2. O QUE É FÓTON?
Um fóton é a partícula elementar que constitui a radiação eletromagnética, como a luz visível, os raios X, os raios
gama e outras formas de radiação. É a partícula mediadora da interação eletromagnética e é descrito como um
pacote discreto de energia.
Os fótons não possuem massa em repouso e se movem à velocidade da luz no vácuo (cerca de 299.792.458 metros
por segundo). Eles carregam uma quantidade de energia que está relacionada à sua frequência ou comprimento de
onda. Quanto maior a frequência (ou menor o comprimento de onda), maior a energia do fóton.
De acordo com a teoria quântica, os fótons são quanta de energia quantizados. Isso significa que a energia de um
fóton é sempre um múltiplo inteiro de um valor básico chamado de quantum de energia ou quantum de luz,
representado por "h" na equação de Planck-Einstein. Essa equação relaciona a energia de um fóton (E) com a
frequência da radiação (ν):
E = h * ν
Onde "h" é a constante de Planck (aproximadamente 6,626 x 10^-34 joules por segundo) e "ν" é a frequência da
radiação.
3. PRODUÇÃO DE RAIO X
Os raios X foram descobertos em 8 de novembro de 1895, quando o físico alemão Wilhelm
Conrad Roentgen realizava experimentos com os raios catódicos. A história é apresentada no
texto A Descoberta dos Raios X.
Raios X podem ser produzidos quando elétrons são acelerados em direção a um alvo
metálico.
O choque do feixe de elétrons (que saem do catodo com
energia de dezenas de KeV) com o anodo (alvo) produz dois
tipos de raios X.
Um deles constitui o espectro contínuo, e resulta da
desaceleração do elétron durante a penetração no anodo. O
outro tipo é o raio X característico do material do anodo.
Assim, cada espectro de raios X é a superposição de um
espectro contínuo e de uma série de linhas espectrais
características do anodo.
4. PRODUÇÃO DE RAIO X
Agora, baseados no modelo de Bohr podemos entender como são gerados os raios
característicos, e por quê o espectro obtido com o tungstênio apresenta apenas
espectro contínuo.
• Quando o elétron proveniente do catodo incide no anodo,
ele pode expulsar um elétron orbital.
• A órbita de onde o elétron será expulso, depende da energia
do elétron incidente e dos níveis de energia do átomo do
anodo.
• A lacuna deixada por este elétron será preenchida por um
elétron mais externo. Neste processo, a radiação X será
emitida, com freqüência dada pela equação.
5. PRODUÇÃO DE RAIO X
Como são produzidos os raios X?
Em um tubo de raios catódicos, o cátodo,
após ser aquecido pela passagem de corrente
elétrica, libera elétrons com alta velocidade.
Esses elétrons são fortemente atraídos pelo
ânodo, no qual acabam colidindo-se, como é
possível observar no esquema ao lado.
Quando os elétrons dos átomos pertencentes
ao ânodo recebem a energia oriunda dos
elétrons em movimento, o resultado é a
produção de radiações eletromagnéticas, que
são denominadas de raios X
6. PRODUÇÃO DE RAIO X
O grande benefício oriundo da descoberta dos
raios X foi a possibilidade de realizar
diagnósticos por imagens. Tecidos e fibras
musculares são praticamente atravessados
pelos raios x, enquanto os ossos absorvem essa
radiação.
Como esses raios têm a capacidade de
enegrecer chapas fotográficas, ao colocarem-se
partes do corpo humano entre uma fonte de
raios x e uma chapa fotográfica, pode-se
observar a formação de uma “fotografia” dos
ossos.
O estudo de órgãos do abdômen, a radiografia do tórax para análise de doenças do pulmão e a mamografia, exame
que busca identificar câncer de mama, são exemplos de aplicações dos raios X.
7. PRODUÇÃO DE RAIO X
Propriedade dos raios X
Os raios X são produzidos quando elétrons em alta velocidade, provenientes do filamento aquecido, chocam-se com o alvo
(anodo) produzindo radiação. O feixe de raios X pode ser considerado como um “chuveiro” de fótons distribuídos de modo
aleatório. Os raios X possuem propriedades que os tornam extremamente úteis.
