aula1conceitos de produção

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Aula 1

Produção de

Raios X e Interação

da Radiação com a

Matéria.

Prof. Rafael C. Silva

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ÁTOMO

• Unidade fundamental da matéria. • Composto por:

• Um núcleo com prótons ( cargas elétricas positivas) e

neutrons ( sem carga elétrica);

• Uma Eletrosfera com elétrons ( cargas elétricas

negativas), dispostas em camadas (níveis) que respeitam uma distribuição eletrônica de acordo com a energia cinética do elétron.

K = 2 L = 8 M = 18 N = 32 O = 32 P = 18 Q = 2

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ÁTOMO

•Resum0

•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.

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Corrente Elétrica

Corrente elétrica é o deslocamento de elétrons através de um corpo condutor.

•Sua unidade de medida (SI) Ampér (A). •Seus submultiplos são :

•mA = miliampér = 10-3 _{= 0,001A}

•µA = microampér = 10-6 _{= 0,000001A}

•DDP - É a diferença de potencial aplicada entre duas extremidades de um corpo condutor .

•Sua unidade de medida é o Volt (V).

•Seu múltiplo é o kV = quilovolt = 103 _{= 1000 V.}

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Corrente Elétrica

– Resistência elétrica - É a dificuldade que o

corpo condutor apresenta ao deslocamento de elétrons através de sua estrutura.

– R = ρ L/A

– Ρ – constante de resistividade do material. – L – comprimento do condutor.

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Corrente Elétrica

•Para obtermos uma corrente elétrica devemos possuir, basicamente:

•Elemento condutor = permite que os elétrons livres ( ultima camada)se desloquem sobre sua superfície.

•Diferença de potencial elétrico entre as extremidades deste elemento.

+ __

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Corrente Elétrica

Propriedades da corrente elétrica:Todo corpo condutor, quando percorrido por uma corrente elétrica:

Fica incandescente, logo libera calor e luminosidade( efeito termiônico). Ex: Lâmpada

Gera ao seu redor um campo eletromagnético, proporcional a intensidade da corrente elétrica, proporcionando a

concentração de uma nuvem de elétrons ao seu redor. Ex: Eletroímãs.

OBS: Se este corpo condutor for enrolado de forma espiral, seu campo eletromagnético aumenta de intensidade, bem como a sua produção de calor, devido ao aumento proporcional de sua resistência elétrica.

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Radiações Eletromagnéticas

•Basicamente de 2 tipos: • Corpuscular :

• Eletromagnéticas :

• Não tem massa, ou seja, não emite partículas. •Possui oscilações elétricas e magnéticas.

•Se propagam no vácuo com uma velocidade

de 300.000km/s.

•Se diferem pelo comprimento de onda e

freqüência.

•Emitem partículas ( alfa, beta, gama ). •Ocorrem por interação nuclear.

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Ondas eletromagnéticas

•São movimentos ondulatórios de comprimento e

freqüência variáveis de acordo com sua propriedade.

•Comprimento de onda ( λ) = distância entre as

cristas consecutivas de uma ondulação (SI = m ou Å; - onde 1 Å = 10-10 _{m ).}

•Freqüência (F) = número de vezes em que o

comprimento de onda se repete em um intervalo de tempo determinado (SI=Hz).

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λ

x F

_{x F}

a

T

Obs:

• MENOR COMPRIMENTO DE ONDA MAIOR FREQUENCIA MAIOR A ENERGIA DO FEIXE

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Ondas eletromagnéticas

Rx diagnóstico

0,1 - 0,5 Å

E

λ = 1/F

0,001Å Raios Cósmicos 0,001 – 0,01Å Raios Gama

0,01 -100Å Raios x***

100 - 4000Å Ultra violeta 4000 - 7000Å Luz visível 100µµµµ - 100 cm Ondas de radar

λ

E

_F

= hf

h = 6,63 x 10-38

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Produção Raios x Característico

RX Característico

Elétron ejetado

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Raios x

Bremsstrahlung

_{Bremsstrahlung}

(frenagem)

_(frenagem)

Raios x Frenamento

Elétron desviado

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Curva Característica

característico Frenagem ( contínuo) E kV

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Resumo

Raios x Característico

• Aproximadamente 10% de todo RX produzido, utilizando a faixa de 80 - 150 kV.

• Acima de 150 kV o espectro característico se torna desprezível, devido a maior freqüência do RX de Frenagem.

•Se quisermos obter maior freqüência do espectro característico, se faz necessário substituir o elemento do alvo ( tungstênio) por um outro que tenha energia característica menor.

