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Tcnico de Radiologia

Mdulo II Fsica Radiolgica I

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TCNICO EM RADIOLOGIA

Fsica Radiolgica I

Escola Info Jardins 2

SUMRIO

HISTRICO DA RADIAO ........................................................................................................... 4

ONDA .................................................................................................................................................. 6

COMPRIMENTO DE ONDA ............................................................................................................. 6

ESPECTRO DAS ONDAS ELETROMAGNTICAS ....................................................................... 6

CARACTERSTICAS ENERGTICAS DOS RAIOS X ................................................................... 7

EXCITAO....................................................................................................................................... 7

IONIZAO ....................................................................................................................................... 8

INTRODUO AO ESTUDO DOS RAIOS X .................................................................................. 9

EFEITO TERMOINICO ................................................................................................................... 9

PRODUO DE RAIOS X ................................................................................................................ 9

RADIAO BREMSSTRAHLUNG ........................................................................................................ 10

RADIAO CARACTERSTICA ........................................................................................................... 10

PROPRIEDADES FUNDAMENTAIS DOS RAIOS X ................................................................... 10

TUBO DE RAIO X ............................................................................................................................ 11

AMPOLA .......................................................................................................................................... 11

Catodo ............................................................................................................................................. 11

Filamento ........................................................................................................................................ 12

Corpo Focador................................................................................................................................. 12

Anodo .............................................................................................................................................. 13

FILTRAO ..................................................................................................................................... 13

RESTRITORES ................................................................................................................................. 15

DIAFRAGMAS DE ABERTURA ........................................................................................................... 15

CONES ............................................................................................................................................. 15

DISPOSITIVOS LIMITADORES DE FEIXE DE ABERTURA VARIVEL ................................................... 15

TRANSFORMADOR DE ALTA TENSO ..................................................................................... 16

RADIAO BACKGROUND ......................................................................................................... 16

KILOVOLTAGEM (kV) ................................................................................................................... 17

MILIAMPERAGEM (mA) ................................................................................................................ 18

TEMPO DE EXPOSIO (s) ........................................................................................................... 18

MILIAMPERE-SEGUNDO (mAs) ................................................................................................... 18

ELEMENTOS DE UM CONJUNTO GERADOR DE RAIOS X .................................................... 18

RENDIMENTO DE UMA AMPOLA DE RAIO X .......................................................................... 19

POTNCIA DA RADIAO ........................................................................................................... 20

INTENSIDADE DA RADIAO .................................................................................................... 20

DOSAGEM DA RADIAO ........................................................................................................... 21

FRMULA UNIVERSAL PARA ACHAR A KV ....................................................................................... 21

INTERAES DOS ELTRONS NO TUBO DE RAIO X ............................................................. 22

ESPALHAMENTO COERENTE ............................................................................................................ 22

EFEITO FOTOELTRICO .................................................................................................................... 23

EFEITO COMPTON ............................................................................................................................ 24

PRODUO DE PARES DE ONS ......................................................................................................... 25

FOTODESINTEGRAO ..................................................................................................................... 26

EFEITO ANDICO .......................................................................................................................... 26

APLICAES DAS RADIAES IONIZANTES ......................................................................... 26

APLICAES NA MEDICINA ............................................................................................................. 27

Diagnstico ..................................................................................................................................... 27

Terapia ............................................................................................................................................ 27

APLICAES NA INDSTRIA ............................................................................................................. 27


Fsica Radiolgica I


APLICAES NA AGRICULTURA ....................................................................................................... 28

GERAO DE ENERGIA .................................................................................................................... 28


Fsica Radiolgica I


HISTRICO DA RADIAO

Os estudos de conduo eltrica em gases levaram descoberta dos raios catdicos. Se um

tubo de vidro, munido de dois eletrodos ligados a uma fonte de alta tenso, evacuado, uma

centelha saltar entre os eletrodos. Em presses menores a centelha alarga-se, incandescendo todo o

tubo; em presses ainda menores, aparecem vrios espaos escuros no gs incandescente. Em

presses muito baixas, o interior do tubo fica escuro, mas suas paredes emitem uma fluorescncia

(luminescncia provocada pela converso de alguma forma de energia em radiao visvel), cuja cor

depende apenas do tipo de vidro. Decidiu-se, imediatamente, que o catodo emitia algum tipo de

raio, raio catdico, que ao atingir a parede do vidro, produzia fluorescncia. Objetos colocados no

trajeto desses raios catdicos provocavam uma sombra nas paredes do tubo. Demonstrou-se com

esta experincia que os raios catdicos eram uma corrente de partculas, que posteriormente foram

chamadas de eltrons.

A descoberta dos eltrons por Joseph John Thomson, foi a primeira indicao da existncia

de partculas menores que os tomos e permitiu especulaes a respeito da estrutura interna do

mesmo, estendendo a esperana de que pudessem ser verificadas experimentalmente.

A descoberta dos eltrons e a construo do tubo de raios catdicos desencadearam a

descoberta de uma nova rea da Fsica: a Radioatividade.

Nos anos seguintes divulgao da descoberta dos raios catdicos, muitos cientistas

reproduziram as experincias realizadas por J. J. Thomson, como acontecia normalmente quando se

descobria algo de novo na poca. Wilhem Conrad Roentgen, tambm realizou este experimento em

seu laboratrio em Wrzburg, Alemanha.

Em 08 de novembro de 1895, Roentgen tentou observar um estranho fenmeno descrito pelo

fsico Philip Lenard: os raios catdicos que escapavam do tubo iluminavam uma superfcie, a uma

certa distncia do tubo, que tinha recebido uma camada de material fosforescente (propriedade de

certos materiais de brilharem na obscuridade). Era essa estranha fosforescncia que Roentgen

tentava duplicar, quando observou uma luminescncia fraca, ao aplicar uma diferena de potencial

de algumas dezenas de quilovolts entre os eletrodos do tubo. Ele apagou a luz da sala para observ-

la melhor. Qual no foi sua surpresa ao notar que uma placa de vidro coberta com platino cianeto de

Brio colocada a um metro do tubo tambm possua luminescncia! O fenmeno ainda se repetia,

mesmo cobrindo o tubo com papel preto. Colocou ento um livro entre o tubo e a placa de vidro,

mas esta continuava luminescendo quando o tubo funcionava. Substituiu o livro por um pedao de

madeira e depois por uma folha de Alumnio. Os raios atravessavam tudo, inclusive sua mo.

Uma investigao cuidadosa mostrou que os responsveis por este fato no poderiam ser os

raios catdicos produzidos, pois eles possuam uma capacidade de penetrao no ar de somente uns

poucos centmetros.

Roentgen concluiu que o tubo emitia raios muito mais potentes, ainda desconhecidos e que

poderiam at atravessar corpos humanos e sensibilizar filmes fotogrficos. Assim foi descoberta

uma forma fantstica de se observar o interior dos corpos, causando uma verdadeira revoluo na

rea da Medicina Diagnstica, e por desconhecer a origem, deu o nome de raio X por ser X o smbolo do desconhecido. Seguindo seus estudos, verificou que os raios X no atravessavam o

Chumbo.

No dia 22 de dezembro, cerca de 45 dias aps a descoberta dos raios

X, Roentgen tirou a primeira radiografia, a mo de sua esposa, expondo-a por

cerca de 15 minutos (ele fez isto para tirar a suspeita de sua esposa de que ele

estaria traindo-a durante as noites em que dizia estar trabalhando). O

resultado foi uma imagem imprecisa, mas inconfundvel, do esqueleto escuro

da mo esquerda dela, com seus aneis fazendo um borro escuro no quarto

dedo.

Este trabalho cientfico foi publicado em 28 de dezembro de 1895, na


Fsica Radiolgica I


Sociedade de Fsica Mdica de Wrzburg onde era professor.

Roentgen apresentou seu trabalho aos colegas da Universidade, que no mesmo ano adotaram

a novidade. Na sociedade, a reao era de deslumbramento, todos queriam ver o prprio esqueleto.

Deputados norte-americanos tentaram passar uma lei proibindo o uso dos raios X. Eram

defensores da moralidade e achavam que os raios permitiriam a qualquer um ver os corpos nus de

quem andasse pelas ruas.

Por sua descoberta, Roentgen recebeu o primeiro Prmio Nobel de Fsica, em 1901.

Em 20 de janeiro de 1896, semanas depois de Roentgen ter feito sua descoberta, Henri

Poincar fez um relatrio sobre os raios X para a Academia Francesa de Cincias. Alm de sua

explicao sobre os raios X, estavam algumas observaes referentes a fosforescncias estranhas

que ele observou. Este fenmeno interessou Henri Becquerel, filho de Alexandre-Edmound

Becquerel (que havia estudado extensivamente os materiais fosforescentes).

Becquerel pensou em investigar se todos os corpos fosforescentes poderiam emitir raios

similares. Ao investigar os materiais fosforescentes, descobriu evidncias do que queria descobrir e

apresentou ensaios Academia sustentando a idia completamente falsa de que substncias

fosforescentes produziriam raios penetrantes, como os raios X.

