Histórico dos raios x e física das radiações

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Histórico dos Raios X
O período de 1895 a 1897 foi marcado por grandes descobertas, como a dos raios X (Röntgen, 1895, na Alemanha), a da radioatividade (Becquerel, 1896, na França) e a do elétron (Thomson, 1897, na Inglaterra).
Em 8 de novembro de 1895, Röntgen, então com 50 anos, descobriu, enquanto trabalhava com raios catódicos, um novo tipo de radiação proveniente de um tubo de Crookes coberto por um cartão negro e excitado por bobinas de indução.
Seu laboratório de experimentos encontrava-se completamente escuro, e uma luz muito fraca apareceu, proveniente da tela de cianeto de bário. A fluorescência era visível até 2 m de distância; então, desconhecendo sua origem, denominou-a “raios X”, como é comumente encontrada nos textos sobre o assunto.
Com sua descoberta, Röntgen verificou que os raios X poderiam sensibilizar uma placa fotográfica. Assim, realizou diversos experimentos, explorando as diferentes capacidades de os materiais serem atravessados pelos raios. Ao obter tais radiografias, Röntgen foi pioneiro nas três principais áreas nas quais as imagens radiográficas seriam amplamente utilizadas. Inicialmente, uma fotografia radiográfica de sua caixa de madeira fechada, contendo uma bússola, mostrou nitidamente seu conteúdo, antecipando, assim, o sistema de funcionamento da aparelhagem de segurança de todos os aeroportos. Em outra experiência, tirou a radiografia de seu rifle de caça e observou uma pequena falha interna. 
Com isso, ele antecipou mais um dos usos atuais dos raios X: descobrir falhas internas em peças industriais. Em 22 de dezembro, cerca de 45 dias após a descoberta dos raios X, Röntgen fez uma radiografia da mão de sua esposa, expondo-a durante 15 minutos.
Os novos raios, que permitiam ver e tirar uma foto do interior de um corpo humano vivo, prometiam tornar-se um novo meio visual popular que desafiava os limites anteriores de visibilidade e invisibilidade. Somente depois que se tornaram conhecidos os efeitos nocivos da radiação sobre o organismo humano é que o seu uso se restringiu aos hospitais e às clínicas especializadas, inicialmente para fins diagnósticos e, posteriormente, também para fins terapêuticos no tratamento de neoplasias malignas.
Logo após a descoberta dos raios X, alguns médicos que haviam obtido radiografias de seus próprios crânios, simplesmente por curiosidade, observaram queda acentuada de cabelos, relacionando-a com a exposição aos raios X. Em fins de 1896, muita polêmica fora criada em relação aos efeitos nocivos da técnica, em decorrência de reportagens a respeito do surgimento de queimaduras na pele após a exposição. Então, Elihu Thomson expôs seu dedo mínimo esquerdo durante 30 min por dia a um feixe de raios X, usando uma distância entre o tubo e a pele menor que 3 cm. Após uma semana, ele começou a sentir dores e notou uma inflamação e subsequente formação de bolhas no dedo exposto. O pesquisador concluiu que a exposição aos raios X além de um determinado limite poderia causar danos sérios. Desde então, os cientistas perceberam a necessidade de estabelecer técnicas de medida da radiação e normas de proteção contra seus efeitos danosos.
Radiação X em odontologia
Relacionado com a odontologia, o uso dos raios X foi imediato, pois 14 dias após a descoberta, o Professor Friedrich Otto Walkhoff, da Universidade Braunschweig, na Alemanha, orientou o Prof. Giesel, da Universidade de Würzburg, a fazer uma radiografia de sua própria boca. Para tal, usou uma chapa fotográfica impermeável e a submeteu a uma exposição de 25 min, obtendo a primeira radiografia dentária da história.
Em abril de 1896, W. J. Morton, de Nova Iorque, fez a primeira radiografia dentária nos EUA.
Física das Radiações
Tudo o que existe na natureza é composto por átomos (termo originado do latim, que significa “não divisível”), partículas consideradas fundamentais e que não podem ser divididos por processos químicos. Em geral, um átomo é combinado com outro átomo ou com um grupo de átomos, e tais combinações se chamam moléculas.
Considerando o modelo atômico de Rutherford e Bohr, os átomos são constituídos por um núcleo contendo: prótons, partículas subatômicas de carga elétrica positiva; nêutrons, partículas subatômicas de carga elétrica neutra; e elétrons, partículas subatômicas de carga elétrica negativa, ao redor do núcleo.
