Resumo sobre a descoberta e a aplicação dos raios X.

1. Raios X

2. Em 1895, o físico Wilhelm Konrad Roentgen , estudando descargas elétricas em gases rarefeitos em ampolas de Crookes, por acaso descobriu os raios X . Ele tinha uma ampola de Crookes encerrada em uma caixa de papelão, e alimentada por uma bobina de Rumkhorff. Raios X

3. Raios X

4. Com o conjunto em um quarto escuro, ele observou que, quando o tubo funcionava, se produzia fluorescência num cartão pintado com platino-cianureto de bário. A fluorescência era observada quer estivesse voltada para o tubo a face do cartão pintada com platino cianureto de bário, quer a face oposta, e até com este cartão afastado a dois metros do tubo. Raios X

5. A fluorescência não era causada pelos raios catódicos, pois estes não atravessam o vidro do tubo. Roentgen observou a seguir que o agente causador da fluorescência se originava na parede do tubo de Crookes, no ponto onde os raios catódicos encontravam essa parede. Não sabendo do que se tratava, Roentgen chamou raio X a esse agente. Raios X

6. Os raios X são radiações da mesma natureza da radiação gama (ondas eletromagnéticas), com características semelhantes. Só diferem da radiação gama pela origem, ou seja, os raios X não são emitidos do núcleo do átomo . Raios X

7. 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. Raios X

8. Raios X

9. 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. Raios X

10. 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. Raios X

11. 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. Raios X

15. Tubos de raios X : Raios X são produzidos todas as vezes que elétrons encontram um obstáculo. Na experiência de Roentgen, eles eram produzidos quando os elétrons encontravam a parede do tubo. Raios X

16. Há dois tipos de tubos de raios X em uso: [1º] Tubos a gás, [2º] Tubo Coolidge. Raios X

17. Tubo a Gás Raios X

18. Tubo a Gás Raios X

19. Possuem gás à pressão de mais ou menos 0,001 mmHg. O tubo é esférico, e além do catodo C e do anodo A, possui um terceiro eletrodo B, chamado alvo, colocado no centro da esfera. O alvo B está ligado ao anodo A, de maneira que ficam ao mesmo potencial. Este alvo combinado com o anodo, produz um campo elétrico que encurva a trajetória dos elétrons e faz que a maioria dos elétrons encontre o alvo perpendicularmente. A diferença de potencial entre o catodo e o anodo nestes tubos é de 30.000 a 50.000 volts. Raios X

20. Tubo a Gás Raios X

21. Tubo Coolidge Neste tubo é feito o melhor vácuo possível. O catodo é aquecido por uma corrente elétrica fornecida por um gerador P. Assim aquecido ele emite muito maior quantidade de elétrons. Não possui o alvo B, pois o próprio anodo atua como alvo e emite os raios X. A diferença de potencial entre o catodo e o anodo, fornecida pelo gerador G, nestes tubos pode ser desde 100.000 até 1.000.000 de volts. Raios X

22. Tubo Coolidge Raios X

23. Produção dos raios X : A produção dos raios X é explicada do seguinte modo: os elétrons emitidos pelo catodo são fortemente atraídos pelo anodo, e chegam a este com grande energia cinética. Chocando-se com o anodo, eles perdem a energia cinética, e cedem energia aos elétrons que estão nos átomos do anodo. Estes elétrons são então acelerados, sendo assim, emitem ondas eletromagnéticas que são os raios X . Raios X

24. Elementos do tubo de raios X: O tubo de raios X possui dois elementos principais: catodo e anodo . O catodo é o eletrodo negativo do tubo . É constituído de duas partes principais: o filamento e o copo focalizador. Raios X

25. Elementos do tubo de raios X: 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). Raios X

26. Elementos do tubo de raios X: Raios X

27. 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. Raios X

28. 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. Raios X

29. 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. Raios X

30. Raios X

31. Os tubos de anodo fixo são usualmente utilizados em máquinas de baixa corrente, tais como: raios X odontológicos, raios X portáteis, máquinas de radioterapia, raios X industriais e outros. 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. Raios X

32. 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. Raios X

33. 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. Raios X

34. Radiação de Freamento (Bremsstrahlung): A radiação de freamento, ou Bremsstrahlung, se caracteriza por ter uma distribuição bastante ampla de energia relativa aos fótons gerados. Raios X