Com esta idia, ele iniciou suas investigaes utilizando um composto base de Urnio.

Colocando o composto sobre um filme fotogrfico, Becquerel expunha-os ao Sol por um perodo e,

ento, revelava o filme. Assim, constatou que esse material afetava o filme de forma similar aos

raios X.

Mas as investigaes adicionais, de 26 e 27 de fevereiro, foram adiadas por causa do cu

nublado de Paris e o Urnio, que Becquerel pretendia expor ao Sol, foi colocado em um envelope

que ficou sobre o filme dentro de uma gaveta. No primeiro dia de maro, ele revelou o filme

fotogrfico com a expectativa de obter uma imagem fraca e, para sua surpresa, a imagem foi clara e

forte. Isto significou que o Urnio emitia radiao sem a necessidade de uma fonte de energia do

tipo do Sol. Becquerel havia descoberto a radioatividade, a espontnea emisso de radiao vinda

de um material.

Depois, Becquerel demonstrou que a radiao emitida pelo Urnio compartilhava certas

caractersticas com os raios X. Porm no era como os raios X, pois podia ser desviado por um

campo magntico e, por essa razo, deveria ser composto por partculas carregadas. Por sua

descoberta, Becquerel foi laureado, em 1903, com um Prmio Nobel de Fsica.

Embora at o filho de Becquerel, Jean, tenha defendido que ele tenha "descoberto a

radioatividade", no foi Becquerel quem deu esse nome ao fenmeno nem que explicou a sua

origem. O fsico Jean Perrin, olhando retrospectivamente para a histria da radioatividade, notou

que Becquerel foi um prisioneiro da hiptese que lhe servira to bem, inicialmente (de que todos os materiais fosforescentes emitiam algum tipo de radiao).

Aps a divulgao das estranhas emisses de radiao vinda de alguns materiais, houve um

pequeno perodo de grande interesse por este fenmeno e um intervalo de cinco anos sem maiores

estudos. At que, ao iniciar os estudos para obter seu doutorado, Marie Sklodowska-Curie

interessou-se pelo fenmeno observado por Becquerel. A relativa negligncia de Becquerel com

relao aos raios, foi uma das razes que fizeram Marie Curie decidir estud-los, alm de ser um

excelente assunto para ser apresentado como tese de doutorado.

Marie e seu marido, Pierre, souberam dessa estranha emanao e que ela ionizava o ar

volta do material. Sendo Pierre um mecnico talentoso, que preferia fazer sua prpria aparelhagem,

desenvolveram um mtodo com o qual poderiam medir o quanto era radioativo uma amostra de

material com relao a outra.

Atravs de seus trabalhos, Marie e Pierre descobriram e divulgaram a radioatividade de

determinados materiais. Com essa descoberta muitas pessoas se interessaram pelas pesquisas nesse

campo. Dentre essas pessoas, estava Ernest Rutherford.


Fsica Radiolgica I


Em seu primeiro ensaio escrito, Rutherford observou que as substncias radioativas tm alto

peso atmico e sua radioatividade parece ser independente de estados qumicos. O que confundia,

era o fato de no haver fonte para a emisso dessa energia.

Radioatividade uma manifestao da desintegrao dos ncleos atmicos. Quando o Rdio

emite radiao, est enviando partculas subatmicas: minsculos eltrons e partculas maiores

(embora extremamente pequenas) com cargas positivas, que hoje sabemos serem ncleos de Hlio,

bem como raios gama (onda eletromagntica de comprimento de ondas muito mais curto do que a

luz visvel). Todos os elementos mais pesados, como se verifica, so inerentemente instveis e se

acham em contnua transmutao. Um tomo de Urnio ou Rdio repetidamente altera a si mesmo,

algumas vezes aps segundos ou minutos e, em outras vezes, aps milhares de anos. Hoje,

chamamos esse processo de "decaimento" e temos um conhecimento detalhado de cadeias de

decaimento. Por exemplo:

Urnio Trio Rdio Radnio Polnio Chumbo

Como o decaimento era lento na maioria dos elementos que os Curie trabalhavam, e como a

energia disponvel no ncleo era enorme, os Curie e outros no conseguiram detectar qualquer

mudana. E na verdade a mudana, a transmutao, que causa a radiao.

Os Curie e Becquerel deram contribuies decisivas, bem como tambm alguns

pesquisadores alemes. Mas os grandes saltos tericos da transmutao foram dados pelos

britnicos e, particularmente, por Rutherford.

Por suas investigaes na desintegrao dos elementos e a qumica das substncias

radioativas, Ernest Rutherford recebeu, em 1908, um prmio Nobel de Qumica.

ONDA

Para esclarecer o conceito de onda, imagine a perturbao causada num lago tranqilo

quando se atira a este uma pedra. Quando a pedra toca na gua, parte da sua energia produz ondas

que viajam externamente em crculos cada vez maiores. Embora a gua esteja em movimento, ela

no viaja progressivamente para frente. Por exemplo, uma folha que flutua subiria e desceria com as

ondas mas no sairia do seu lugar original. A energia aplicada gua convertida em ondas que

procedem de dentro para fora.

COMPRIMENTO DE ONDA

O comprimento de onda ( ) a distncia de uma crista a outra ou de uma depresso a outra.

Em qualquer sistema de onda, a distncia entre dois locais sucessivos correspondente no padro de

energia em movimento, chama-se comprimento de onda.

ESPECTRO DAS ONDAS ELETROMAGNTICAS

Raios X, raios gama, ondas de rdio, luz, televiso, radar, etc, so ondas de energia de

influncia eltrica e magntica. Elas so chamadas de ondas eletromagnticas e viajam atravs do

espao com velocidade, c, de 297.600 km/s com movimento ondulatrio. Todas essas formas de

radiao eletromagntica so agrupadas de acordo com seu comprimento de onda numa tabela que

chamamos de espectro eletromagntico.

Em radiografias mdicas se empregam comprimento de onda de aproximadamente 0,01.10-9

a 0,05.10-9

m.


Fsica Radiolgica I


CARACTERSTICAS ENERGTICAS DOS RAIOS X

Os raios X so radiaes eletromagnticas. Essas radiaes transportam energia sob a forma

de ondas eletromagnticas e podem comportar-se como partculas ou como ondas propagando-se no

vcuo.

Entre os parmetros de uma onda eletromagntica o que mais a caracteriza a sua

frequncia (f). Quando essas ondas trafegam num meio, a cada perodo (T) elas percorrem uma

distncia igual a um comprimento de onda ( ).

EXCITAO

Em 1913, Niels Henrik David Bohr, dinamarqus, prmio Nobel de Fsica em 1922,

retomou uma teoria proposta, em 1900, por Planck, segundo a qual "a energia no emitida em

forma contnua, mas em blocos, denominados quantum". Com isso, Planck contrariou a idia

fundamental da Mecnica Clssica, dando origem a Mecnica Quntica.

Bohr relacionou a energia dos eltrons com a Teoria Quntica de Planck e elaborou um

modelo atmico que se fundamenta nos seguintes postulados:

a eletrosfera do tomo est dividida em sete regies denominadas camadas eletrnicas, onde os

eltrons giram em rbitas circulares de modo que tenham uma energia constante, ou seja, no

perdem nem ganham energia. As camadas so: K, L, M, N, O, P Q, a partir do ncleo;

se um eltron recebe energia suficiente, ele pula para uma camada mais externa; dizemos que

passou para um estado mais excitado;

no estado excitado, o eltron tende a voltar para a camada de origem, devolvendo a energia

recebida na forma de energia radiante, principalmente luz.

Quando um tomo absorve energia de uma fonte externa, alguns de seus eltrons ganham

energia e so elevados a um nvel de energia maior. Esse fenmeno chamado de salto quntico.

Diz-se que o tomo se encontra num estado excitado. Alguns dos nveis de energia mais baixos

ficam livres e, assim, um eltron pode cair de um nvel mais alto para um nvel de energia mais


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baixo. Quando isso acontece, a energia absorvida pelo eltron liberada na forma de fton de

radiao eletromagntica, com um comprimento de onda diferente do original. Esse fenmeno

chamado de fluorescncia. Muitas substncias ficam fluorescentes quando atingidas por luz

ultravioleta, a qual no podemos enxergar - vemos apenas a luz de baixa energia produzida pela

fluorescncia.

O fton, portanto, corresponde diferena entre dois nveis de energia de um eltron,

quando este realiza um salto quntico.

IONIZAO

O eltron, ao ser excitado, passa de nveis inferiores para nveis superiores de energia.

Quando atinge um nvel energtico em que o ncleo no exerce mais atrao sobre ele, dizemos que

atingiu um nvel (distncia) infinito.

Para separar definitivamente um eltron de seu tomo, precisamos atingir esse nvel infinito.

A essa transposio corresponde um certo contedo de energia, chamada energia de ionizao.

