FÍSICA DAS RADIAÇÕES

PROFESSOR: Magno Cavalheiro Faria

PORQUE IMAGEM É TUDO!

ÁTOMO-NÚCLEO e ELÉTRONS

P+P+

P+

P+ P+P+

--

-

--

--

-

-

-

-

--

-

--

-

N

N

NN

N

•Energia Cinética - Energia potencial do elétron que está diretamente proporcional ao seu grau de excitação.• Elétrons orbitais - Possuem mais energia cinética, quanto mais externo for o orbital por ele ocupado, ou seja, cresce da mais interna (k) para a mais Externa (L).• Raios X - Produzido nas interações nas camadas K e L dos orbitais.• Demais camadas - Produz calor e luz.

O núcleo do átomo é formado de 2 componentes básico: Os prótons, que portam carga elétrica positiva, e os nêutrons, que não contêm carga elétrica, sendo portanto neutros.

Nêutrons e prótons são chamados conjuntamente de Nucléolos.•O número de massa (A) é equivalente à soma do número de prótons (P) e nêutrons (n).•O átomo pode perder elétrons, carregando-se positivamente, é chamado de íon positivo (cátion).•Ao receber elétrons, o átomo se toma negativo, sendo chamado íon negativo (ânion).•O deslocamento dos elétrons provoca uma corrente elétrica, que dá origem a todos os fenômenos relacionados à eletricidade e ao magnetismo.

O átomo

CONCEITOS FUNDAMENTAISRELATIVOS AOS ÁTOMOS

• Número Atômico ( Z ): É o numero de Prótons existentesno núcleo de um átomo. Z = P;

- Num átomo normal o Número de Prótons é igual ao deelétrons. Z = P = E;

• Número de Massa ( A ): É a soma do número de prótons (Z ) e de nêutrons ( N ) existentes num átomo. A = Z + N.

P+P+

P+

P+ P+P+

P+P+

P+

P+ P+P+

NN

NN

N

N

CAMADAS ELETRÔNICAS

Mais energia

•n=1 K - Suporta 2 elétrons•n=2 L - Suporta 8 elétrons•n=3 M - Suporta 18 elétrons•n=4 N - Suporta 32 elétrons•n=5 O - Suporta 32 elétrons

•n=6 P - Suporta 18 elétrons•n=7 Q - Suporta 2 elétrons (ultima camada, denominada

camada de Valência)

O átomo

P+

ENERGIA DE LIGAÇÃO PARA FORMAÇÃO DE RX

W Energia de ligação camada (k):

69,5 Kev

P+

C

ENERGIA DE LIGAÇÃO PARA DANOS BIOLÓGICOS

Energia de ligação camada (k):

0,28 Kev

ELEMENTO QUÍMICO

XZ

A C-+

N

ISÓTOPOS, ISÓBAROS E ISÓTONOS

• Isótopo (Radioisótopo) – mesmo nº de prótonse diferente nº de nêutrons.

Ex: Iodo 123 125 131

I I I

53 70 53 72 53 78

• Isóbaro – mesma massa atômica

• Isótono – mesmo nº de nêutrons

HISTORIA DA RADIOLOGIA

HISTORIA DA RADIOLOGIA

Wilhelm Conrad Roëntgen (1845-1923), em 8 de novembro de 1895 no seu laboratório em Wurzburg, trabalhando com os raios catódicos deu início a descoberta dos Raios X

Breve Histórico

Em 1895, Wilhem Röntgen

descobriu os raios-X, que

eram úteis mas misteriosos.

No fim da tarde de 8 de novembro de 1895, quando todos

haviam encerrado a jornada de trabalho, o físico alemão

Wilhelm Conrad Roentgen (1845-1923) continuava no seu

pequeno laboratório, sob os olhares atentos do seu servente.

Enquanto Roentgen, naquela sala escura, se ocupava com a

observação da condução de eletricidade através de um tubo de

Crookes, o servente, em alto estado de excitação, chamou-lhe a

atenção: "Professor, olhe a tela!".

A descoberta dos raios-x

8 de novembro 1895, o físico alemão Wilhelm C. Rontgen

Estudava a condutividade dos gases

HISTORIA DA RADIOLOGIA

HISTORIA DA RADIOLOGIA

Breve Histórico

A descoberta da radioatividade

ocorreu, casualmente, por Henri

Becquerel, em 1896, ao estudar as

impressões feitas em papel

fotográfico por sais de urânio,

quando eram expostos à luz solar.

