INTERAÇÕES ELETROMAGNÉTICAS COM A MATÉRIA

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INTERAÇÕES ELETROMAGNÉTICAS COM A MATÉRIA

  1. 1. INTERAÇÃO DA RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA COM A MATÉRIA Docente: Thassiany Sarmento Faculdade Mauricio de Nassau – FMN Curso de Radiologia Componente curricular: técnicas para diagnóstico por imagem.
  2. 2. INTERAÇÕES DA RADIAÇÃO COM A MATÉRIA APÓS PRODUZIDAS, SEJA POR MEIO DE UM APARELHO DE RAIOS X, OU POR UMA FONTE GERADORA DE RADIOATIVIDADE, AS RADIAÇÕES ATINGEM AS SUBSTÂNCIAS, INTERAGINDO COM AS MESMAS DE DIFERENTES MANEIRAS. A FORMA COMO OCORRERÁ ESTA INTERAÇÃO, SEJA COM O ORGANISMO VIVO, SEJA COM O PRÓPRIO RECEPTOR DE IMAGENS (FILME, SENSOR) SERÁ RESPONSÁVEL PELA DEFINIÇÃO DA QUALIDADE DIAGNÓSTICA DA IMAGEM. ESSE CONHECIMENTO PERMITIRÁ AO TECNÓLOGO CONDIÇÕES DE COMPREENDER MELHOR COMO SE DÁ O PROCESSO DE FORMAÇÃO DA IMAGEM, OS RISCO DOS EXAMES QUE UTILIZAM RADIAÇÕES IONIZANTES, BEM COMO FUNCIONAM AS BARREIRAS PROTETORAS E EQUIPAMENTOS INDIVIDUAIS DE PROTEÇÃO. 2
  3. 3. ANTES DE COMEÇARMOS A ESTUDAR OS TIPOS DE INTERAÇÕES QUE PODERÃO OCORRER ENTRE OS RAIOS X E OS CORPOS NOS QUAIS INCIDEM, É IMPORTANTE REVERMOS ALGUNS CONCEITOS COMO DE EXCITAÇÃO E IONIZAÇÃO. EXCITAÇÃO IONIZAÇÃO 3
  4. 4. EXCITAÇÃO & IONIZAÇÃO AO INTERAGIREM COM A MATÉRIA, OS FÓTONS DE RADIAÇÃO PODERÃO PROVOCAR PROCESSOS DE EXCITAÇÃO. NESTE PROCESSO, A ENERGIA DOS FÓTONS INCIDENTES É TRANSFERIDA A UM ELÉTRON QUE, AO RECEBÊ- LA, PASSA A UM NÍVEL ENERGÉTICO MAIS ALTO NO ÁTOMO. APÓS ESTA ETAPA, ESTE MESMO ELÉTRON CEDE ESTA ENERGIA ABSORVIDA NA FORMA DE FÓTON. 4 INTERAÇÕES DA RADIAÇÃO COM A MATÉRIA
  5. 5. EXCITAÇÃO & IONIZAÇÃO POR ESTAR MAIS ENERGÉTICO, APÓS ESTA ABSORÇÃO, O ÁTOMO TORNA-SE MAIS REATIVO, MAIS PROPENSO A REAÇÕES. DIZEMOS QUE OCORREU UMA EXCITAÇÃO. 5
  6. 6. EXCITAÇÃO & IONIZAÇÃO POR OUTRO LADO, DEPENDENDO DA ENERGIA DO FÓTON INCIDENTE, PODERÁ OCORRER UMA REMOÇÃO DE ELÉTRONS DO ÁTOMO DA SUBSTÂNCIA IRRADIADA. O QUE, COMO SABEMOS, TRANSFORMARÁ ESTA SUBSTANCIA EM UM ÍON COM CARGA POSITIVA, JÁ QUE PERDEU ELÉTRON(S). OS ÍONS SÃO ELEMENTOS EXTREMAMENTE REATIVOS E ENTÃO PODERÃO FORMAR NOVOS COMPOSTOS. DIZEMOS QUE HOUVE UMA IONIZAÇÃO. 6
  7. 7. EXCITAÇÃO & IONIZAÇÃO - ESTES ÍONS ATUAM NOS ORGANISMOS VIVOS COMO OS CHAMADOS “RADICAIS LIVRES”, PODENDO LEVAR À FORMAÇÃO DE SUBSTÂNCIAS DE DIFERENTES AÇÕES NOS TECIDOS 7
  8. 8. BEM, ANTES DE COMEÇARMOS A ESTUDAR AS DIFERENTES INTERAÇÕES DAS RADIAÇÕES COM A MATÉRIA, VAMOS RECORDAR UMA UNIDADE DE “ENERGIA” QUE É MUITO UTILIZADA NO ESTUDO DA QUANTIFICAÇÃO ENERGÉTICA DAS RADIAÇÕES ELETROMAGNÉTICAS, O “ELÉTRONVOLT” ASSIM COMO O JOULE (J) E OUTRAS UNIDADES JÁ CONHECIDAS DE MENSURAÇÃO DE ENERGIA, O ELÉTRONVOLT É UMA UNIDADE DE ENERGIA QUE CORRESPONDE À ENERGIA ADQUIRIDA POR 01 ELÉTRON, QUANDO ESTE É ACELERADO EM UM CAMPO ELÉTRICO DE 01 VOLT. OBSERVE: 8