A seguir, podemos observar o diagrama de representao dos nveis de energia do

Hidrognio. A passagem n = 1 e n = corresponde ao potencial de ionizao do Hidrognio.


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INTRODUO AO ESTUDO DOS RAIOS X

O raio X um tipo de radiao eletromagntica penetrante e invisvel ao olho humano, com

comprimento de onda menor que o da luz visvel, entre o ultravioleta e os raios gama, ou seja,

aproximadamente entre 0,01. 10-9

e 10.10-9

m. Os raios X so produzidos quando se bombardeia um

alvo, como um metal, com eltrons em alta velocidade. Essa capacidade de penetrao permite que

os raios X sejam utilizados para fazer imagens do interior do corpo humano ou de estruturas

internas de objetos, seja na Indstria, na Medicina ou na pesquisa cientfica.

Assim como a luz visvel, os raios X tambm podem sensibilizar um filme fotogrfico. Seu

grau de absoro por uma substncia depende da densidade e do peso atmico dela. Quanto menor

o peso atmico, mais transparente a substncia aos raios X. Os ossos, por terem elementos de

maior peso atmico do que os rgos e os tecidos, absorvem mais a radiao e por isso deixam

sombras mais escuras no filme radiogrfico.

Os raios X utilizados nas aplicaes tcnicas so produzidos por dispositivos denominados

de tubos de raios X, que consistem, basicamente, em um filamento que produz eltrons (catodo),

que so acelerados fortemente por uma diferena de potencial eltrica (kilovoltagem) at um alvo

metlico (anodo), onde colidem. A maioria dos eltrons acelerados so absorvidos ou espalhados,

produzindo aquecimento no alvo.

Os eletrodos esto contidos numa ampola de vidro onde se fez vcuo, para evitar a sua

oxidao. Devido ao processo como so produzidos, so tambm denominados de radiao de

frenamento (bremsstrahlung).

bom observar que, ao desligar uma mquina de raio X, ela no produz mais radiao e,

portanto, no constitui um equipamento radioativo, mas um gerador de radiao.

EFEITO TERMOINICO

Os eltrons livres existentes em um corpo metlico possuem, a qualquer temperatura, um

movimento desordenado em virtude de sua agitao trmica (de modo semelhante ao que ocorre

com as molculas de um gs). Os eltrons que, nesta agitao constante, atingem a superfcie do

metal, so atrados pelos ons positivos da rede cristalina e, temperatura ambiente, no possuem

energia suficiente para vencer essa atrao, permanecendo, assim, no corpo do metal. Entretanto, se

a temperatura do corpo for aumentada, a agitao trmica dos eltrons aumentar e um grande

nmero deles conseguir escapar da atrao dos ons positivos. Esses eltrons que escapam do

material passam a formar uma nuvem eletrnica prxima superfcie do corpo.

Esse fenmeno de emisso de eltrons pela superfcie do metal aquecido denominado

emisso termoinica e foi observado, pela primeira vez, pelo inventor americano Thomas Edison.

Por esse motivo, a emisso termoinica costuma ser tambm denominada efeito Edison.

PRODUO DE RAIOS X

Quando uma partcula se move no vcuo, com ausncia de fora, sua energia se conserva.

Se, porm, ela se choca com um obstculo ou freada, parte de sua energia se transforma em

radiaes eletromagnticas, mais precisamente em um fton de radiao. O comprimento de onda

da radiao emitida depende da quantidade de energia perdida pela partcula. Quanto maior essa

energia, maior a freqncia da radiao emitida e menor, portanto, seu comprimento de onda.

Os raios X podem ser produzidos por dois processos diferentes: radiao caracterstica e

radiao de frenamento (bremsstrahlung).


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Radiao Bremsstrahlung:

Durante o bombardeio do feixe catdico contra o anodo, alguns eltrons desse feixe que

esto dotados de alta energia cintica conseguem aproximar-se do ncleo dos tomos-alvo e so

atrados por ele. Contudo, como esto em alta velocidade, sofrem apenas um encurvamento na sua

trajetria, perdendo parte da sua energia sob a forma de ftons de raio X. Esses raios so chamados

de bremsstrahlung (radiao de frenamento, em alemo), que a emisso de raios X devido

desacelerao brusca dos eltrons no alvo.

Os raios X assim gerados se conhecem pela denominao de radiao de freio,

bremsstrahlung ou braking. Esta radiao est integrada por um espectro contnuo de distintos

comprimentos de onda. Esses comprimentos de onda dependem da velocidade dos eltrons que

incidem sobre o alvo, ou seja, da tenso aplicada ao tubo; dependem tambm do material de que

feito o alvo.

Quanto maior o potencial, maior a velocidade dos eltrons e portanto, menor o

comprimento de onda e maior a penetrao dos raios X.

Radiao Caracterstica:

Para que se produzam os raios X preciso que o feixe de radiao catdica desloque

eltrons das camadas L e K dos tomos-alvo. A interao desse feixe com eltrons de outras

camadas resulta na produo de luz visvel ou calor. A energia dos raios X, que so produzidos pela

conveco de eltrons, depende da natureza do tomo-alvo, pois cada tomo tem quantidades

definidas de energia em seus orbitais. Por isso, os raios produzidos pelo salto de eltrons de um

orbital para outro so chamados de raios X caractersticos.

A radiao caracterstica ocorre quando a energia dos eltrons incidentes transferida aos

eltrons dos tomos-alvo, fazendo com que mudem de nvel eletrnico. Ao regressarem ao seu

estado fundamental, emitem o excesso de energia sob a forma de calor e luz.

Esse tipo de radiao tem pouca importncia no radiodiagnstico porque sua intensidade

baixa comparada radiao de freio.

PROPRIEDADES FUNDAMENTAIS DOS RAIOS X

Os raios X obedecem a todas as leis da luz, entretanto, por causa de seu curto comprimento

de onda, difcil demonstrar fenmenos, tais como reflexo. Eles tambm possuem certas

propriedades.

Por causa de seu comprimento de onda extremamente curto, eles so capazes de penetrar

materiais que absorvem ou refletem luz visvel.

Fazem fluorescer algumas substncias, isto , emitem radiao de maior comprimento de onda,

que so visveis ao olho humano.

Assim como a luz, podem produzir imagem em um filme fotogrfico que poder ento tornar-se

visvel atravs da revelao.

Produzem mudanas biolgicas valiosas em radioterapia.

Podem ionizar os gases, isto , removem eltrons dos tomos para formar ons, os quais podem

ser usados para medir e controlar a Exposio.

Assim como a luz, se propaga em linha reta (do ponto focal) para todas as direes.

A sua intensidade varia na razo inversa do quadrado da distncia.


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TUBO DE RAIO X

A figura a seguir, mostra a estrutura de um tubo de raio X e a blindagem dentro da qual

montada. O feixe de eltrons produzido pelo aquecimento de um filamento por meio da passagem

de uma corrente eltrica, filamento este colocado no catodo (eletrodo negativo). Acelerados por um

campo eltrico em direo ao anodo (eletrodo positivo), os eltrons vo se chocar contra um alvo de

Tungstnio (inserido no anodo).

No choque, cerca de 1% do feixe de eltrons transforma-se em radiao X, que escapa do

tubo atravs de uma janela. Os 99% restantes convertem-se em calor, motivo que explica o sistema

de resfriamento a leo de que dotado o equipamento.

A intensidade da radiao X depende da intensidade da corrente eltrica que passa pelo

filamento, enquanto o comprimento de onda inversamente proporcional diferena de potencial

existente entre catodo e anodo. Esta caracterstica importante, uma vez que quanto menor o

comprimento de onda, maior o poder de penetrao dos raios X.

Ampola:

No tubo (ampola) so gerados os raios X pela converso da energia dos eltrons em calor

(ou energia trmica) e, em menor quantidade, em raios X (Bremsstrahlung).

O calor um subproduto indesejvel no processo. O tubo de raio X projetado para

maximizar a produo de raio X e dissipar o calor to rpido quanto possvel.

Os elementos integrantes de um tubo gerador de raio X ficam acondicionados no interior de

um invlucro fechado, de forma geralmente cilndrica.

Alm de desempenhar as funes de isolante eltrico e de suporte estrutural para o anodo e o

catodo, o sistema de encapsulamento serve para manter o vcuo no interior da ampola, pois a

presena de ar indesejvel.

Catodo:

O catodo o eletrodo negativo do tubo de raio X. constitudo de duas partes principais: o

filamento e o corpo focador.

A funo bsica do catodo emitir eltrons a partir de um circuito eltrico secundrio e

focaliz-los em forma de um feixe bem definido apontado para o anodo.

Em geral, o catodo consiste de um pequeno fio em espiral (filamento) dentro de uma

cavidade (corpo focador).


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Filamento:

A quantidade de raios X gerados depende do fluxo de eltrons que colidem com o anodo.