HISTORIA DA RADIOLOGIA

Antoine Henri Becquerel 1852-1908

MARIE CURIE & PIERRE CURIE

Marie 1867-1934Pierre 1859-1906

HISTORIA DA RADIOLOGIA

Pierre 1859-1906

Marie 1867-1934

Breve Histórico

Os estudos do casal

Pierre e Marie

Curie, após a

descoberta de

Becquerel, levaram

à descoberta do

polônio e do

rádio, sendo este

muito mais ativo que

o urânio.

RADIOATIVIDADE

É a capacidade que algunselementos fisicamente instáveispossuem de emitir energia sobforma de partículas ou radiaçãoeletromagnética.

Breve Histórico

Entre 1898 e

1900, Ernest Rutherford

e Paul Villard

descobriram que a

emissão radioativa pode

ser de 3 tipos.

DESCOBERTA DAS PARTÍCULAS

Minério: Pechblenda da Boêmia (era composta por Urânio, Bismuto, Bário e

Chumbo e Polônio e rádio).

Radiação Carga Poder de penetração

Poder de ionização

alfa +2 baixo alto

beta -1 moderado moderado

gama nula alto (superior a 15cm no aço)

quase nulo

Fontes

radioativasPapel Alumínio Chumbo Concreto

Barrando a radiação

Arte – W.A.S

n

-Alfa (α)

É uma partícula positiva e têm o maior comprimento de onda emrelação às outras. Podendo assim ser freada por uma simples folha depapel.

As partículas alfa apresentam grande poder de ionização nosmateriais, por isso, podem provocar sérios danos aos tecidos dosorganismos vivos. No entanto, seu poder de penetração na matéria éinferior aos outros tipos de radiação, ou seja, é muito ionizante, porémpouco penetrante.

-Beta (β)

É uma partícula negativa que possui um comprimento de ondasintermediário.A partícula beta, por apresentar carga elétrica, será desviada porcampos elétricos e magnéticos. Este tipo de radiação em comparaçãocom a radiação alfa é mais penetrante na matéria, porém menosionizantes.

Obs. A partícula (α) e (β) são consideradas radiações corpusculares.

-Gama (γ)

São partículas eletromagnéticas que possui o menor comprimentode ondas entre elas e em relação aos raios-X é a mais penetrante.Produzidas pela liberação do excesso de energia por um núcleoinstável ou por processos subatômicos como a aniquilações de um parpósitron-elétron.

A radiação gama é muito utilizada nos exames da medicina nuclear,na irradiação de alimentos, na esterilização de equipamentos médicose no controle de qualidade de produtos industriais.

-É transmitida por meio de ondas eletromagnéticas.

-Ondas são perturbações que propagam energia podem ser mecânicas ou eletromagnéticas.

A Rdiação Eletromagnética é classificada de acordo

com a frequência da onda, que em ordem decrescente

da duração da onda são:

• Ondas de rádios,

• Micro-ondas,

• Radiação Infravermelha,

• Luz visível,

• Radiação Ultravioleta,

• Raios-X

• Radiação Gama.

O comprimento de onda ( ) é :

a distância entre cristas (ou cavados) sucessivos;

a freqüência de onda ( ) é o número de ondas completas (1

ciclo) que passa por um dado ponto por unidade de tempo (s).

A relação entre , e a velocidade C é:

c =

Comprimento de onda e poder de penetração sãoinversamente proporcionais. Quanto maior ocomprimento de onda, menor o poder de penetração.Quanto menor o comprimento de onda, maior o poderde penetração.

Comprimento de onda e frequência também são sãoinversamente proporcionais, bem como poder depenetração e poder de ionização.

Comprimento de onda Frequência

λ F

KV <

KV >

De tudo ficaram três coisas:

A certeza de que estamos começando,

A certeza de que é preciso continuar e

A certeza de que podemos

ser interrompidos antes de terminar.

Fazer da interrupção um caminho novo,

Fazer da queda um passo de dança,

Do medo uma escola,

Do sonho uma ponte,

Da procura um encontro,

E assim terá valido a pena.

Fernando Tavares Sabino, (1923 - 2004),

escritor e jornalista brasileiro

Por hoje é só pessoal!

A ampola de raios-x produz radiação ionizante, muito danosa aos seres humanos, tecidos eórgão seja que qualquer espécie, portanto onde se produz toda essa energia capaz de ionizaruma matéria, deve ficar “isolado” e focalizado para a região ou estrutura de real interesse.

Blindagem

Janela

As ampolas de raios-x são feitas de vidro pyres ou de metal. Uma ampola de raios-x podechegar a temperatura de 3410ºC, portanto precisa-se de um materal que suporte altatemperatura.