- Enegrecem filme fotográfico;
- Provocam luminescência em determinados sais metálicos;
- São radiação eletromagnética, portanto não são defletidos por campos elétricos ou magnéticos pois não tem carga;
- Tornam-se “duros” (mais penetrantes) após passarem por materiais absorvedores;
- Produzem radiação secundária (espalhada) ao atravessar um corpo;
- Propagam-se em linha reta e em todas as direções;
8. PRODUÇÃO DE RAIO X
- Atravessam um corpo tanto melhor, quanto maior for a tensão (voltagem) do tubo (kV);
- No vácuo, propagam-se com a velocidade da luz;
- Obedecem a lei do inverso do quadrado da distância (1/r2), ou seja, reduz sua intensidade dessa forma;
- Podem provocar mudanças biológicas, que podem ser benignas ou malignas, ao interagir com sistemas biológicos.
As máquinas de raios X foram projetadas de modo que um grande número de elétrons são produzidos e acelerados
para atingirem um anteparo sólido (alvo) com alta energia cinética. Este fenômeno ocorre em um tubo de raios X que é
um conversor de energia. Recebe energia elétrica que converte em raios X e calor. O calor é um subproduto indesejável
no processo. O tubo de raios X é projetado para maximizar a produção de raios X e dissipar o calor tão rápido quanto
possível.
9. PRODUÇÃO DE RAIO X
Radiação de Freamento (Bremsstrahlung)
Essa radiação é produzida quando um elétron passa próximo ao núcleo de um átomo de tungstênio,
sendo atraído pelo núcleo deste e desviado de sua trajetória original. Com isto, o elétron perde uma parte
de sua energia cinética original, emitindo parte dela como fótons de radiação, de alta e baixa energia e
comprimento de onda diferentes, dependendo do nível de profundidade atingida pelo elétron do metal alvo.
Isto significa dizer que, enquanto penetra no material, cada elétron sofre uma perda energética que irá gerar
radiação (fótons) com energia e comprimento de onda também menores. Se formos considerar
percentualmente a radiação produzida, veremos que 99 por cento dela é emitida como calor e somente 1
por cento possui energia com características de radiação X.
10. PRODUÇÃO DE RAIO X
Radiação característica
Pelo visto anteriormente, alguns fótons interagem diretamente com os núcleos, convertendo toda sua
energia em radiação, sem modificar o átomo alvo, ou seja, sem ionizá-lo.
Existem situações, no entanto, em que elétron pode interagir com um átomo quebrando sua neutralidade
(ionizando-o), ao retirar dele elétrons pertencentes à sua camada mais interna (K). Ao retirar o elétron da
camada K, começa o processo de preenchimento dessa lacuna (busca de equilíbrio), por elétrons de
camada superiores. Dependendo de camada que vem o elétron que ocupa a lacuna da camada K,
teremos níveis de radiação diferenciados.
Como exemplo, vamos considerar que um elétron da camada L ocupe a lacuna da camada K, emitindo
uma radiação da ordem de 59 keV; se o elétron ocupante vem da camada M, a energia gerada é da
ordem de 67 keV; se o elétron ocupante vem da camada N, teremos uma radiação da ordem de 69
keV.
Quando se usa como alvo um material com o tungstênio, o bombardeamento por elétrons de alta energia
gera uma radiação com características específicas (radiação característica), pois esse material possui um
número atômico definido (bastante alto), necessitando um nível alto de energia para retirar os elétrons de
sua camada K.
11. PRODUÇÃO DE RAIO X
Efeito anódico
Descreve um fenômeno no qual a intensidade da
radiação emitida da extremidade do catodo do campo
de raios X é maior do que aquela na extremidade do
anodo. Isso é devido ao ângulo da face do anodo, de
forma que há maior atenuação ou absorção dos raios
X na extremidade do anodo.
A diferença na intensidade do feixe de raios X entre
catodo e anodo pode variar de 30% a 50%.
Na realização de estudos radiológicos do fêmur,
perna, úmero, coluna lombar e toácica deve-se levar
em conta a influência do efeito anódico na realização
das incidências radiológicas pertinentes a estes
estudos.