  9. 9. + - AO SER ACELERADO DE A PARA B, CUJA D.D.P É 1 VOLT, ESTE ELÉTRON IRÁ ADQUIRIR 01 ELÉTRONVOLT (eV) DE ENERGIA. ESTA É A DEFINIÇÃO DA UNIDADE DE ENERGIA eV. A 1eV B DDP=1V 9
  10. 10. ASSIM COMO TODAS AS UNIDADES, O eV POSSUI TAMBÉM SEUS MÚLTIPLOS: MeV MEGA ELETRON VOLT KeV KILO ELÉTRON VOLT eV ELÉTRON VOLT 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 10
  11. 11. MeV KeV eV 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 DESTA FORMA: 1MeV= 1000 000 eV = 10 eV 1KeV= 1 000 eV = 10 eV 6 3 11
  12. 12. SABEMOS QUE UM FEIXE DE RAIOS X É UM FEIXE HETEROGÊNEO, POSSUINDO FÓTONS DE DIVERSOS COMPRIMENTOS DE ONDAS (λ), AS ENERGIA POR CONSEQUÊNCIA DESTES FÓTONS SÃO VARIÁVEIS, DEPENDENDO DE DIVERSOS FATORES (KV, ETC). OS RAIOS X UTILIZADOS PARA FINS DE DIAGNÓSTICO (PRODUÇÃO DE IMAGENS RADIOGRÁFICAS), POSSUEM ENERGIAS VARIANDO DENTRO DE UMA FAIXA DE 20 A 150 KeV. 12
  13. 13. DE UMA MANEIRA GERAL, AO ATINGIREM UM CORPO, AS RADIAÇÕES PODERÃO INTERAGIR COM ESTA MATÉRIA, SOFRENDO OS SEGUINTES COMPORTAMENTOS: SEREM TRANSMITIDAS, OU SEJA ULTRAPASSAREM O CORPO, SEM QUE HAJA NENHUMA ALTERAÇÃO ENERGÉTICA OU DE TRAJETÓRIA 13
  14. 14. SEREM ATENUADAS, ONDE HÁ UMA INTERAÇÃO DESTAS COM A MATÉRIA, OCASIONANDO ALTERAÇÕES EM SUA ENERGIA E/OU TRAJETÓRIA, ALÉM DE OUTROS PROCESSOS. 14
  15. 15. ATENUAÇÃO :CADA VEZ QUE UM FEIXE DE RADIAÇÃO ATRAVESSA UMA SUBSTÂNCIA, ESTE FEIXE SOFRERÁ UM CERTO GRAU DE ATENUAÇÃO QUE DIMINUIRÁ SUA INTENSIDADE INICIAL 15
  16. 16. CADA MATERIAL TERÁ A CAPACIDADE DE ABSORVER OS FÓTONS DE DIFERENTES INTENSIDADES. ESTA ABSORÇÃO SEGUE À SEGUINTE EQUAÇÃO, CONSIDERANDO A FIGURA ACIMA. I0 I0 e - X X IX IX = 16
  17. 17. e - X I0IX = I0 = INTENSIDADE DA RADIAÇÃO INCIDENTE IX= INTENSIDADE DA RADIAÇÃO EMERGENTE X= ESPESSURA DO MEIO ABSORVENTE e = CONSTANTE (NÚMERO NEPERIANO) VALOR JÁ TABELADO PARA MUITOS MATERIAIS, VARIANDO COM O MATERIAL E A ENERGIA (KV) DA RADIAÇÃO INCIDENTE. =CONSTANTE, DEPENDE DO MATERIAL E DA ENERGIA DA RADIAÇÃO INCIDENTE: COEFICIENTE DE ABSORÇÃO LINEAR DO MATERIAL 17
  18. 18. e X I0IX = 1 e - X I0IX = NOTE QUE QUANTO MAIOR FOR: 1)INTENSIDADE INCIDENTE (I0) MAIOR SERÁ IX, OU SEJA HAVERÁ MUITA RADIAÇÃO CAPAZ DE PASSAR ATRAVÉS DO MATERIAL!18
  19. 19. NOTE QUE QUANTO MAIOR FOR: ESPESSURA (X), DENSIDADE E NÚMERO ATÔMICO ( ) DO MATERIAL. MENOR SERÁ IX, OU SEJA HAVERÁ POUCA RADIAÇÃO CAPAZ DE PASSAR ATRAVÉS DO MATERIAL, MUITA ABSORÇÃO!19 e X I0IX = 1 e - X I0IX =
  20. 20. ATENUAÇÃO “CURVA DE ATENUAÇÃO”- PODEMOS CONFECCIONAR UMA CURVA, NA QUAL MEDIREMOS A INTENSIDADE DE UM FEIXE DE FÓTONS A CONSIDERAR, EM RELAÇÃO À PROFUNDIDADE DO MATERIAL QUE ESTE ATRAVESSA DURANTE SUA TRAJETÓRIA. OBSERVE ESTA CURVA ABAIXO DENOMINADA DE “CURVA DE ATENUAÇÃO”. ESTA CURVA É FUNÇÃO DO MATERIAL ABSORVENTE E DA ENERGIA DOS FÓTONS INCIDENTES! 20