A ampola de raios-x mede de 30 a 50cm decomprimento e 20cm de diâmetro, podendo seutamanho variar de tamanho dependo do fabricante edo tipo de tecnologia que a ampola utiliza.

O tempo em que esta ampola foi fabricada tambémirá determinar o seu tamanho.

-

RAIOS X

+

EFEITO JOULE - EFEITO EDISON - DDP -GERAÇÃO DE RAIOS X

+

PRODUÇÃO DE FÓTONS DE RAIO X NO ANODO

RAIOS X•Frenamento•Característicos

SISTEMA EMISSOR DE RAIO X

• INTRODUÇÃO:

- Denominado também cabeçote;

- Constituído por ampola e cúpula;

- A ampola e constituída por um vidropirex, resistente ao calor, lacrado, e com vácuoem seu interior, onde encontramos o catodo e oanado.

SISTEMA EMISSOR DE RAIO X

• CATODO:

- É o responsável pela liberação dos elétrons;

- É constituído por um ou dois filamentos detungstênio ( sendo o maior relacionado ao focogrosso e o menor, ao foco fino );

- Se localiza no interior de um corpo rasodenominado coletor eletrônico;

CATODO

CATODO

LOCALIZAÇÃO DO CATODO

CATODO

59

Tubo de raios-X

Capa Focalizadora:

60

Tubo de raios-XCapa Focalizadora ou Cilindro de Welmelt:

- Feita de Níquel;

- Função: manter o feixe de elétrons focalizado no alvo;

- Carregada negativamente.

61

Tubo de raios-X

Filamento - 1 a 2 cm de comprimento;

- Função: emitir elétrons pelo efeito termoiônico;

- Material: Tungstênio (W) - alto ponto de fusão (3422 0 C)

- Durabilidade

- Com 1 - 2 % de Tório

Foco Fino

Menor

(menos elétrons)

Foco Grosso

maior

(mais elétrons)

CAPA FOCALIZADORA

Anodo

• É o eletrodo positivo. Constituído por um material eletricamente apropriado, em geral o tungstênio;

• O tungstênio é eficiente na emissão de raios x devido ao seu elevado n° atômico;

• O ponto de fusão do tungstênio é 3380 °C;

• Acoplado ao cobre, de mesma condutividade térmica, obtendo uma rápida dissipação de calor.

anodo

• O anodo pode ser fixo ou giratório, e estaclassificação está diretamente relacionada com amobilidade e potência do equipamento.

• Aparelhos mais potentes e fixos, geralmente sãoconstituídos de tubos com anodos giratórios, salvoem alguns casos.

• Devido ao movimento do anodo giratório, o calor gerado nointerior do tubo tende a se dissipar melhor, por isso ele émais utilizado em equipamentos com maior potência;

• Este movimento giratório faz também com que o desgastedo anodo seja menor, evitando o problema conhecido como“Efeito lágrima”;

• No anodo existe um ponto de impacto chamado de pontofocal ou alvo. No anodo giratório, esta se encontra na pistafocal;

• O componente que recebe indução magnética e gira oanodo é o rotor.

anodo

anodo

67

ANODO

Função:

a) Receber os elétrons

emitidos pelo cátodo;

b) Condutor elétrico;

c) Suporte mecânico;

d) Condutor térmico.

Alvo:

Área do anodo na qual os elétrons se chocam.

Principal diferença entre os

dois tipos

de anodos (área)

SISTEMA EMISSOR DE RAIO X

• ANODO:

- É uma placa metálica de tungstênio oumolibdênio nos mamógrafos;

- Possui uma angulação com o eixo do tubo;

- Capaz de suportar altas temperaturas, ponto defusão de aproximadamente 3410º C.

SISTEMA EMISSOR DE RAIO X

• ANODO: Os pré - requisitos para o anodo são.

- Alto ponto de fusão;

- Alta taxa de dissipação de calor;

- Alto número atômico: A eficiência na produçãodo Raio x e diretamente proporcional ao númerode atômico dos átomos do alvo.

SISTEMA EMISSOR DE RAIO X

• ANODO: Tipos de Anodo ( fixo e giratório )

ANODO FIXO

- Em geral possui corpo de cobre e tungstênio;

- Com o ponto de impacto dos elétrons chamadoponto focal.

SISTEMA EMISSOR DE RAIO X

• ANODO GIRATÓRIO

- Possui um diâmetro de 70 a 200 mm;

- Fixo a um eixo de cobre ou molibdênio ou cobre;

- O ponto de impacto dos elétrons é chamado deponto focal.