O filamento normalmente feito de Tungstnio, que tem alto ponto de fuso (3.380o C),

razo pela qual pode ser elevada sua temperatura at cerca de 2.500 C, e no vaporiza facilmente (a

vaporizao do filamento provoca o enegrecimento do interior do tubo e a conseqente mudana

nas caractersticas eltricas do mesmo), enrolado em espiral de 0,2 a 0,3 mm de dimetro e de

comprimento de 1 cm ou menos que libera eltrons termoionicamente.

Alguns tubos apresentam dois filamentos, so os chamados tubos de foco dual. Esses

filamentos tm comprimentos distintos, produzindo reas de impacto diferentes no anodo. Temos

assim dois tipos de foco:

foco fino: de 0,3 a 1 mm

foco grosso: de 1 a 2,5 mm

O controle do foco fino/foco grosso feito por uma chave que escolhe ou um ou outro

filamento. Para evitar que se coloque grandes correntes em foco fino (o que poderia danificar o

anodo), um mesmo comando seleciona a corrente e o foco simultaneamente (as duas chaves so

acopladas mecanicamente).

Corpo Focador:

Os eltrons que migram do catodo para o anodo tendem a produzir um feixe divergente. Isso

se deve repulso mtua entre eles. Se esse efeito no fosse corrigido, o anodo no seria

bombardeado por um feixe concentrado e conseqentemente, perderia em eficincia para produzir

raios X. A disperso dos eltrons evitada nas ampolas pelo corpo focador. Trata-se de uma

estrutura em forma de parbola posta em torno do filamento e mantida no mesmo potencial que esse

eletrodo. Ele gera um campo eltrico que se contrape tendncia repulsiva do feixe catdico e,

assim, focaliza os eltrons para que bombardeiem uma rea bem definida do anodo. O sistema de

focalizao geralmente feito com Molibdnio.


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Anodo:

O anodo o plo positivo do tubo. Existem dois tipos de anodo: anodo fixo e anodo

giratrio.

Os tubos de anodo fixo so usualmente utilizados em mquinas de baixa corrente, tais como:

raio X dentrio, raio X porttil, etc.

Os de anodos giratrios so usados em mquinas de alta corrente, normalmente utilizadas

em radiodiagnstico.

O anodo tem as seguintes finalidades: formar o caminho eltrico, servir de suporte para o

alvo e como elemento condutor de calor.

Do ponto de vista da radiografia, uma ateno especial deve ser dada ao alvo contido no

anodo. Sua superfcie atingida pelo fluxo eletrnico, proveniente do filamento, e denomina-se

foco trmico. importante que essa superfcie seja suficientemente grande para evitar um

superaquecimento local, que poderia deteriorar o anodo e permitir uma rpida transmisso do calor.

Para obter-se imagens com nitidez mxima, as dimenses do foco ptico devem ser as

menores possveis. As especificaes de aparelhos geralmente mencionam as dimenses do foco

ptico.

O calor que acompanha a formao de raio X considervel, e portanto necessrio

especial ateno aos sistemas e mtodos para refrigerar o anodo. Essa refrigerao pode ser feita de

diversas maneiras:

refrigerao por irradiao: neste caso o bloco de Tungstnio, que compe o alvo, se aquece e o

calor se irradia pelo anodo;

refrigerao por conveco: o calor irradiado pelo anodo, se transmite ao prolongamento de

Cobre, o qual est imerso em leo, que se refrigera por conveco natural ou por circulao;

refrigerao por circulao forada de gua: a refrigerao descrita no tem anterior, limitada,

principalmente se o aparelho for operado continuamente. Nesse caso, a circulao de gua por uma

serpentina interna unidade geradora, eficaz, permitindo o uso do aparelho por longo perodo de

tempo.

O anodo pode aquecer at atingir seu ponto de fuso. Isso impede a construo de um foco

fino suficiente para uma imagem ideal. Contudo uma grande evoluo foi conseguida com a

introduo do anodo giratrio. O bloco de Cobre com uma pequena placa de Tungstnio, foi

substituda por um disco, tambm de Cobre, que gira a alta rotao durante a Exposio, movidos

por um motor eltrico.

Com este movimento de rotao do anodo, o bombardeio distribudo em toda a extenso

da faixa de Tungstnio, permitindo:

maior tempo;

maior rea de bombardeio;

menor ponto focal;

maior dissipao de calor.

Com uma corrente de 60 Hertz de freqncia, os anodos giratrios atingem a velocidade de

3.000 a 10.000 rpm (rotaes por minuto).

FILTRAO

As ampolas de raio X so acondicionadas em invlucros metlicos que so conectados

terra para evitar a possibilidade de choques eltricos. Dentro do invlucro h leo mineral ou gua,

a fim de aumentar o isolamento eltrico e resfriar a ampola.

O feixe de radiaes eletromagnticas produzido no interior das ampolas complexo. Possui

radiaes de grande comprimento de onda (radiaes calorficas), ondas luminosas e raios X. Entre


Fsica Radiolgica I


estes, existem ondas de alta energia (raios X duros), bem como radiaes de grande comprimento

de onda (raios X moles) que no contribuem em nada na qualidade da informao diagnstica,

aumentando desnecessariamente a dose de radiao na pele do paciente.

Num primeiro momento, existe o que denominamos filtrao inerente que a filtrao que o

feixe de raio X sofre ao ultrapassar o vidro constituinte da ampola, ou seja, uma filtragem que

ocorre sem a interveno externa do tcnico.

Porm devido a grande diversidade de ondas, uma filtrao adicional torna-se necessria,

filtros metlicos, geralmente de 1 a 3 mm de Alumnio so colocados na sada das ampolas. Esses

filtros so capazes de reter as radiaes fracas, deixando passar apenas os raios X de alto poder de

penetrao.

A soma da filtragem inerente mais a filtragem adicional nos d o que denominado

filtragem total do feixe de raio X e muitas vezes especificada em milmetros de Alumnio. Dessa

forma, teremos um feixe composto por ftons de maior energia e portanto, altamente penetrante.

Esse processo tambm denominado endurecimento do feixe.


Fsica Radiolgica I


RESTRITORES

O feixe de raio X produzido numa ampola deve ser restringido a um tamanho e forma que

cubra precisamente a rea de interesse diagnstico por meio de restritores, a fim de evitar grande

disperso da radiao.

As reas no irradiadas no podem contribuir para a disperso, nem para a dosagem do

paciente. Para acentuar a importncia desta regra, uma regulao federal exige que todos os

sistemas de raio X para diagnstico agora fabricados devem fornecer limitadores de feixe positivo

(diafragma/colimador).

H diversos tipos de dispositivos que podem ser adicionados ao tubo de raio X com o

objetivo de delimitar o campo de raio X.

Diafragmas de Abertura:

Consistem em lminas de Chumbo com aberturas retangulares, quadradas ou circulares

colocadas no feixe de raio X perto da janela do tubo e so comumente usados em conjunto com um

cone ou um dispositivo limitador de feixe de abertura varivel.

Podem ser movidos semelhana de um obturador de mquina fotogrfica. Com isso,

possvel delimitar um campo para a Exposio aos raios X. Produzem uma rea de penumbra quase

nula e so dotados de um sistema de iluminao prprio, o que permite a visualizao da rea a ser

exposta ao feixe de raio X.

Possui ainda, um movimento de rotao de 360o e uma escala que indica a sua posio. Um

indicador ptico define a distncia de tratamento com uma escala varivel em torno da distncia

usual de tratamento.

O campo luminoso definido por uma lmpada de quartzo de alta intensidade, que se

localiza na posio real da fonte, quando a mesma est recolhida. Define com preciso o campo de

radiao na linha de 50% da penumbra geomtrica.

Cones:

So tubos metlicos de vrias formas e tamanhos, alguns fornecem campos circulares,

enquanto outros fornecem campos retangulares. O comprimento do cone assim como tambm o

tamanho de sua abertura afetar o tamanho do campo de raio X.

Dispositivos Limitadores de Feixe de Abertura Varivel:

Contm placas de Chumbo ou obturadores que podem ser ajustados para modificar o

tamanho do feixe. Em alguns desses dispositivos, o obturador posicionado manualmente atravs

de botes rotativos indicadores. Atualmente, dispositivos limitadores de feixe esto sendo

fabricados com obturadores que so controlados automticamente atravs de sensores que ajustam o

campo ao tamanho do receptor de imagem (chassis). Em ambos os casos, a limitao de feixe

positivo normalmente contm um retculo de fio cruzado, uma fonte de luz, e um espelho para

projetar sobre o paciente o centro e o contorno do campo de raio X definido pelos obturadores.

Deve-se mencionar que os dispositivos limitadores de feixe so comumente, mas

incorretamente, chamados de colimadores. O colimador um dispositivo que produz raios que so

paralelos entre si. Os raios que emergem desses dispositivos limitadores de feixe no so paralelos,

mas sim divergentes.