  21. 21. ATENUAÇÃO ”CAMADA SEMI-REDUTORA” CONFORME VISTO, DIFERENTES MATERIAIS ATENUARÃO DIFERENTES QUANTIDADES DE RADIAÇÃO. POR DEFINIÇÃO, A FIM DE SE COMPARAR O PODER DE ATENUAÇÃO DE DIFERENTES MATERIAIS, DEFINIU-SE A GRANDEZA “CAMADA SEMI-REDUTORA” (CSR) (DE ORIGEM DO INGLÊS: HALF-VALUE LAYER, HVL), COMO SENDO A ESPESSURA DE DETERMINADO MATERIAL NECESSÁRIA PARA DIMINUIR EM 50% A INTENSIDADE DE UM FEIXE QUE O ATRAVESSA. 21
  22. 22. TENSÃO MÁX DE VOLTAGEM (KV) CSR CHUMBO (mm) CSR CONCRETO (cm) 50 0,06 0,43 70 0,17 0,84 100 0,27 1,60 125 0,28 2,00 150 0,30 2,24 200 0,52 2,50 A TABELA AO LADO COMPARA AS CSR DO CHUMBO E CONCRETO, PARA DIFERENTES INTENSIDADES DE RADIAÇÃO 22 ATENUAÇÃO ”CAMADA SEMI-REDUTORA”
  23. 23. TENSÃO MÁX DE VOLTAGEM (KV) CSR CHUMBO (mm) CSM CONCRETO (cm) 50 0,06 0,43 70 0,17 0,84 100 0,27 1,60 125 0,28 2,00 150 0,30 2,24 200 0,52 2,50 PARA A MESMA INTENSIDADE DE RADIAÇÃO (100) POR EX, NECESSITARÍAMOS DE UMA ESPESSURA DE CONCRETO APROXIMADAMENTE 16 VEZES MAIOR QUE DE CHUMBO. 23 ATENUAÇÃO ”CAMADA SEMI-REDUTORA”
  24. 24. CAMADA SEMI-REDUTORA 0 20 40 60 80 100 120 0 10 20 30 40 50 60 70 Espessura de Material (em cm) Intensidadedofeixederadiação 50% 25% 12,5% 1 CSR 2 CSR 3 CSR CSR = 15 CM24
  25. 25. ISTO EXPLICA PORQUE O Pb (chumbo), POR EXEMPLO, É UM ELEMENTO MUITO USADO COMO BARREIRA DE RAIOS X, COMO PROTETOR DE ÁREAS ADJACENTES À SALAS DE EXAMES, POR EXEMPLO, JÁ QUE POSSUI ALTA DENSIDADE E ALTO NÚMERO ATÔMICO (82) Biombo de chumbo 25
  26. 26. NAS ATENUAÇÕES, EM QUE O FÓTON INCIDENTE CEDE TODA SUA ENERGIA NO MEIO ABSORVENTE, DIZEMOS QUE A RADIAÇÃO FOI ABSORVIDA. NESTE CASO O FÓTON INCIDENTE CEDE TODA SUA ENERGIA NO MEIO ABSORVENTE, E ENTÃO NÃO HÁ TRANSMISSÃO DE RADIAÇÃO ATRAVÉS DESTE MEIO. 26
  27. 27. NAS ATENUAÇÕES EM QUE O FÓTON INCIDENTE EMERGE DO MEIO ABSORVENTE COM DIFERENTES ENERGIA E TRAJETÓRIAS, DIZEMOS QUE HOUVE UM “ESPALHAMENTO” NESTE CASO O FÓTON INCIDENTE SOFRE INTERAÇÃO COM OS ÁTOMOS DO ABSORVENTE, SOFRENDO DESVIO DE SUA TRAJETÓRIA, SENDO ESPALHADO. 27
  28. 28. EM UM EXAME RADIOGRÁFICO, QUANDO CONSIDERAMOS O ABSORVENTE, SENDO O CORPO A SER RADIOGRAFADO, PODEMOS CONCLUIR QUE AS ATENUAÇÕES SEJAM ELAS POR ABSORÇÃO DA RADIAÇÃO, SEJAM ELAS POR ESPALHAMENTO, SERÃO AS RESPONSÁVEIS PELA DETERMINAÇÃO DA IMAGEM NO RECEPTOR (FILME, SENSORES). FILME 28
  29. 29. A RADIAÇÃO EMERGENTE DO CORPO , POSSUIRÁ VÁRIAS CARACTERÍSTICAS DIFERENTES OU NÃO DO FÓTON INCIDENTE, E ATINGINDO O RECEPTOR DA IMAGEM, PROVOCARÁ NESTE DIFERENTES ESTÍMULOS, QUE SERÃO INTERPRETADOS DE DISTINTAS MANEIRA E PRODUZIRÃO ASSIM OS DETALHES DA ESTRUTURA RADIOGRAFADA EM TONS DE CINZA, GERALMENTE AS REGIÕES DO FILME QUE NÃO RECEBERAM MUITOS FÓTONS EMERGENTES DO CORPO, OU SEJA, ONDE O CORPO, ABSORVEU MUITA RADIAÇÃO é chamada de REGIÃO RADIOPACA (OPACA À RADIAÇÃO) 29 AS REGIÕES DO FILME QUE RECEBERAM MUITOS FÓTONS EMERGENTES DO CORPO, OU SEJA, ONDE O CORPO, NÃO ABSORVEU MUITA RADIAÇÃO NESTA ÁREA= REGIÃO RADIOLÚCIDA (TRANSLÚCIDA À RADIAÇÃO) HÁ OPOSIÇÃO DAS ÁREAS RADIOLÚCIDAS E RADIOPACAS NA IMAGEM RADIOGRÁFICA, O QUE PERMITE A INTERPRETAÇÃO DAS REGIÕES ANATÔMICAS E SEU ESTUDO.