ANADO FIXO

73

Conforme diminui o ângulo do alvo, diminui também o ponto

focal efetivo.

A melhor qualidade radiográfica em função do efeito anódico.

Anodo

PONTO FOCAL

Rotor

• O rotor recebe indução magnética e gira o anodo a uma

frequência aproximada de 3400 até 10.000rpm, podendo

variar de acordo com a marca e o modelo.

CÁLCULO DO KV

FÓRMULA:

kV = 2 x E + K

Onde:

E = Espessura do paciente, medida com um aparelho chamado

espessômetro.

K = Constante do equipamento de RX que pode

ser encontrada no manual do equipamento.

KV = Poder de penetração na matéria.

Energia do feixe de radiação.

CÁLCULO DO mAsFÓRMULA:

mAs = mA x t

Ex: mAs = 200 (mA) x 0,2 (tempo em segundos)

mAs = 40

Onde:

mA = miliamperagem ;

t = tempo de exposição ;

mAs = determina numero de elétrons que atingem o anodo.

Seleção do Feixe de Raios X mA

mA / Objetodensidades iguais e espessuras diferentes

FORMAÇÃO DOS RAIO X

FORMAÇÃO DOS RAIO X

• Os Raio x tem origem no choque de elétronsacelerados, produzidos no catodo (polo - ), contra oalvo, anodo (polo +) em um local chamado ponto oupista focal;

• Produzindo 1% de radiação x e 99% de calor;

• A penas 10% de toda radiação produzida é utilizadapara o radiodiagnóstico.

• O filamento do catodo é aquecido a umatemperatura de aproximadamente 2000º C;

+

PRODUÇÃO DE FÓTONS DE RAIO X NO ANODO

RAIOS X•Frenamento•Característicos

Física da RadiaçãoPRODUÇÃO DA RADIAÇÃO DE FRENAMENTO NO ANODO

Física da RadiaçãoPRODUÇÃO DA RADIAÇÃO DE FRENAMENTO NO ANODO

RADIAÇÃO DE FRENAMENTO(BREMSSTRAHLUNG)

RADIAÇÃO CARACTERÍSTICA

• Este tipo de Radiação é menos freqüente naformação do raios x;

• Resulta na colisão do elétron incidente e umelétron orbital do átomo do material do alvo;

• O elétron orbital é ejetado de suaórbita, deixando um buraco em seu lugar;

Física da RadiaçãoPRODUÇÃO DA RADIAÇÃO CARACTERÍSTICA NO ANODO

RADIAÇÃO CARACTERÍSTICA

+

Lado do anodoMenor quantidade de fótons (menor energia penetrante)

Lado do catodoMaior quantidade de fótons (mais energia penetrante)

Física da RadiaçãoEFEITO ANÓDIO

100% 80%120%

Física da RadiaçãoEFEITO ANÓDIO NO EXAME RADIOGRÁFICO

Catodo (-) Anodo(+)

Menor quantidade de

fótons

Maior quantidade de fótons

EXAME DA COLUNA DORSAL

Física da RadiaçãoEFEITO ANÓDIO NO EXAME RADIOGRÁFICO

Região do pescoçoMENOR ESPESSURAPosicionada no lado

catódico

Região do abdome MAIOR ESPESSURA

Posicionada do lado anódico

Região do pescoçoMENOR ESPESSURAPosicionada no lado

anódico

Região do pescoçoMENOR ESPESSURAPosicionada no lado

catódico

Exame A Exame B

Catodo (-) Anodo (+)

Menor quantidade de fótons

Maior quantidade de

fótons

EXAME DA PERNA

Física da RadiaçãoEFEITO ANÓDIO NO EXAME RADIOGRÁFICO

INTERAÇÃO DO FEIXE DE RAIO X

ATENUAÇÃO DO FEIXE DE RAIO X

FATORES QUE AFETAM A ATENUAÇÃO DO RAIO X

1. Espessura: Quanto mais espesso for o objetoirradiado, maior será a atenuação do feixe de radiação;

2. Densidade: Quanto mais denso for o objetoirradiado, maior será a atenuação do feixe de radiação;

3. Número Atômico: Quanto maior for o número atômico(Z) do objeto irradiado, maior será a atenuação do feixe deradiação.

Efeito Compton

Efeito Compton

ATENUAÇÃO DO FEIXE DE RAIO X

EFEITO COMPTON

Efeito Fotoelétrico

Efeito Fotoelétrico

Efeito Fotoelétrico

EFEITO FOTOELÉTRICO