Fsica Radiolgica I


TRANSFORMADOR DE ALTA TENSO

O transformador compe-se de uma caixa de Ferro, hermeticamente fechada em cujo

interior se encontra alm de outras, as bobinas e vlvulas retificadoras.

Na parte superior nota-se a entrada do primrio e sada do secundrio (primrio refere-se a

voltagem que nos fornecida pela Companhia Eltrica e que antes de ser transformada para maior

ou menor, chama-se circuito primrio e aps a transformao ou induo, passa a chamar-se

secundrio).

A bobina tem formato de um carretel, com fios de Cobre enrolado entre si, tendo introduzido

no centro, um bloco de Ferro denominado ncleo. Cada volta desses fios chama-se espira. A

transformao da voltagem determinada pelo nmero de espiras contidas na bobina e cada espira

ao nmero de Volts do primrio.

Por exemplo, um circuito primrio de 220 V e uma bobina de 500 espiras tem a voltagem no

secundrio de 110.000 V ou 110 kV, pois 220 x 500 = 110.000 V.

Vimos que a tenso de 220 V do primrio passou a 110 kV no secundrio, aps ter sido

induzida ou transformada pela bobina.

A quantidade de bobinas contidas no transformador depende do nmero de fases da rede

eltrica.

Aparelhos de alta capacidade, acima de 500 mA, so alimentados com tenso de 220 V,

trifsico (trs fases) e os aparelhos de menor capacidade so alimentados com tenso de 120 V,

monofsico (duas fases). Nos aparelhos trifsicos so necessrias trs bobinas e nos aparelhos

monofsicos, duas bobinas.

Das bobinas, partem dois condutores no circuito secundrio: um que conduz o positivo e

outro o negativo.

Na parte superior da caixa do transformador de onde saem os secundrios, vm sinais +

(positivo) e (negativo). O condutor de circuito positivo dirigido para o anodo e o condutor de circuito negativo para o catodo.

As mquinas de raio X podem operar a diversas tenses e a diversas correntes no tubo. De

um modo geral, temos as seguintes caractersticas:

Diagnstico: de 40 150 kVp (potencial de acelerao dos eltrons) e corrente de 25 1200 mA. Terapia: de 60 250 kVp e corrente de aproximadamente 8 mA Raio X dentrio: de 50 90 kVp e corrente de at 10 mA. Raio X industrial: de 50 300 kVp e corrente de at 10 mA

RADIAO BACKGROUND

Toda vida, em nosso planeta, est exposta radiao csmica (partculas com grande

energia provenientes do espao) e radiao proveniente de elementos naturais radioativos

existentes na crosta terrestre como Potssio, Csio, etc. A intensidade dessa radiao tem

permanecido constante por milhares de anos. Nossos antepassados sempre estiveram expostos a ela,

e ns tambm.

Essa radiao se chama radiao natural ou radiao de fundo (background) e provm de muitas fontes.

Cerca de 30% a 40% dessa radiao se deve a raios csmicos. Alguns materiais radioativos

como: Potssio-40, Carbono-14, Urnio, Trio, etc, esto presentes em quantidades variveis nos

alimentos. Uma quantidade razovel de radiao vem do solo e de materiais de construo. Assim, a

radiao de fundo pode variar de local para local.

O valor mdio de radiao de fundo em locais habitados de 1,25 mSv ao ano.

Para altitudes de 3.000 m, a radiao de fundo 20% superior radiao ao nvel do mar.

Isso porque a atmosfera se encarrega de atenu-la.


Fsica Radiolgica I


A radiao de fundo na Cidade Universitria Armando de Salles Oliveira, em So Paulo,

vem sendo medida pelo Laboratrio de Dosimetria do Instituto de Fsica da USP. Seu valor mdio

de 1,4 mSv ao ano. Por outro lado, em Guarapari, no estado do Esprito Santo, a radiao de fundo

uma das mais altas entre os locais habitados cerca de 3,15 mSv ao ano e se deve presena de areias monazticas (areias com baixas concentraes de Urnio e Trio).

No Brasil h outros locais onde a radiao de fundo razoavelmente alta, e esto situados

prximos a minas de Trio e de Urnio. Poos de Caldas, em Minas Gerais, um exemplo.

KILOVOLTAGEM (kV)

De todos os fatores que influem sobre o contraste, a kilovoltagem o mais importante.

Segundo seu comprimento de onda, influi diretamente sobre a quantidade de radiao

remanescente que chega at o filme radiogrfico, ou seja, sobre a qualidade da radiao. A

qualidade da radiao, ou seja, a kilovoltagem, por sua vez, determina o grau de contraste de uma

Exposio radiogrfica. No contraste, por seu lado, depende da diferena de densidade.

Vejamos, em primeiro termo, a relao existente entre kV e densidade, ou seja, entre

qualidade e quantidade de radiao X.

A densidade radiogrfica varia em relao direta com a kilovoltagem empregada mas como

a densidade depende, sobretudo, do fator mA empregado, vejamos que relaes existem entre kV e

mA.

Uma modificao do kV necessita uma correspondente modificao do mA. Com esse fim

pode-se empregar uma tabela que trabalha com os fatores de multiplicao do mA correspondente a

mudanas da kV de 5 em 5 desde 40 a 100 kV, com ou sem coberturas reforadoras. Essas tabelas,

entretanto, apenas representam um caminho aproximado j que no podem ser aplicadas

uniformemente a todos geradores.

Quando os novos valores de mA no esto localizados na tabela se eleger o mais

aproximado.

Contudo, devem ser feitas as seguintes observaes:

Para compensar uma kV demasiadamente baixa, no deve-se recorrer a um aumento do mA

porque um aumento do mA no compensa uma kV demasiadamente baixa. A kV deve ser, em todos

os casos, suficientemente penetrante para atravessar as partes.

Pelo contrrio, pode compensar-se um aumento de kV reduzindo o mA.

Em sntese:

uma falta de kV no compensada com maior mA;

um excesso de kV pode ser compensado com diminuio do mA.

Para reproduzir todos os detalhes dos elementos de um objeto necessrio que o

comprimento de onda do feixe de raios, sua penetrabilidade ou seja, seu kV seja de adequada

penetrao; com uma kV demasiadamente escassa, desaparecem.

Tudo isso demonstra que:

a kV o fator de contraste;

a kV controla a escala de densidade radiogrfica com a qual se fazem visveis maiores detalhes;

medida que aumenta a kV ou penetrao, a gama de contraste maior;

acima de determinado kV a escala de contraste se faz demasiadamente larga; abaixo,

demasiadamente curta;

medida que aumenta a kV deve adaptar-se o mA.

As mudanas no comprimento de onda, ou seja, na kilovoltagem, devem ser suficientes.

Apenas as mudanas de 5 kilovolts tm efeito objetivo sobre a densidade, particularmente

aprecivel entre 30 e 55 kV. Acima de 55 kV o aumento da densidade por aumento de 5 kV

menor.


Fsica Radiolgica I


MILIAMPERAGEM (mA)

O catodo aquecido devido passagem de uma corrente eltrica proveniente de um fonte de

baixa tenso. A sada dessa fonte controlada por um seletor de mA.

Aumentando-se o seletor de mA, mais corrente eltrica passa atravs do catodo gerando

calor e aumentando sua temperatura. Com o aumento da temperatura, aumenta-se a emisso

termoinica no catodo. Portanto, o nmero de mA determinado pelo aquecimento do filamento.

Quando o interruptor geral acionado, ocorre um pr-aquecimento do filamento.

A temperatura necessria para liberar a quantidade de mA requerida atingida somente

durante a preparao do disparo. O tempo de preparo dever ser o menor possvel para a proteo

do filamento. Este tempo de preparao indispensvel para que o filamento atinja a temperatura

necessria e para que o anodo giratrio atinja a rotao nominal. O nmero de eltrons controlado

pela temperatura do filamento do catodo. Quanto maior for a temperatura do filamento, maior o

nmero de eltrons disponveis para formar a corrente de eltrons.

Ajustar a mquina de raio X a uma miliamperagem especfica significa, na verdade, ajustar a

temperatura do filamento para produzir a corrente eltrica (mA) indicada.

TEMPO DE EXPOSIO (s)

Em radiografias, a Exposio iniciada pelo operador do equipamento e terminada depois

que se esgota o tempo selecionado previamente.

Os temporizadores e botes de controle ajustados pelo operador ativam e desativam a

gerao de raio X acionando dispositivos de chaveamento que pertencem ao circuito primrio do

gerador.

Nos temporizadores manuais, o ajuste do tempo de Exposio deve ser feito pelo operador

antes de iniciar o procedimento. A seleo adequada dos ajustes do tempo de Exposio no

equipamento depender do conhecimento pessoal ou da consulta a uma Tabela de Exposio que

correlaciona a espessura do paciente com a kV, o mA e o tempo.

MILIAMPERE-SEGUNDO (mAs)

Freqentemente, as unidades mA e mAs so confundidas ou tomadas como termos

sinnimos. No so. Cada uma dessas unidades refere-se a uma grandeza diferente.