  30. 30. RADIOPACAS: CORPOS ESPESSOS; DE ALTA DENSIDADE FÍSICA; CLAROS NA IMAGEM. RADIOLÚCIDAS: CORPOS FINOS: DE BAIXA DENSIDADE FÍSICA; ESCUROS NA IMAGEM. 30
  31. 31. RADIOPACAS = ATENUAM BASTANTE AS RADIAÇÕES INCIDENTES, POR SUAS ALTAS DENSIDADE E/OU ESPESSURAS. EX: OSSOS, ESMALTE DOS DENTES... OBS: IMAGENS CLARAS (O FILME NÃO FOI SENSIBILIZADO!) 31
  32. 32. RADIOLÚCIDAS = NÃO ATENUAM AS RADIAÇÕES INCIDENTES, POR SUAS BAIXAS DENSIDADE E/OU ESPESSURAS. EX: PELE, GORDURA, AR... OBS: IMAGENS ESCURAS (O FILME FOI MUITO SENSIBILIZADO!) 32
  33. 33. EXEMPLO 33
  34. 34. EXERCÍCIOS PROPOSTOS: 1) DE QUAIS FATORES DEPENDERÁ O GRAU DE ATENUAÇÃO DE DETERMINADA RADIAÇÃO QUE INCIDE EM UM CORPO? 2) QUAL A IMAGEM RADIOGRÁFICA (RADIOPACA/RADIOLÚCIDA) VOCÊ ESPERA NORMALMENTE OBTER DAS SEGUINTES ESTRUTURAS: a) INTESTINO GROSSO b) ESMALTE DOS DENTES. c) PULMÕES d) COLUNA VERTEBRAL 3) DA QUESTÃO ANTERIOR, QUAL DELAS SERÁ ESCURA E QUAL SERÁ CLARA? POR QUE? 34
  35. 35. INTERAÇÃO DA RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA COM A MATÉRIA: PARTE II Faculdade Mauricio de Nassau – FMN Curso de Radiologia Componente curricular: técnicas para diagnóstico por imagem. Docente: Thassiany Sarmento
  36. 36. JÁ QUE SABEMOS QUE A INTERAÇÃO ENTRE A RADIAÇÃO E OS CORPOS SERÁ A RESPONSÁVEL PELA PRODUÇÃO DA IMAGEM RADIOGRÁFICA, PODEMOS NOS VOLTAR AGORA A UM ESTUDO MAIS DETALHADO DOS TIPOS DE INTERAÇÃO. PRIMEIRAMENTE, OBSERVAMOS QUE AS INTERAÇÕES ENTRE AS RADIAÇÕES E A MATÉRIA DEPENDERÁ , DENTRE OUTROS FATORES, DA ENERGIA DESTE FÓTON COMO EXPLICADO, A FAIXA DE RADIAÇÃO X PARA DIAGNÓSTICO VARIARÁ ENTRE 20 A 150 KeV
  37. 37. 1) ESPALHAMENTO CLÁSSICO OU ESPALHAMENTO COERENTE ESTE TIPO DE INTERAÇÃO FOI INICIALMENTE OBSERVADO POR J.J. THOMSON, NO FINAL DO SÉCULO XIX. POR ISSO É TAMBÉM CONHECIDA COMO “EFEITO THOMSON”. ESTA INTERAÇÃO OCORRE QUANDO ESTAMOS LIDANDO COM FÓTONS DE ENERGIAS MENORES QUE 10 KeV!