• Ex.: _{Elemento -} _{Energia característica}

Tungstênio ( W ) 75keV Molibdênio ( Mo ) 25keV

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Resumo

Raios X Frenagem

• Ocorre em maior proporção que o raios x característicos. •A energia da onda eletromagnética será maior

quanto maior for o nº atômico do elemento utilizado. • A energia de seu fóton será diretamente proporcional

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mA x kV no Tubo

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Rela

ç

_ç

ão mAs x kV

_{ão mAs x kV}

λ₁ λ₂ Intensidade relativ a ( I0 / I1 ) Comprimento de onda Observar T1 = T2 f = 1/λ E_f = hf λ₁>> λ 2 f₂ >>> f₁ f₁ f₂ 25 mA / 50 kV 50 mA / 50 kV 50 mA / 70 kV T1 T2

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Tubo de raios

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Tubo de raios

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Tubo de raios

-

_-

X

_X

Filamento

- 1 a 2 cm comprimento

- função de emitir elétrons pelo efeito termoiônico - Tungstênio (W): alto ponto de fusão (durabilidade)

- com 1 - 2 % de Tório Foco Fino menor menos elétrons Foco Grosso maior mais elétrons

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Características dos Raios X

•Não sofrem desvios em sua trajetória por ação

de campos elétricos ou magnéticos

• Atravessam corpos opacos

• Perdem energia na proporção direta ao Z do

elemento com o qual interage

• Causam fluorescência em certas substâncias

químicas.

• Diminuem de intensidade diretamente proporcional

ao quadrado da distância por ele percorrida

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Conclusão

mA - responsável pela quantidade de elétrons, produzido no catodo e direcionados ao Anodo, logo responsável pela quantidade de fotons de raios x produzido. ( enegrecimento radiográfico).

kV - responsável pela força de atração dos

elétrons, produzido no catodo, em direção ao anodo,logo responsável pela qualidade dos fotons ( intensidade de energia - contraste radiográfico- grau de cinza).

A quantidade de eventos de raios x característico ou frenagem, está diretamente ligado ao material utilizado no anodo e a DDP aplicada na produção.

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•Processo de interação da radiação com a matéria.

•Ao incidir sobre o objeto, o fóton de raios x interage de 2 formas:

• Interação por Efeito Fotoelétrico.

•Transmissão total da energia do fóton para o tecido com o qual interagiu.

• Interação por Efeito Compton.

•É a energia resultante da interação do fóton incidente com o elétron do orbital.

•Ocorre com maior freqüência nas camadas orbitais mais externas dos átomos.

•O fóton resultante toma uma direção diferente da inicial, resultando em fóton disperso ( radiação espalhada ).

Interação da Radiação com a Matéria

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EFEITO FOTOELÉTRICO

Interação entre um fóton de raiosInteração entre um fóton de raios--X incidente X incidente e um elétron ligado a um átomo do

e um elétron ligado a um átomo do

absorvedor. O fóton transfere toda a sua

energia ao elétron;

A A EcinéticaEcinética do fotoelétron = E fóton incidente do fotoelétron = E fóton incidente

-- E ligação do elétronE ligação do elétron

A probabilidade do efeito fotoelétrico A probabilidade do efeito fotoelétrico

aumenta com a diminuição da energia do

fóton incidente

Os fotoelétrons e os raiosOs fotoelétrons e os raios--X característicos X característicos emitidos são totalmente absorvidos

emitidos são totalmente absorvidos

localmente.

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EFEITO FOTOELÉTRICO

Fóton incidente Fóton incidente Fotoelétron Fotoelétron _E c=hv-Eb

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ESPALHAMENTO COMPTON

Interação entre o fóton de raiosInteração entre o fóton de raios--X e o elétron X e o elétron livre (ou fracamente ligado)

livre (ou fracamente ligado)

Elétron é ejetado e o fóton é espalhado com Elétron é ejetado e o fóton é espalhado com uma energia = E fóton incidente

uma energia = E fóton incidente -- E adquirida E adquirida pelo elétron.

pelo elétron.

O fóton espalhado se move numa direção O fóton espalhado se move numa direção diferente da inicial.

diferente da inicial.

Probabilidade de interação Compton: Probabilidade de interação Compton:

aumenta com o aumento da energia do fóton

incidente e não depende de Z

A radiação espalhada irá reduzir o contraste e A radiação espalhada irá reduzir o contraste e a qualidade da imagem

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ESPALHAMENTO COMPTON

Fóton incidente Fóton incidente Fóton espalhado Fóton espalhado Elétron Compton Elétron Compton Ein Ee Ef Ein = Ee + Ef

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0.01 0.1 1.0 10.0 100.0

Energia do Fóton (MeV)

100 80 60 40 20 N ú m er o A tô m ic o Produção de pares Efeito Fotoelétrico Efeito Compton

Importância Relativa

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µ

x

I = I ە. e

- µX

Iە = feixe incidente I = feixe resultante

e = constante esponencial

µ = Coeficiente de atenuação linear do objeto

x = espessura do objeto

Formação da Imagem Radiográfica

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OSSO

Fígado

Estomago

Ar

•O fóton incidente transfere parte de

sua energia para o objeto.

• Esta energia é diretamente

proporcional há: espessura , densidade e número atômico do objeto.

• O grau de escala de

enegrecimento do

filme, será diretamente

proporcional a Intensidade do feixe resultante que irá

Interagir com o filme radiográfico ou outros receptores.