A unidade mA refere-se grandeza fsica corrente eltrica (i) e a unidade de medida s

refere-se grandeza fsica tempo (t).

Portanto, a unidade mAs representa o nmero total de eltrons que atingem o anodo num

determinado intervalo de tempo.

ELEMENTOS DE UM CONJUNTO GERADOR DE RAIOS X

A fonte de energia obtida, normalmente, na rede de alimentao eltrica. O tubo de raio X

necessita dessa alimentao para a produo do efeito termoinico e tambm para acelerar os raios

catdicos, conferindo-lhes energia suficiente para um bombardeio eficaz do anodo. Por isso,

acoplados ampola existem dois circutos eltricos: o de baixa voltagem, com corrente regulvel,

que serve para o aquecimento do filamento, e o de alta voltagem que, acoplado a um retificador de

onda completa, serve para acelerar os raios catdicos. Alm disso, os equipamentos de produo de

raio X incluem um controlador eletrnico de tempo para regular a durao do bombardeamento

andico e, por conseguinte, servem para regular o tempo no qual so produzidos os raios X.

Numa instalao de raio X, pode-se observar os seguintes componentes mnimos:


Fsica Radiolgica I


transformador de alta tenso;

painel de comando;

ampola;

mesa para o paciente.

O painel de comando dos equipamentos de raio X possui, alm da chave principal para ligar

ou desligar o sistema, trs controles que servem para selecionar:

a alta tenso (kV);

a corrente de aquecimento do filamento (mA);

o tempo de Exposio (s).

Para disparar a produo dos raios X existe um controle de Exposio chamado de preparo

ou stand by, e outro que inicia o processo de bombardeamento do anodo. O stand by prepara a ampola, fazendo girar o anodo e aquecendo o catodo.

O transformador tem sua armadura aterrada para prevenir acidentes com choque eltrico. Os

circutos primrio e secundrio esto mergulhados em leo mineral de elevada constante dieltrica.

Ele serve para isolar esses circutos e para refriger-los. H um circuto para a baixa tenso e outro

para a alta tenso. A baixa tenso entregue ao filamento sob a forma alternada, enquanto a alta

tenso contnua. Isso porque, enquanto esta se destina a acelarar o feixe de raios catdicos em um

dado sentido, aquela gera uma corrente que serve para aquecer o filamento, semelhana do que

ocorre nas lmpadas incandescentes.

Assim, na sada do secundrio de alta tenso existe um circuto retificador para que a alta

voltagem seja contnua. Os transformadores recebem uma alimentao de 110/220 V, 60 Hz e

fornecem ao filamento uma diferena de potencial de aproximadamente 10 V e ao catodo-anodo

uma tenso varivel entre 40 kV e 150 kV.

A durao do tempo de Exposio controlada por um temporizador (timer) eletrnico que controla o circuto de alta tenso dos transformadores. Seria pouco eficaz querer controlar o

aquecimento do filamento uma vez que ele se aquece e se resfria com retardo. O circuto de alta

tenso, por sua vez, responde quase que instantaneamente aos comandos de ligar e desligar.

RENDIMENTO DE UMA AMPOLA DE RAIO X

Quando os eltrons do feixe catdico incidem sobre o foco andico apenas uma pequena

parte da energia se transforma em raio X; a maior parte se transforma em calor, aproximadamente

99%.

O grau de aquecimento depende da intensidade da energia que direcionada ao foco, da

tolerncia trmica deste e do sistema de refrigerao do tubo.

Por sua vez, a tolerncia trmica do anodo depende do material de que est composto o foco

e do tamanho deste; se foi eleito como material do foco andico o Tungstnio, que tolera 3.380 C

de temperatura e uma carga de 200 Watts por mm2 em 1/10 segundo. No que diz respeito ao

tamanho do foco, quanto maior for este, maior a carga que tolerar.

Tambm depende da forma do anodo. Os anodos giratrios toleram uma carga trmica muito

maior que os anodos fixos. Ademais, a capacidade de carga dos anodos giratrios depende tambm

da velocidade de rotao do anodo; quanto maior for esta, maior ser a carga trmica que suporta.

A carga mxima permitida depende tambm do tipo de retificao da corrente alternada

oferecida ao tubo. Os tubos com corrente contnua pulstil toleram menor carga que os tubos

alimentados com corrente contnua constante.

Influi de forma decisiva tambm o sistema de refrigerao do tubo; quanto maior a

capacidade de dissipao de calor ao nvel do anodo, maior a carga trmica que se tolera.

O grau de aquecimento depende da intensidade da energia oferecida ao foco andico,

fundamentalmente do mA, kV e do tempo de Exposio.


Fsica Radiolgica I


A carga mxima admissvel de um tubo para diagnstico se expressa em Watts ou kilowatts.

a carga mxima que se pode suportar durante um determinado tempo; no caso dos tubos de anodo

fixo, durante 1 segundo; nos tubos de anodo giratrio, durante 1/10 de segundo.

Um Watt igual ao produto de 1 Volt por 1 Ampre. Se portanto a carga mxima permitida

de um tubo de anodo fixo de 60 kV e 100 mA durante 1 segundo, se dir que equivale a

6.000 Watts ou 6 kW.

Quando se diz que um tubo de anodo giratrio tem uma carga mxima permitida de 30 kW,

isso significa que pode ser carregado, como mximo, com 600 mA e 50 kV durante 1/10 segundo.

Naturalmente que se pode variar os fatores integrantes da equao desde que o produto no

supere os 30 kW. Se, por exemplo, se aumenta a kV, o correspondente mA dever ser menor.

Existem, fundamentalmente, dois tipos de tubos. Os de anodo fixo, que suportam escassa

carga trmica, se empregam em aparatos de reduzido rendimento com sistema de auto-retificao,

geralmente aparelhos portteis ou transportveis ou destinados a radiografias dentrias. Suas

possibilidades de carga variam segundo o tamanho do foco; costumam ser de 1 ou 2 mm. Nos tubos

de anodo giratrio, o tamanho do foco varia de 0,3 a 2 mm. Segundo caractersticas construtivas e

tamanho do foco, a capacidade de carga varia entre 2 e 50 kW.

POTNCIA DA RADIAO

A fora de penetrao dos raios X diretamente proporcional velocidade dos eltrons. Isso

quer dizer que quanto maior a velocidade dos eltrons, maior ser a fora de penetrao dos raios X.

Isto ocorre porque se a velocidade aumenta, aumenta tambm a violncia da frenagem, que por sua

vez diminui o comprimento de onda dos raios X.

Ento se desejarmos radiografar uma regio constituda por uma substncia de alto nmero

atmico como o osso ou uma parte muito espessa como o abdmem, temos que aumentar a fora

dos raios X.

Para conseguir essa fora extra, basta aumentar a velocidade dos eltrons, aumentando-se a

kV.

INTENSIDADE DA RADIAO

A quantidade de raios num feixe, diretamente proporcional quantidade de eltrons

utilizados na corrente. Quanto maior o nmero de eltrons, maior a quantidade de raios no feixe.

Isso ocorre porque cada eltron que se choca contra a matria torna-se uma fonte de radiao.

Podemos afirmar ento que, aumentando o nmero de eltrons, aumenta-se o nmero de fontes de

radiao, que aumenta a quantidade de raios no feixe. Existem duas maneiras de aumentar o nmero

de raios num feixe. A primeira aumentando-se o fluxo de eltrons na corrente (mA) e a segunda

aumentando-se o tempo (s) de Exposio.

Numa escala de 200 mA com uma Exposio de 1 s temos:

200 mA x 1 s = 200 mAs

Para conseguir o dobro do mAs podemos:

passar para uma escala maior, conservando-se o tempo de Exposio:

400 mA x 1 s = 400 mAs

manter a escala de 200 mA e aumentar o tempo de Exposio:

200 mA x 2 s = 400 mAs


Fsica Radiolgica I


DOSAGEM DA RADIAO

Cada regio do corpo humano constituda por tecidos de densidade, forma e espessura

diferentes. Porm, o filme no capaz de registrar diferenas muito pequenas de densidade. Alguns

clculos perde em parte o seu sentido na prtica, exatamente devido a limitada sensibilidade do

filme.

Contudo, os clculos matemticos de dosagem no devem ser considerados inteis, pois eles

so os que norteiam e do os parmetros das tcnicas radiogrficas queles que esto iniciando na

profisso. As vrias densidades dos tecidos humanos foram englobadas em trs principais grupos,

onde foram includos os contrastes artificiais positivos e negativos. Para facilidade do clculo,

foram arbitrariamente, atribudos coeficientes a cada um desses grupos.

Ossos e contrastes positivos (gua) Coeficiente = 2

Msculos e vsceras Coeficiente = 1,5

Pulmo e contrastes negativos (ar) Coeficiente = 0,2

Empiricamente, foi determinada uma frmula universal para obteno da dosagem de

radiao necessria cada exame.