  38. 38. 1) ESPALHAMENTO CLÁSSICO OU ESPALHAMENTO COERENTE NESTA INTERAÇÃO, O FÓTON INCIDENTE APRESENTA UM COMPRIMENTO DE ONDA (λ) MAIOR QUE AS DIMENSÕES DO ÁTOMO DO MATERIAL ( E RELATIVAMENTE BAIXA ENERGIA). O QUÊ OCORRE? O FÓTON INCIDENTE INTERAGE COM ELÉTRONS MAIS EXTERNOS DO ÁTOMO, TRANSFERINDO TODA SUA ENERGIA A ESTE.
  39. 39. 1) ESPALHAMENTO CLÁSSICO OU ESPALHAMENTO COERENTE O QUÊ OCORRE? O ÁTOMO TORNA-SE EXCITADO E LIBERA IMEDIATAMENTE ESTA ENERGIA ATRAVÉS DA EMISSÃO DE UM FÓTON DE MESMO COMPRIMENTO DE ONDA E ENERGIA QUE O INCIDENTE, PORÉM EM OUTRA DIREÇÃO (HÁ ESPALHAMENTO DO MESMO).
  40. 40. 1) ESPALHAMENTO CLÁSSICO OU ESPALHAMENTO COERENTE IMPORTANTE!! PARA A RADIOLOGIA DIAGNÓSTICA, ESTE TIPO DE INTERAÇÃO NÃO TEM GRANDE IMPORTÂNCIA, UMA VEZ QUE ENVOLVE FÓTONS COMO DITO, NA MAIORIA, DE BAIXA ENERGIA, OS QUAIS SÃO PRONTAMENTE ABSORVIDOS ATRAVÉS DOS FILTROS DOS APARELHOS GERADORES DE RX (INERENTES E ADICIONAIS).
  41. 41. 41 p1 p2 Uma possibilidade p1 p2 Outra possibilidade • Há diversas possibilidades de interação entre partículas (colisão elástica, colisão inelástica, fusão, fissão, desintegração... ); • Cada interação tem uma probabilidade de ocorrência; • A probabilidade depende, em geral, da energia e das características de cada partícula envolvida na interação; • A probabilidade específica para uma interação é chamada Seção de Choque; • O resultado efetivo das interações é naturalmente relacionado com a Seção de Choque; 1) ESPALHAMENTO CLÁSSICO OU ESPALHAMENTO COERENTE
  42. 42. 42 Raios-X (interação de fóton com elétron) Ef E Espalhamento Thomson ( = “clássico”) Ef  E Processo análogo • O campo elétromagnético (fóton) leva o elétron a oscilar em sua órbita; • A oscilação implica aceleração/desaceleração; • Elétrons acelerados emitem radiação; • A radiação emitida tem a mesma frequência da incidente (coerente);
  43. 43. 2) EFEITO FOTOELÉTRICO ESTE EFEITO FOI ESTUDADO PRIMEIRAMENTE PELO CIENTISTA GERMÂNICO ALBERT EISTEIN, QUE RECEBEU O PRÊMIO NOBEL POR SEU TRABALHO SOBRE A INTERAÇÃO FOTOELÉTRICA ENTRE DIVERSOS TIPOS DE ONDAS DE LUZ VISÍVEL E METAIS.
  44. 44. 2) EFEITO FOTOELÉTRICO SABEMOS QUE CADA ELÉTRON ENCONTRA-SE EM CAMADAS ESPECÍFICAS DE ENERGIA , LIGADOS AOS NÚCLEOS ATÔMICOS. ESTA LIGAÇÃO PODERÁ SER MAIS FORTE OU FRACA, DEPENDENDO DO TIPO DO ELEMENTO QUÍMICO EM QUESTÃO E A DISTÂNCIA DESTES ELÉTRON DO NÚCLEO, SENDO AS CAMADAS K E L AS MAIS ENERGÉTICAS. K LESTA ENERGIA É DENOMINADA “ENERGIA DE LIGAÇÃO”
  45. 45. 2) EFEITO FOTOELÉTRICO PARA QUE POSSAMOS RETIRARA UM ELÉTRON DE SUA CAMADA, DEVEREMOS FORNECER UMA ENERGIA AO MESMO IGUAL OU MAIOR QUE SUA ENERGIA DE LIGAÇÃO (E Lig).
  46. 46. 2) EFEITO FOTOELÉTRICO O QUÊ OCORRE? O FÓTON INCIDENTE POSSUINDO ENERGIA IGUAL OU MAIOR QUE A DE LIGAÇÃO DO ELÉTRON INCIDE EM UM ELÉTRON, TRANSFERINDO SUA ENERGIA AO MESMO.
  47. 47. 2) EFEITO FOTOELÉTRICO NOTE QUE A ENERGIA CINÉTICA DO ELÉTRON SERÁ IGUAL À DIFERENÇA DA ENERGIA DO FÓTON INCIDENTE MENOS A DE LIGAÇÃO DESTE ELÉTRON. EC EI EI= E Lig + EC
  48. 48. 2) EFEITO FOTOELÉTRICO OBSERVE QUE NESTE TIPO DE INTERAÇÃO OCORRE UMA ABSORÇÃO COMPLETA DO FÓTON, ESTE FÓTON NÃO É ESPALHADO. APÓS A EJEÇÃO DO FOTO ELÉTRON, O ÁTOMO APRESENTARÁ UMA VACÂNCIA.