35. Como se pode observar pelo gráfico a seguir, 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. Raios X

36. Geração de muitos fótons de baixa energia Raios X

37. Radiação característica: Alguns fótons interagem diretamente com os núcleos, convertendo toda sua energia em radiação, sem modificar o átomo alvo, ou seja, sem ionizá-lo. Raios X

38. Existem situações, no entanto, em que elétrons podem 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. Raios X

39. 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. Raios X

40. Raios X

41. 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. Raios X

42. 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 torácica deve-se levar em conta a influência do efeito anódico na realização das incidências radiológicas pertinentes a estes estudos. Raios X

43. Raios X

44. Efeito sobre os tecidos: Os raios X podem exercer, sobre os tecidos, ações benéficas ou maléficas, conforme a dose com que são absorvidos. Assim como curam, também podem produzir doenças, como por exemplo, a doença de pele chamada radiodermite, muito perigosa porque pode se transformar em câncer. Raios X

45. Radiodermite Raios X

46. Está provado que existe uma dose de raios X máxima que cada pessoa pode receber por semana. Qualquer pessoa pode ser submetida à doses compreendidas nesse limite máximo, sem perigo. Um fato perigosíssimo, que se nota na quase totalidade dos hospitais e consultórios médicos que fazem aplicações de raios X, é que os médicos e técnicos que trabalham com os aparelhos de raios X não controlam as doses que eles mesmos recebem enquanto trabalham. Raios X

47. Pois, assim como a luz que incide numa parede e se espalha por todas as direções, os raios X também se espalham quando encontram um obstáculo. Por causa disso, quando um técnico está manuseando o aparelho de raios X para fazer aplicação em outra pessoa, ele também recebe certa dose de raios X que foi espalhado. Esses técnicos trabalham várias horas por dia, todos os dias, recebendo raios X, e quando não são controlados, suas vidas correm perigo. Embora eles se protejam com avental e luvas de chumbo, e óculos com vidro à base de chumbo, sempre recebem alguma dose. Raios X

48. Aplicações dos raios X : Todos conhecem as aplicações dos raios X na medicina, em radiografias e curas de certas moléstias. Mas eles têm muitas aplicações na técnica e na pesquisa em Física. Eles muito contribuíram para o conhecimento da estrutura da matéria. Por meio de raios X se conseguiu provar a estrutura reticular dos cristais. Em Mineralogia, a aplicação dos raios X é tão intensa que foi criada dentro dela, uma especialização chamada “Ótica Cristalográfica”, que trata das propriedades dos cristais reveladas por raios X. Raios X

49. Edison descobriu que os corpos aquecidos emitem elétrons. Esse fenômeno é chamado efeito Edison, ou emissão termoiônica. A emissão termoiônica é mais intensa se o corpo estiver no vácuo. Raios X

50. Para demonstrar o fenômeno, Edison realizou a seguinte experiência: adaptou duas placas metálicas A e B próximas em uma ampola de vidro e fez o vácuo na ampola. Depois ligou as placas metálicas para fora da ampola, intercalando um galvanômetro G entre elas. Observou que, quando uma das placas, por exemplo A, era aquecida, o galvanômetro acusava a passagem de uma corrente elétrica. Isso porque a placa aquecida expelia elétrons que, atingindo a placa B depois circulavam pelo condutor, passando pelo galvanômetro. Raios X

51. Placa Metálica “A” Placa Metálica “B” Ampola de vidro Galvanômetro “G” Raios X

52. Válvulas eletrônicas: As válvulas eletrônicas, usadas nos rádios, baseiam-se no efeito Edison. Nessas válvulas existe uma placa metálica P, e um filamento metálico F que é aquecido por meio de uma corrente elétrica. Para acelerarmos a passagem dos elétrons entre F e P, ligamos F ao polo negativo de um gerador e P ao polo positivo. Desse modo, os elétrons ao serem emitidos por F são imediatamente atraídos para P, e obtemos uma corrente elétrica mais forte. Raios X

53. Válvulas Eletrônicas Placa Metálica “P” Filamento Metálico “F” Gerador Válvula Raios X

54. Colégio Estadual Aydano de Almeida. Ensino Médio – 3º ano / Turma: 3004. Componente curricular: Física. Docente: Alunos: Anna Catharinna da C. Novaes Bruna Aparecida Santos Ingrid Mariana Vilela B. Andrade Lorran Farias Duarte Gaspar