INTERAÇÃO E FORMAÇÃO DE RAIOS-X

Formação de raios-X Os raios X são criados através da interação de elétrons de alta energia com a matéria em nível atômico. Raio X e γ se extinguem quando transferem energia para a matéria. As interações desses raios com a matéria são importantes para a aquisição de imagens que permitem a obtenção de diagnósticos médicos.

Formação de raios-X A radiação X é uma radiação produzida artificialmente através de um artifício (tubo) que consta de acelerar cargas elétricas (elétrons) contra um material alvo metálico de alto número atômico (tungstênio), resultando desse choque a emissão de radiação eletromagnética na forma de raios X, caracterizada por frequência muito alta, pequeno comprimento de onda e alto poder de ionização.

Características dos Raios-X Os raios X são radiações eletromagnéticas; Se propagam no ar e/ou no vácuo com trajetória retilínea e com a velocidade da luz; Podem ser absorvidos (atenuados), espalhados e ultrapassar a matéria; Os feixes de raios X são distribuídos em pequenas quantidades de energia eletromagnética chamados de "fótons"; São radiações artificiais e ionizantes.

Os Fenômenos de Formação dos Raios X No choque dos elétrons com o alvo de tungstênio a maioria da energia cinética é transformada em calor (99%), mas uma pequena parte (1%) produz raios X através de dois fenômenos: A Radiação característica; A Radiação de freamento ou efeito bremsstrahlung.

Radiação Característica Ocorre quando o elétrons em movimento chocam-se com os elétrons da camada mais interna do átomos do alvo de tungstênio no tubo de raios X, provocando a sua ejeção, deixando uma “posição” vaga. Então um elétron de uma camada mais externa migra para a lacuna da camada mais interna, liberando uma determinada e bem precisa quantidade de fótons na forma de raios X. O fenômeno é chamado de radiação característica, já que essa energia das camadas é particular de cada elemento, é possível descobrir qual é o elemento do alvo através da análise das energias dos fótons de raios X produzidos.

Radiação de Freamento ou Efeito Bremsstrahlung Nos equipamentos de raios X, a desaceleração dos elétrons pode ocorrer principalmente no campo elétrico dos núcleos atômicos que constituem o elemento alvo, devido à atração coulombiana. Desta forma, os elétrons convertem sua energia cinética em radiação eletromagnética (raios X) por interação no campo nuclear. Este processo é chamado de perda de energia por freamento ou "bremsstrahlung", e resulta na produção de fótons de alta energia. Quanto mais próxima a interação do elétron com o núcleo, maior será a probabilidade de emitir fótons de alta energia.

Interação da radiação com a matéria Ionização: remoção completa de um ou mais elétrons de valência Excitação: os elétrons são levados a níveis com energias mais altas Eletromagnética (raios X e g) Partículas carregadas (e-, a, e+ ) Nêutrons

Elétrons perdem energia através de uma série de colisões que defletam do processo original, causando uma série de ionizações secundárias. elétron incidente absorvedor

Interação com raios X e g Raios g são radiações eletromagnéticas que acompanham transições nucleares. Raios X são radiações eletromagnéticas que companham transições eletrônicas.

Os fótons são unidades individuais de energia Os fótons são unidades individuais de energia. Assim, quando um feixe de raios X ou gama atravessa um objeto, três possíveis destinos aguardam cada um desses fótons: Ele pode penetrar uma seção da matéria sem interagir. Ele pode interagir com a matéria e pode ser completamente absorvido, depositando sua energia (Interação fotoelétrica). Ele pode interagir e ser espalhado ou desviado do seu sentido original, tendo parte da sua energia depositada (Interação Compton).

Efeito fotoelétrico Acontece quando a radiação X, transfere sua energia total para um único elétron orbital ejetando-o do átomo com velocidade (processo de ionização). O processo de troca de energia pela equação: Ec = Eraios-X - Elig Ec a energia cinética, Eraios-X a energia do raio X incidente Elig a energia de ligação do elétron ao seu orbital Este elétron expelido do átomo é denominado fotoelétron e poderá perder a energia recebida do fóton, produzindo ionização em outros átomos. A direção de saída do fotoelétron com relação à de incidência do fóton, varia com a energia deste.

Efeito Compton Quando a energia da Radiação X aumenta, o espalhamento Compton torna-se mais frequente que o efeito fotoelétrico. O efeito Compton é a interação de um raio X com um elétron orbital onde parte da energia do raio X incidente é transferida como energia cinética para o elétron e o restante é cedida para o fóton espalhado, levando-se em consideração também a energia de ligação do elétron. O fóton espalhado terá uma energia menor e uma direção diferente da incidente.

Produção de pares A produção de pares ocorre somente quando fótons de energia igual ou superior a 1,02 MeV passam próximos a núcleos de elevado número atômico. Nesse caso, a radiação X interage com o núcleo e desaparece, dando origem a um par elétron-pósitron com energia cinética em diferente proporção. O pósitron e o elétron perderão sua energia cinética pela ionização e excitação. A interação produz um par de partículas, um elétron e um pósitron (carregado positivamente). Essas duas partículas têm a mesma massa, e energia equivalente à massa de repouso de 0.511 MeV.

Energia do fóton nos processos competitivos 120 100 Produção de pares dominante Efeito fotoelétrico dominante 80 Z do absorvedor 60 40 Efeito Compton dominante 20 0,01 0,05 0,1 0,5 1 5 10 50 100 Energia do fóton, MeV