Raios X

Jeferson Auto da Cruz

DFN – Departamento de Física Nuclear

Descoberta

• W.C.Roentgen professor de Física da Universidade de Wurzburg na Alemanha descobriu o raio x em 5/12/1895

Foto recente do laboratório de Roentgen no Instituto de Física de Würzburg. Hoje, é um museu mas mostra, mais ou menos, como era seu local de trabalho quando Roentgen descobriu os raios-X. À direita, está a janela cuja cortinas ele fechou para melhor observar a fluorescência de seu detetor.

Wilhelm Conrad Roentgen Nasceu em 27 de março de 1845, em Lennep, Alemanha. Faleceu em 1923.Em 8 de novembro de 1895, Roentgen estava realizando experimentos com descargas elétricas em gases rarefeitos, quando descobriu os raios X. Em três semanas Roentgen investigou quase tudo que sabemos hoje sobre esta radiação, excetuando apenas o fenômeno da difração, que só foi descoberto por volta de 1912. Pela descoberta dos raios X, Roentgen ganhou o Prêmio Nobel de 1901.

O raio-X é uma onda eletromagnética, como a luz visível, as ondas de rádio, os raios infra-vermelhos, e os raios ultra-violetas. As ondas eletromagnéticas tem como características: a sua freqüência e o seu comprimento de onda, sendo estas duas características inversamente proporcionais, ou seja, quanto maior a freqüência menor o comprimento de onda

Produção de raio x

Tubo catódico de William Crookes

Radiação de freamento ou “Bremsstrahlung”,

Uma pequena fração dos elétrons incidentes no alvo se aproxima dos núcleos dos átomos que constituem o alvo . Eles podem perder de uma só vez uma fração considerável de sua energia emitindo um fóton de raio x

minmaxmax)(

hc

hfEevelétronK dofóton

Espectro contínuo de raios x produzidos em um tubo de W

Produção de raio xRaios x característicos

Da mesma forma que um fóton é emitido quando um elétron da camada mais externa de um átomo (elétron de valência ) decai de um nível de

energia mais alto ( nível excitado ) para outro de energia mais baixo , um fóton de energia na faixa do raio x é emitido quando as transições do elétron

envolvem camadas mais internas do átomo

KL

KL

KLfóton

EEc

h

EEhf

EEE

nqVE

dEVdqdt

dE

dt

dqV

dt

dEVi

dt

dEPot

k

k

k

k

k

O efeito fotoelétrico ocorre quando um fóton de raio-X choca-se com um elétron de um átomo e desloca-o de sua camada orbitária no átomo. Com a perda do elétron, o átomo fica ionizado. Nesta situação toda a energia do fóton de raio-X é utilizada para deslocar o elétron. Este efeito é muito acentuado nos materiais muito densos como, por exemplo, no chumbo e depende do número atômico do elemento (na verdade, é proporcional ao cubo desse número).

O efeito Compton: neste caso o fóton aproxima-se do átomo, choca-se com um elétron orbitário pode ou não arrancá-lo da camada orbitária, dependendo da energia envolvida, mas o que é fundamental: não cede toda a sua energia e neste caso o fóton do raio-x é desviado de sua trajetória. Nesta nova trajetória ele pode interagir com outros átomos e sofrer de novo desvio de sua trajetória. No final, a trajetória deste fóton não é retilínea. Como a obtenção das imagens de raio-X depende da diferença de densidade entre as diversas estruturas, e do arranjo linear entre a fonte e o local de detecção (como a sombra de uma lâmpada), uma trajetória não retilínea resulta em um prejuízo na interpretação das diferenças de densidade e borramento do contorno (imagine que mais que uma lâmpada ilumine um objeto, de forma a produzir mais que um limite da sua sombra).

Interação com a matéria

Imagens de radiografias

Atenuação de um feixe de radiação monocromática

A Atenuação obedece a uma lei exponencial

xeII 0

Proteção radiológica

• ICRU (International Commission on Radiation Units ana Measurements) em Londres 1925

• ICRP( International Commission on Radiological Protection) em Estocolmo em 1928

Proteção radiológica

• Exposição (X) 1928 - 1962

• Dose absorvida (D) 1950

dm

dQX

2r

AtX

dm

dED

1C/Kg=3876R

Proteção radiológica

• Relação entre dose absorvida no ar e a exposição a raios X e gama

)(.00876,0)(

)/()/()(

RXGyD

KgCXCJWGyD

ar

arar

Proteção radiológica

• Equivalente de dose (H) 1962 (dose equivalent)

DQH DQH

Tipo de radiação Q

Raios X , raios gama e elétrons 1

prótons 10

neutrons de energia desconhecida 20

Partículas alfa 20

Proteção radiológica

• Dose equivalente HT,R 1990 equivalent dose

RTRRT DwH ,,

dl

dELET

Rw LETQ

Tipos de radiação e intervalos de energia wR

Fótons de todas as energias 1

Elétrons e múons de todas as energias 1

Nêutros com energia

<10 KeV

10-100KeV

>100KeV a 2 MeV

>2 MEV a 20 MeV

>20 MeV

5

10

20

10

5

Prótons 5

Particulas alfa , elementos de fissão , núcleos pesados 20

Proteção radiológica

• Dose equivalente total

• Dose Efetiva

RTRT DwH , ET

TTHwE

Proteção radiológica

Tecido ou órgão wT Tecido ou órgão wT

Gônadas 0,20 Fígado 0,05

Medula óssea 0,12 Esôfago 0,05

Colo 0,12 Tireóide 0,05

Pulmão 0,12 Pele 0,01

Estômago 0,12 Superfície do osso 0,01

Bexiga 0,05 Restante 0,05

Mama 0,05 Soma total 1,00

Fatores de peso de tecido ou órgão

Proteção radiológica

Grandeza Limite de dose ocupacional

Limite de dose para o público

Dose efetiva 20 mSv/ano

(média de 5 anos)

1mSv/ano

Dose equivalente anual

Cristalino do olho

Pele

Mãos e pés

150 mSv

500mSv

500mSv

15 m Sv

50 m Sv

-----------

Proteção radiológica

Dose Equivalente Trabalhador Indivíduo publico

Dose euivalente efetiva 50mSv 1mSv

Dose equivalente para o órgão ou tecido T

500mSv 1mSv

Dose equivalente para pele 500mSv 50mSv

Dose equivalente para o cristalino 150mSv 50mSv

Dose equivalente para as extremidades ( mão , antebraços , pés e tornozelos)

500mSv 50mSv

Limites primários anuais de dose equivalente

Referências

• cfhr.epm.br/download/aulas/fisica/Limites_Doses.pdf • Okuno Emico-Grandezas e unidades -2006(notas de aula)• Okuno Emico-Raios X- 2006 (notas de aula)• Röntgen , W. C. On a new kind of rays.Journal of Franklin

Institute 141 , 183-191 (1896)• CNEN NE-3.01.Diretrizes Básicas de Radioproteção.Rio de

Janeiro : D.O.U. Ago 1998 121p.

FIM