  49. 49. 2) EFEITO FOTOELÉTRICO O ELÉTRON DE UMA CAMADA VIZINHA PREENCHE ESTA VACÂNCIA EMITINDO UM FÓTON NA FORMA DE RADIAÇÃO CARACTERÍSTICA (DE ACORDO COM A ENERGIA DO NÍVEL QUE ELE ESTÁ) ESTE FÓTON É DENOMINADO DE RADIAÇÃO SECUNDÁRIA
  50. 50. 2) EFEITO FOTOELÉTRICO A RADIAÇÃO SECUNDÁRIA É UMA RADIAÇÃO “INDESEJADA”, POIS: AUMENTA A DOSE DOS TECIDOS DO PACIENTE, NÃO CONTRIBUI PARA A FORMAÇÃO DA IMAGEM RADIOGRÁFICA E AINDA É CAPAZ DE ALTERAR DE FORMA INDESEJADA A IMAGEM OBTIDA, POIS AUMENTA O GRAU DE ESCURECIMENTO DA MESMA (VELAMENTO!). RADIAÇÃO SECUNDÁRIA
  51. 51. 2) EFEITO FOTOELÉTRICO OBSERVE QUE NESTE TIPO DE INTERAÇÃO OCORRE UMA ABSORÇÃO COMPLETA DO FÓTON, ESTE FÓTON NÃO É ESPALHADO. ESTE FÓTON ALTERNATIVAMENTE PODERÁ TRANSFERIR SUA ENERGIA A OUTRO ELÉTRON DE UMA CAMADA MAIS EXTERNA E COM MENOR E Lig. ESTE ELÉTRON É ENTÃO EJETADO E DENOMINADO DE ELÉTRON AUGER
  52. 52. 2) EFEITO FOTOELÉTRICO ESTA INTERAÇÃO PÓS EFEITO FOTOELÉTRICO FOI ESTUDADA PELO FÍSICO FRANCÊS PIERRE AUGER (1899 - 1993) , POR ISSO, O NOME DOS ELÉTRONS AUGER.
  53. 53. 2) EFEITO FOTOELÉTRICO APÓS A EJEÇÃO DE UM ELÉTRON AUGER, HAVERÁ NOVA FORMAÇÃO DE VACÂNCIA NO ÁTOMO, QUE DEVERÁ SER PREENCHIDA E DESENCADEARÁ NOVAS INTERAÇÕES. OS EVENTOS AUGER TÊM IMPORTÂNCIA NA RADIOLOGIA, POIS SÃO RESPONSÁVEIS PELO AUMENTO DAS DOSES TECIDUAIS.
  54. 54. • Predomina em baixas energias; • Também predomina em elementos de elevado número atômico Z; • Como exemplo, para o Chumbo este efeito predomina para energias menores que 0,6 MeV (600 KeV) enquanto para o Alumínio a faixa de energia predominante é de 0,06 MeV (60 KeV). 2) CARACTERÍSTICAS DO EFEITO FOTOELÉTRICO
  55. 55. 55 Ef E Efeito fotoelétrico Ef > E Raios-X (interação de fóton com elétron) • A energia do fóton é apenas maior que a energia de ligação do elétron; • O elétron adquire (absorve) a energia do fóton; • Com o excesso de energia, o elétron se desprende do átomo; • O fóton desaparece.
  56. 56. 3) EFEITO COMPTON- ESPALHAMENTO COMPTON OU ESPALHAMENTO INCOERENTE DESCOBERTO EM 1923, POR ARTHUR COMPTON
  57. 57. 3) EFEITO COMPTON- ESPALHAMENTO COMPTON OU ESPALHAMENTO INCOERENTE O QUÊ OCORRE? UM FÓTON INCIDENTE, REAGE COM UM ELÉTRON MAIS EXTERNO DO ÁTOMO, EXPULSANDO-O DA ELETROSFERA E IONIZANDO ESTE ÁTOMO.
  58. 58. 3) EFEITO COMPTON- ESPALHAMENTO COMPTON OU ESPALHAMENTO INCOERENTE OBSERVE QUE NESTE CASO HOUVE UM ESPALHAMENTO E NÃO UMA ABSORÇÃO COMO NO FOTOELÉTRICO, POI S O FÓTON INCIDENTE CONTINUOU A SE PROPAGAR!
