os raios X não são emitidos do núcleo do átomo.
Os raios X são radiações de natureza eletromagnética, que se propagam no ar ou vácuo
Essa radiação é produzida quando ocorre o bombardeamento de um material metálico
de alto número atômico (tungstênio), resultando na produção de radiação X por
freamento ou ionização.
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;
-
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.
Elementos do tubo de raios X
O tubo de raios X possui dois elementos principais e que serão a partir de agora objeto de
estudo: catodo e anodo.
O catodo é o eletrodo negativo do tubo. É constituído de duas partes principais: o
filamento e o copo focalizador. A função básica do catodo é emitir elétrons e
focalizá-los em forma de um feixe bem definido apontado para o anodo. Em geral,
o catodo consiste de um pequeno fio em espiral (ou filamento) dentro de uma
cavidade (copo de focagem) como mostrado na figura anterior.
O filamento é normalmente feito de Tungstênio (com pequeno acréscimo de Tório)
Toriado, pois esta liga tem alto ponto de fusão e não vaporiza facilmente (a
vaporização do filamento provoca o enegrecimento do interior do tubo e a
conseqüente mudança nas características elétricas do mesmo). A queima do
filamento é, talvez, a mais provável causa da falha de um tubo.
O corpo de focagem serve para focalizar os elétrons que saem do catodo e fazer com que eles “batam” no anodo e não em outras partes. A corrente do tubo é controlada
pelo grau de aquecimento do filamento (catodo). Quanto mais aquecido for o
filamento, mais elétrons serão emitidos pelo mesmo, e maior será a corrente que
fluirá entre anodo e catodo. Assim , a corrente de filamento controla a corrente
entre anodo e catodo.
O anodo é o pólo positivo do tubo, serve de suporte para o alvo e atua como elemento
condutor de calor. O anodo deve ser de um material (tungstênio) de boa
condutividade térmica, alto ponto de fusão e alto número atômico, de forma a
otimizar a relação de perda de energia dos elétrons por radiação (raios X) e a
perda de energia por aquecimento. Existem dois tipos de anodo: anodo fixo e
anodo giratório.
Os tubos de anodo fixo são usualmente utilizados em máquinas de baixa corrente, tais
como: raios X dentário, raios X portátil, máquinas de radioterapia, raios X
industrial, etc.
Os tubos de anodo giratório são usados em máquinas de alta corrente, normalmente
utilizadas em radiodiagnóstico. Ele permite altas correntes pois a área de
impacto dos elétrons fica aumentada. Como exemplo, tomemos um alvo fixo, cuja
área de impacto é de 1mm x 4 mm, isto é, 4 mm2. Se este alvo girar
com um raio de giro igual 30mm, a área de impacto seria aproximadamente:
754mm2; nestas condições, o tubo giratório teria cerca de 200 vezes
mais área do que o tubo fixo.
O anodo e o catodo ficam acondicionados no interior de um invólucro fechado (tubo ou
ampola), que está acondicionado no interior do cabeçote do RX. A ampola é
geralmente constituída de vidro de alta resistência e mantida em vácuo, e tem
função de promover isolamento térmico e elétrico entre anodo e catodo. O
cabeçote contém a ampola e demais acessórios. É revestido de chumbo cuja função
é de blindar a radiação de fuga e permitir a passagem do feixe de radiação
apenas pela janela radiotransparente direcionando desta forma o feixe. O espaço
é preenchido com óleo que atua como isolante elétrico e térmico.
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.
Existem situações (raras) em que alguns elétrons muito energéticos se chocam diretamente com os núcleos, convertendo toda a sua energia cinética em um fóton de alta energia e freqüência (a rigor, esta seria uma outra forma de geração de
radiação, onde a energia do fóton gerado é igual à energia do elétron incidente,
o que se configura como um fóton de máxima energia).
Durante o bombardeamento do alvo, todas as possibilidades em termos de geração de fótons acontecem, na medida que temos interações diferentes entre elétrons incidentes
com o material do alvo, gerando fótons de diferentes energias.
A radiação de freamento, ou Bremsstrahlung, se caracteriza por ter uma
distribuição de energia relativa aos fótons gerados, bastante ampla, como mostra
a figura a seguir.
Como se pode observar pelo gráfico ao lado, a maioria dos fótons obtidos possui baixa
energia, sendo que somente uns poucos têm a energia equivalente à diferença de
potencial (voltagem) aplicada ao tubo. Esse gráfico mostra que são gerados
muitos fótons de baixa energia, o que pode ser perigoso para o paciente
irradiado, pois estes fótons de baixa energia interagem com os tecidos vivos,
sem contribuir para a formação da imagem radiográfica.
O espectro, distribuição das energias dos fótons gerados por uma radiação de
freamento, é mostrado na figura a seguir, onde se pode observar que a radiação
não é monoenergética, mas sim polienergética, pois temos fótons de diferentes
energias, em quantidades diferentes.
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.
A energia da radiação gerada por um alvo de tungstênio é da ordem de 70 keV. A condição necessária e imprescindível para que se produza a radiação característica do
tungstênio é que os fótons devem ter uma energia máxima superior a 70 keV, já
que a energia de ligação da camada K é da ordem de 70 keV.
Como se da o processo de geração da radiação característica do
tungstênio?
Exemplo:
Quando bombardeamos um alvo de tungstênio com elétrons submetidos a uma tensão
de 100 kV, serão gerados fótons com energia de poucos keV até 100 keV, mas uma
grande parte deles terão energia da ordem de 70 keV, característica do
tungstênio.
Cada material emite um nível definido de radiação característica, dependendo de seu
número atômico, como são os casos do tungstênio (radiologia convencional) e
molibidênio (mamografia), que possuem radiações características da ordem de 70
keV e 20 keV, respectivamente.
Essa figura é o resultado da superposição da radiação característica do tungstênio
com o espectro contínuo gerado com 100 kVp. Nela se pode observar que, além de
fótons, com energia baixas e altas, temos um grande número deles com energias
correspondentes somente ao tungstênio. Quando o alvo bombardeado é de
molibidênio, a radiação característica se situa na faixa de 20 keV.
Efeito anódico 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.
Adiferença 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
torácica deve-se levar em conta a influência do efeito anódico na realização das
incidências radiológicas pertinentes a estes estudos.
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