Frmula universal para achar a kV:

kV = E x 2 + C

onde:

E = espessura da regio a ser radiografada

C = constante do aparelho

kV = poder de penetrao dos raios

Para medir a espessura da parte a ser radiografada, usado um acessrio chamado

espessmetro.

Estrutura Posio Espessura kV Tempo mAs

Abdome AP 17,5

Ante-brao AP / P 5,5

Arco Zigomtico AP / O 15

Brao / Ombro AP / P / O 14

Calcneo AP / O / Axial 6,5

Cavum P 22,5

Clavcula / Art. Est. AP / O 13,5

Coluna Cervical AP / P / O 20,5

Coluna Dorsal AP / P 25

Coluna Lombar AP 16,5

Coluna Lombar P 19

Crnio AP / P 14,5

Escanometria AP 7,5

Escanometria AP 15

Escanometria AP 16,5

Escpula AP / P / O 16,5

Fmur AP / P / O 15

Joelho / Perna AP / P / O / Axial 6,5


Fsica Radiolgica I


Mandbula AP / P / O / Axial 11,5

Mandbula AP / P / O / Axial 12,5

Mo AP / P / O 3,5

Osso Nasal AP / P 5

P AP / P / O 4

Pelve AP 15,5

Seios da Face Cald / Wat. 16,5

Trax AP / P / O 17,5

Trax AP / P / O 20

Tornozelo AP / P / O 6,5

Constante do Equipamento: 35

INTERAES DOS ELTRONS NO TUBO DE RAIO X COM OS TOMOS

DO ALVO

Ao tentar atravessar a matria, os raios X interagem com os seus tomos. Essa interao

depende da estrutura molecular e do estado de agregao em que se encontra o meio. So cinco os

processos fundamentais dessa interao:

Espalhamento Coerente

Efeito Fotoeltrico

Efeito Compton

Produo de Pares de ons

Fotodesintegrao

Os ftons de raio X, ao passarem atravs de um meio, podem sofrer absoro ou

espalhamento. Quando so absorvidos, o feixe emergente perde intensidade. Tambm, no

espalhamento h perda na intensidade do feixe emergente, que se deve, nesse caso, s mudanas

aleatrias na direo de propagao dos ftons. O fton espalhado tem energia menor do que a que

possua antes da coliso com o tomo do meio. Por isso, possui comprimento de onda maior. Esse

fton no transporta a informao de imagem e apenas funciona como radiao secundria e intil.

Os raios X secundrios contribuem para o velamento da pelcula radiogrfica, obscurecendo

desuniformemente o filme e empobrecendo a qualidade da imagem.

Espalhamento Coerente:

tambm chamado de espalhamento Rayleigh ou espalhamento Thomson. Ocorre quando

um fton transfere para um tomo-alvo toda a sua energia sem, contudo, remov-lo da eletrosfera.

O eltron salta para um orbital de maior energia e, por isso, o tomo fica num estado excitado.

Depois de algum tempo, o eltron retorna ao seu orbital de equilbrio, devolvendo a energia que

recebeu sob a forma de um outro fton. Este tem comprimento de onda igual ao do fton incidente,

mas se propaga numa direo diferente, caracterizando o espalhamento. O efeito coerente porque

o comprimento de onda emergente igual ao comprimento da onda incidente. Ao fim desse

processo no ocorreu transferncia de energia nem ionizao do tomo-alvo. O nico efeito

produzido a mudana de direo de propagao do fton. Nas radiografias o espalhamento

coerente no relevante, pois menos de 5% dos ftons do feixe de raios X sofrem essa interao.


Fsica Radiolgica I


Efeito Fotoeltrico:

Esse efeito ocorre quando um fton interage com um eltron orbital transferindo para ele

toda a sua energia. Para isso, o fton precisa ter energia suficiente para deslocar o eltron e ainda

para lhe fornecer energia cintica suficiente a fim de afast-lo do ncleo. Nessa interao o fton

desaparece e o tomo ionizado.

Com ftons de raio X, so principalmente arrancados eltrons da camada K. A vaga que se

forma nessa camada preenchida por outro eltron proveniente da camada L ou mais raramente da

camada M. Esse salto eletrnico em direo camada K acompanhado pela emisso de raio X

caracterstico. Assim, o efeito fotoeltrico produz:

raios X caractersticos;

fotoeltron ejetado;

on positivo.

Para que possa ocorrer um efeito fotoeltrico, o fton incidente deve possuir energia

suficiente para romper a atrao eletrosttica que o ncleo exerce sobre o eltron e ainda para

fornecer a esta partcula uma quantidade de movimento suficiente para que ela abandone o tomo.

Isso significa que, quanto mais interno o eltron, maior dever ser a quantidade de energia

necessria para arranc-lo do seu orbital. O desalojamento de eltrons perifricos d origem ao

aparecimento de ftons de baixa energia (calor ou luz visvel), enquanto, ao serem removidos

eltrons dos orbitais K e L, surgem, alm dessas radiaes, ftons muito energticos cujo

comprimento de onda est situado na faixa dos raios X (raios X caractersticos).

Quando a energia do fton e a energia de ligao do eltron so aproximadamente iguais, as

chances para que ocorra o efeito fotoeltrico aumentam.

A tabela a seguir mostra a energia de ligao da camada K de tomos que participam do

processo de radiografias.

Nmero Atmico tomo Energia da Camada K (keV)

6 Carbono 0,284

7 Nitrognio 0,400

8 Oxignio 0,532

13 Alumnio 1,56

20 Clcio 4,04

50 Estanho 29,2

53 Iodo 33,2

56 Brio 37,4

74 Tungstnio 69,5

82 Chumbo 88,0

O efeito fotoeltrico desejvel para a radiografia, pois permite a formao de imagens com

elevado contraste entre os rgos. Todavia, ele tambm responsvel por um efeito indesejvel,

pois, ionizando o meio-alvo, aumenta a quantidade de radiao absorvida pelo corpo. Dentre as

formas de interao dos raios X com a matria, esta a que mais transfere energia ao corpo.

O efeito fotoeltrico mais pronunciado em elementos pesados (Z alto).


Fsica Radiolgica I


Efeito Compton:

Na interao Compton, os raios X transferem para os tomos-alvo parte da sua energia, a

fim de promover o deslocamento de eltrons que esto situados principalmente nos orbitais mais

perifricos da eletrosfera. A energia no transferida deixa o tomo como um fton emergente, cuja

energia menor do que aquela do fton incidente. Assim, nesse tipo de interao, um fton

continua a se propagar depois de interagir com o meio, seguindo, no entanto, uma direo diferente

daquela que possua antes da interao. O resultado disso a produo de par inico (eltron/tomo

positivo) e de fton dotado de baixa energia. A energia do fton incidente usada no s para

deslocar o eltron-alvo do seu orbital, mas tambm para fornecer-lhe energia cintica para que

abandone o tomo a que pertencia. A quantidade de energia perdida para deslocar o eltron

perifrico pequena quando comparada aquela do efeito fotoeltrico. Isso se deve ao fato de que,

estando longe do ncleo, tais eltrons se ligam a ele fracamente.

Dois fatores determinam a quantidade de energia que permanece no fton emergente:

a energia inicial do fton incidente;

o ngulo com que o fton emergente se desvia da trajetria do fton incidente (ngulo de desvio).

Quanto maior for o ngulo de desvio, maior ser a energia transferida para o eltron e,

conseqentemente, menos energtico ser o fton emergente. Em alguns casos, o fton emergente

se propaga de volta ao longo de sua trajetria inicial, formando assim um ngulo de desvio de 180.

O ngulo de desvio inversamente proporcional ao momentum do fton incidente. Quanto maior o

momentum, mais dificilmente eles so desviados. Utilizando-se raios X de alta energia, por

exemplo, 1 MeV, a maioria dos ftons emergentes sofre desvio do tipo refrao, isto , continua a

se afastar da ampola de raios X que os produziu. Entretanto, na faixa de energia usadas no

diagnstico radiolgico, uma frao importante dos ftons emergentes sofre desvio do tipo reflexo

e se move numa direo e sentido que os aproxima da ampola de raio X.

O perfil de distribuio de ftons espalhados por efeito Compton, quando se usam raios X

de 100 keV, semelhante ao de uma pra, cuja extremidade mais delgada aponta em direo

ampola. Os ftons emergentes com baixo ngulo de desvio so os mais energticos. Eles

representam um problema de soluo impossvel durante as radiografias pois, possuindo elevada

energia, no so retidos pelos filtros que esto acoplados ampola. Alm do mais, o pequeno

ngulo de desvio favorece a sua passagem pela grade e mantm a sua chance de atingir a placa

radiogrfica, enegrecendo a pelcula e comprometendo a qualidade da imagem.