  59. 59. 3) EFEITO COMPTON- ESPALHAMENTO COMPTON OU ESPALHAMENTO INCOERENTE OS FÓTON ESPALHADOS PELO EFEITO COMPTON PODERÃO ADQUIRIR DIFERENTES ÂNGULOS DE TRAJETÓRIA EM RELAÇÃO À INCIDENTE. HÁ CASOS EM QUE O FÓTON ADQUIRIRÁ UM ÂNGULO NOVO DE PROPAGAÇÃO DE 180º. OU SEJA, RETORNARÁ EM DIREÇÃO à FONTE. ESTA RADIAÇÃO É CHAMADA RETROESPALHADA, QUE PODE SER PREJUDICIAL À IMAGEM... DAÍ A EXISTÊNCIA DA GRADES ANTIDIFUSORAS EM RADIOGRAFIAS, CAPAZES DE ELIMINAR ESTAS RADIAÇÕES, QUE ATINGIRIAM O FILME.
  60. 60. • O fóton incidente sempre é espalhado; • Predomina numa faixa de energia maior comparada à do Efeito Fotoelétrico; • Embora o fóton, em cada interação deste tipo, seja espalhado, também é responsável pela absorção da radiação incidente se levarmos em conta que os fótons vão perdendo energia nesta interação até serem completamente absorvidos ao atravessarem o paciente. 3) EFEITO COMPTON- ESPALHAMENTO COMPTON OU ESPALHAMENTO INCOERENTE
  61. 61. 61 Ef E Espalhamento Compton Ef >> E λ1 λ2 > λ1 Raios-X (interação de fóton com elétron) • A energia do fóton é muito maior que a energia de ligação do elétron; • Portanto, é como se o elétron estivesse “livre”; • Ocorre colisão inelástica; • O elétron adquire energia, o fóton perde energia.
  62. 62. 4) PRODUÇÃO DE PARES ESTE TIPO DE INTERAÇÃO OCORRE APENAS COM RADIAÇÕES DE ALTO NÍVEL DE ENERGIA (ACIMA DE 1,022 MeV!). O QUE, COMO JÁ SABEMOS, ESTÁ FORA DOS NÍVEIS DE RAIOS X DIAGNÓSTICO. OCORRE APENAS NA RADIOTERAPIA E RADIOGRAFIA INDUSTRIAL.
  63. 63. 4) PRODUÇÃO DE PARES O QUÊ OCORRE? UM FÓTON DE ALTÍSSIMA ENERGIA E BAIXO COMPRIMENTO DE ONDA, CONSEGUE “ESCAPAR” DE INTERAGIR COM OS ELÉTRONS DA ELETROSFERA E SE APROXIMA DO NÚCLEO ATÔMICO. ONDE SOFRE ENORME INFLUÊNCIA DO CAMPO ELÉTRICO AÍ EXISTENTE.
  64. 64. 64 Ef Produção de Par elétron-pósitron Ef > mec2 (512keV) 4) PRODUÇÃO DE PARES •A energia do fóton é suficiente para “materializar” um elétron e um pósitron; • O núcleo do átomo adquire momento de recuo; • O fóton desaparece (aniquilação).
  65. 65. 5) FOTODESINTEGRAÇÃO ESTA INTERAÇÃO TAMBÉM ENVOLVE FÓTONS COM ALTÍSSIMAS ENERGIA (ACIMA DE 10 MeV!!), NÃO OCORRENDO TAMBÉM NA FAIXA DE RAIOS X DIAGNÓSTICO , MAS QUE É BEM FREQÜENTE NO CASO DE RADIOTERAPIA. O QUÊ OCORRE? O FÓTON DE ALTÍSSIMA ENERGIA É COMPLETAMENTE ABSORVIDO PELO NÚCLEO.
  66. 66. 5) FOTODESINTEGRAÇÃO O QUÊ OCORRE? O NÚCLEO É ENTÃO ELEVADO A UM ALTO NÍVEL DE ENERGIA, EMITINDO, IN STANTANEAMENTE UM FRAGMENTO- O NÚCLEON
  67. 67. PROBABILIDADES DE INTERAÇÕES OBSERVE NESTE GRÁFICO QUE PARA BAIXOS VALORES ENERGÉTICO, HÁ PREDOMINÂNCIA DE EFEITO FOTOELÉTRICO EM QUALQUER QUE SEJA O ÁTOMO.
  68. 68. PROBABILIDADES DE INTERAÇÕES Á MEDIDA QUE A ENERGIA VAI CRESCENDO, A PROBABILIDADE DE OCORRÊNCIA DO EFEITO COMPTON TAMBÉM CRESCE, ATINGINDO UM VALOR MÁXIMO EM 2 MeV, ONDE PRATICAMENTE TODAS AS INTERAÇÕES SÃO COMPTON.
  69. 69. PROBABILIDADES DE INTERAÇÕES-------------------------- ACIMA DE 5 MeV, À MEDIDA QUE A ENERGIA CRESCE E O TAMANHO DO ÁTOMO DECRESCE (MENOR Z) A PRODUÇÃO DE PARES É O FENÔMENO PREDOMINANTE.
