFEITO COMPTON

Efeito Fotoelétrico
EFEITO FOTOELÉTRICO

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