Os ftons espalhados por efeito Compton aumentam a probabilidade de irradiao dos

tcnicos encarregados de executar o exame radiolgico. Isso sobretudo importante durante as

radioscopias, quando os tempos de Exposio so longos. Ocorre que, mesmo desviados de 90o, os


Fsica Radiolgica I


ftons emergentes permanecem com a maior parte da energia original, o que mantm o seu poder de

penetrao. Como se propagam em direes aleatrias, esses raios secundrios so dificilmente

atenuados por blindagens usadas na proteo dos operadores de raio X.

A probabilidade de uma ocorrncia de uma reao Compton depende da densidade do

absorvedor e do nmero de eltrons por grama de material. Contudo, no depende do nmero

atmico do elemento-alvo. Quanto maior a energia do fton incidente, menor ser a probabilidade

de ocorrncia desse efeito.

O efeito Compton mais pronunciado em elementos leves (Z baixo).

Produo de Pares de ons:

Esses mecanismos de interao no ocorrem na faixa de energias usadas no

radiodiagnstico. Na produo de um par, um fton de alta energia, ao se aproximar de um ncleo

pesado, transformado em duas partculas com massas semelhantes massa do eltron. Uma delas,

o psitron (e+), transporta carga positiva, enquanto a outra, o ngatron (e

-), negativa. Essas

partculas se afastam uma da outra com grande velocidade. Com isso elas so impedidas de se

recombinar e, consequentemente, de sofrer aniquilao. A massa do eltron e do psitron de

0,51 MeV. Assim, esse tipo de interao no pode existir com ftons de energia menor do que

1,02 MeV.


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Fotodesintegrao:

Na fotodesintegrao o fton de raio X de alta energia (7 a 15 MeV) absorvido pelo ncleo

que, assim, se desestabiliza e acaba por ejetar um nutron, um prton, uma partcula alfa ou mesmo

um grupo de partculas.

EFEITO ANDICO

Nas zonas extremas das placas radiogrficas expostas radiao h diferenas de densidade

motivadas por um fenmeno que se conhece como efeito andico.

um fenmeno no qual a intensidade da radiao emitida na extremidade do catodo do

campo de raio X maior do que aquela emitida na extremidade do anodo. Isso devido ao ngulo

da face do anodo, de forma que h maior atenuao ou absoro dos raios na extremidade do anodo.

Estudos mostram que pode variar de 30 a 50%, dependendo do ngulo alvo, utilizando um

filme de 43 cm e com distncia foco-filme de 102 cm.

que o feixe de raios gerado a nvel do foco andico tem a forma de um cone. Ao longo do

eixo longitudinal do tubo a intensidade dos raios X difere em ambos extremos do mesmo e,

portanto, do cone de projeo dos raios X.

Essas variaes de intensidade dos raios X se devem ao fato de que a superfcie andica

forma um determinado ngulo com respeito ao feixe longitudinal do tubo.

Para o catodo, a intensidade dos raios X aumenta ao contrrio que para o anodo vai

diminuindo.

As variaes de intensidade dos raios X dependem do ngulo de emisso dos raios X desde

o foco andico. Quanto mais agudo este ngulo, tanto maior o efeito andico. Por esta razo, o

efeito andico mais acentuado nos tubos de anodo giratrio que costuma ser mais agudo, de uns

16, que nos tubos de anodo fixo com ngulos de inclinao de 20.

Sintetizando, pode-se dizer, portanto, que o efeito andico a variao da intensidade dos

raios X ao longo do cone de distribuio do feixe de raios X e que este fenmeno motivado pelo

ngulo de inclinao do foco andico.

O efeito andico depende da distncia foco-filme e do tamanho do filme radiogrfico.

O efeito andico aumenta a medida que se diminui a distncia foco-filme e a medida que

aumenta o tamanho do filme. Em conseqncia, o efeito andico:

inversamente proporcional distncia foco-filme;

diretamente proporcional ao tamanho do filme

Tendo em conta que do lado catdico o efeito andico maior, se colocar o extremo

catdico do tubo do lado de maior espessura. Se, por exemplo, trata-se de uma radiografia da coluna

dorsal sendo sua espessura maior na parte inferior, no local onde se interpe o mediastino, o

extremo catdico deve ser colocado a este nvel. No caso de uma radiografia do aparelho renal, o

extremo catdico se colocar no lado superior j que a este nvel a espessura mxima.

APLICAES DAS RADIAES IONIZANTES

No incio da era nuclear, houve um incentivo muito grande para o desenvolvimento de

aplicaes dos materiais radioativos. O objetivo era encontrar usos benficos que proporcionassem

retorno econmico, conhecimento cientfico avanado e, principalmente, melhorasse a qualidade de

vida da sociedade. Nos dias de hoje, a energia nuclear utilizada para gerao de energia eltrica,

sendo uma forte concorrente com os demais recursos energticos; os materiais radioativos, por ela

produzidos, so largamente utilizados na Medicina, Indstria e Agricultura.

Algumas dessas aplicaes sero descritas a seguir.


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Aplicaes na Medicina:

O uso de materiais radioativos na Medicina engloba tanto o diagnstico como a terapia,

sendo eles ferramentas essenciais na rea de oncologia.

Diagnstico:

Os ensaios realizados para diagnstico podem ser in vivo ou in vitro. Nos ensaios in vivo, o radioistopo administrado diretamente no paciente. O material a

ser administrado, contendo uma pequena concentrao do radioistopo, deve ter afinidade com o

tecido ou o rgo que se quer observar.

A radiao emitida produz uma imagem que revela o tamanho, a forma, as condies do

rgo e, principalmente, sua dinmica de funcionamento.

Pode-se dizer que este tipo de ensaio utilizado para todos os rgos e sistemas do corpo

humano, destacando-se, entre muitos, os estudos do miocrdio, da funo renal e tireoidiana e a

deteco de neuroblastomas.

Os ensaios in vitro consistem na retirada de material orgnico do paciente, em geral plasma sangneo (sangue), e na reao de substncias marcadas com material radioativo com

algumas substncias presentes no plasma, e posteriormente, medidas em detectores de radiao. A

Atividade detectada indica a presena e a concentrao das substncias que esto sendo analisadas.

Terapia:

Nesta prtica, a irradiao do paciente, a fim de destruir as clulas cancergenas de um

rgo, pode ser feita de trs formas distintas:

a fonte radioativa posicionada a certa distncia do paciente e a irradiao se d por feixe

colimado (teleterapia);

a fonte radioativa posicionada em contato direto com o tumor ou inserida no mesmo

(braquiterapia);

a substncia radioativa injetada no paciente, a qual se instala no rgo de interesse por

compatibilidade bioqumica.

Recentemente, os materiais radioativos tm sido utilizados tambm para o tratamento da dor.

o caso do uso de 153

Sm em pacientes portadores de metstases sseas de cncer, nos quais o uso

de analgsicos potentes no surtem efeitos.

Aplicaes na Indstria:

Na Indstria, os materiais radioativos tm uma grande variedade de usos, destacando-se,

principalmente, o controle de processos e produtos, o controle de qualidade de soldas e a

esterilizao.

Medidores de nvel, espessura, densidade e detectores de fumaa utilizam princpios

semelhantes. Uma fonte radioativa colocada em posio oposta a um detector e o material a ser

controlado, que passa entre a fonte e o detector, age como blindagem da radiao, fazendo com que

o fluxo detectado varie.

Na gamagrafia, o controle de qualidade de soldas baseia-se na impresso de filmes

radiogrficos por raios gama, mostrando a estrutura interna da solda e eventuais defeitos.

Fontes radioativas de alta Atividade so utilizadas, principalmente, para esterilizao de

materiais cirrgicos, tais como suturas, luvas, seringas, esterilizao de alimentos e produo de

polmeros.


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Radioistopos so usados em hidrologia para medio de vrias grandezas, como vazo de

rios, direo de correntes marinhas, direo e vazo do fluxo subterrneo de guas, taxa de

infiltrao de gua no solo.

Aplicaes na Agricultura:

Na Agricultura, os materiais radioativos so utilizados para controle de pragas e pestes,

hibridao de sementes, preservao de alimentos, estudos para aumento de produo etc.

A conservao de alimentos por perodos prolongados conseguida por meio de

esterilizao desses alimentos com altas doses de radiao, e o controle de pragas e pestes pode ser

efetuado por meio da esterilizao por raios gama.

Gerao de Energia:

Alguns tipos de reatores so utilizados na gerao de energia nucleoeltrica, variando

basicamente o tipo de combustvel e o refrigerante do ncleo. O princpio de gerao de energia o

mesmo em todos eles, ou seja, a energia liberada pelo ncleo utilizada para gerar vapor, o qual

movimenta uma turbina.

Dentre as inmeras contribuies que o uso de materiais radioativos traz para o dia-a-dia de

nossa sociedade, resultando na melhoria da qualidade de vida, pode-se citar, alm dos usos j

descritos, a datao de amostras arqueolgicas, a esterilizao de esgotos urbanos, a identificao e

quantificao de metais pesados no organismo humano, as baterias de marca-passos, as fontes

luminosas para avisos de emergncia etc.

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