  70. 70. INTERAÇÃO DAS PARTÍCULAS RADIOATIVAS A INTERAÇÃO DA RADIOATIVIDADE, ATRAVÉS DE PARTÍCULAS DIFERE-SE DAQUELA EXPOSTA ANTERIORMENTE PARA OS FÓTONS. PRIMEIRAMENTE PORQUE SÃO RADIAÇÕES DOTADAS DE MASSA, O QUÊ NÃO OCORRE NAS RADIAÇÕES ELETROMAGNÉTICAS. SEGUNDO, PELO GRAU DE ENERGIA QUE ESTAS PARTÍCULAS SÃO DOTADAS. SENDO QUE OS RX DIAGNÓSTICOS POSSUEM ENERGIA BEM INFERIOR AO DAS PARTÍCULAS α E β.
  71. 71. INTERAÇÃO DAS PARTÍCULAS RADIOATIVAS PAPEL LÂMINA METAL CHUMBO DEVEMOS TAMBÉM NOS LEMBRAR QUE APESAR DE ENERGÉTICAS, POSSUEM O PODER DE PENETRAÇÃO MENOR QUE ALGUMAS RADIAÇÕES ELETROMAGNÉTICAS, COMO A GAMA (γ). α γ β
  72. 72. INTERAÇÃO DAS PARTÍCULAS RADIOATIVAS PARTÍCULAS α AS PARTÍCULAS α SÃO PARTÍCULAS PRODUZIDAS EM NÚCLEOS INSTÁVEIS DOTADAS DE CARGA ELÉTRICA +2, POSSUINDO ENERGIA VARIANDO EM TORNO DE 4 A 7 MeV! POR ESTA ALTÍSSIMA ENERGIA, POSSUEM ELEVADO PODER DE IONIZAÇÃO: SÃO CAPAZES DE IONIZAR ATÉ 40. 000 ÁTOMOS AO ATRAVESSAREM 1 cm DE AR!!
  73. 73. INTERAÇÃO DAS PARTÍCULAS RADIOATIVAS PARTÍCULAS α ESTA ALTÍSSIMA IONIZAÇÃO SE DÁ PORQUE POR SUA CARGA ATRAI GRANDE NÚMERO DE ELÉTRONS DO MEIO, QUE DEIXAM SEUS ÁTOMOS IONIZADOS, MAS QUE NÃO ENCONTRAM A PARTÍCULA DEVIDO A ALTA VELOCIDADE DA MESMA. - - - --
  74. 74. INTERAÇÃO DAS PARTÍCULAS RADIOATIVAS PARTÍCULAS α POR POSSUÍREM PENETRAÇÃO POUCA EM TECIDOS (CERCA DE APENAS 0,1mm PODERÃO SER BARRADAS POR UMA SIMPLES FOLHA DE PAPEL. PORÉM, DEVIDO A SEU ALTÍSSIMO PODER DE IONIZAÇÃO, PODEM LEVAR A DANOS GRAVES NOS TECIDOS, COMO POR EXEMPLO UM ELEVADO GRAU DE CâNCER DE PELE, ATÉ MAIOR QUE O RISCO DE SER CAUSADO POR RX E GAMA!
  75. 75. ALÉM DISSO , ELEMENTOS RADIOATIVOS EMISSORES DE PARTÍCULAS α TAMBÉM EMITEM , POR SUA INSTABILIDADE, RADIAÇÕES GAMA E RX, DESTA FORMA, UM FOLHA DE PAPEL NOS PROTEGERIA DA α, MAS NÃO DAS OUTRA QUE A ATRAVESSARIAM FACILMENTE... INTERAÇÃO DAS PARTÍCULAS RADIOATIVAS PARTÍCULAS α PAPEL LÂMINA METAL CHUMBO α γ β
  76. 76. INTERAÇÃO DAS PARTÍCULAS RADIOATIVAS PARTÍCULAS β β PARTÍCULAS β PODERÃO APRESENTAR CARGAS + OU - . PODEM SER CONSIDERADAS COMO ELÉTRONS EM MOVIMENTO, DESTA FORMA ATUARÃO DA MESMA MANEIRA EM UM ÁTOMO COMO UM FEIXE DE ELÉTRON: FORMANDO RADIAÇÃO CARACTERÍSTICA E BREMSSTRAHLUNG (FRENAGEM)
  77. 77. Energia de ligação de materiais relevantes para a radiologia
  78. 78. Exercicio Uma radiação X de 70 KeV interage por efeito fotoelétrico com um átomo da camada K de carbono e um átomo de bário. Qual a energia cinética de cada fotoelétron?
  79. 79. Bibliografia 1. Bases Físicas e Tecnológicas Aplicadas aos Raios X, Renato Dimenstein e Thomaz Ghilardi Netto, Ed. SENAC. 2. Radiações ionizantes para médicos, físicos e leigos, Antônio Renato Biral, Ed. Insular. 3. Radioproteção e Dosimetria – Fundamentos, Luiz Tauhata, Ivan P. A. Salati, Renato Di Prinzio e Antonieta R. Di Prinzio, Instituto de Radioproteção e Dosimetria, IRD – CNEN. Disponível para download na internet.

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