Os nêutrons, descobertos por Chadwick, não têm carga elétrica e são portadores de massa; junto com os prótons, compõem o núcleo atômico. Partículas subatômicas foram descritas e são continuamente estudadas. O número de prótons, ou cargas positivas de um núcleo, é chamado de número atômico e é representado pelo símbolo “Z”. O número total de prótons e nêutrons é denominado massa atômica e designado pelo símbolo “A”.
Movimentando-se ao redor do núcleo em altas velocidades, em trajetórias esféricas ou elípticas, estão os elétrons, com carga elétrica de 4,8 × 10-10 statcoulomb. Dotados de níveis energéticos, eles ocupam determinadas camadas conhecidas como “orbitais” ou “bandas”, assim descritas para melhor representação. Tais orbitais conservam distâncias a partir do núcleo e são designadas por letras, não havendo elemento com mais de sete orbitais. Existe um número máximo de elétrons para cada órbita.
Eletrosfera. Número máximo de elétrons por orbital: K = 2; L = 8; M = 18, N = 32; O = 32; P = 18; Q = 2.
A força eletrostática de atração entre o núcleo, de carga positiva, e os elétrons, negativos, compensa a força centrífuga devido à velocidade destes. Assim, para que um elétron seja desalojado, é necessário que a sua energia de ligação com o núcleo seja superada. Essa energia é característica de cada camada, sendo também diferente para cada átomo. As camadas mais internas têm maior energia de ligação, pois é maior a força de atração exercida pelo núcleo. A camada de elétrons mais externa de um átomo é denominada “camada de valência” e é composta pelos elétrons de valência com menor energia de ligação com o átomo e mais sujeitos ao processo de ionização.
Ionização
Quando a radiação tem energia suficiente para remover um dos elétrons orbitais de átomos neutros, transformando-o em um par de íons, diz-se que ela é ionizante.
O número de elétrons em um átomo é igual ao número de prótons no núcleo; portanto, ele é eletricamente neutro. Assim, quando um átomo perde um elétron, perde também seu equilíbrio elétrico, tornando-se um íon positivo, enquanto o elétron livre passa a atuar como um íon negativo.
O processo de converter átomos em íons é chamado de ionização (Figura 2.4). Dentre os vários mecanismos possíveis para isso, deve-se ressaltar que elétrons podem ser removidos de átomos por aquecimento ou interação com fótons de raios X.
As ondas eletromagnéticas são constituídas de campos elétricos e magnéticos oscilantes (perpendiculares entre si) que se propagam no vácuo em velocidade constante, igual a 300.000 km/s, que é a velocidade da luz. São exemplos de ondas eletromagnéticas as de rádio, TV, micro-ondas, a infravermelha, a luz visível, a radiação ultravioleta, os raios X e os raios gama. Essas radiações diferem entre si pelo seu comprimento de onda e pela sua frequência.
A radiação eletromagnética é caracterizada pelo movimento de energia pelo espaço e não possui massa. Algumas das suas propriedades encontram explicação na teoria ondulatória, enquanto outras são esclarecidas pela teoria quântica.
Estomatologia 1
Pela teoria quântica, a transferência de energia das radiações eletromagnéticas não ocorre em forma de ondas, mas em pequenas “quantidades” de energia chamadas de fótons, as quais dependem do seu comprimento de onda. Assim, quanto menor o comprimento de onda, maior o quantum de energia e o seu poder de ionização (Figura 2.6). Sendo quantizada, a energia de uma onda eletromagnética só pode assumir valores discretos.
ULISSES CERQUEIRA SANTOS JUNIOR | ESCOLA BAHIANA DE MEDICINA E SAÚDE PÚBLICA
· Quanto maior o comprimento de onda: Menor a força para se tornar uma radiação ionizante, pouca penetração e menor efeito deletério.
· Quanto menor ocomprimento de onda: Mais força para se tornar uma radiação ionizante, muita penetração e maior efeito deletério.
Raios X
Os raios X apresentam diversas propriedades comuns ao espectro visível, dentre as quais:
· Caminham em linha reta
· Têm a velocidade da luz no vácuo (300.000 km/s)
· São divergentes
· Não são desviados pelos campos elétricos e magnéticos
· Podem sensibilizar chapas fotográficas
· Podem penetrar em corpos opacos
· Em condições normais, não sofrem refração e reflexão
· Produzem ionizações nos sistemas biológicos
· Produzem fluorescência.
Produção dos raios X
Os raios X são produzidos quando elétrons com alta energia cinética provenientes do filamento colidem com um alvo (ânodo) e perdem energia. Esses elétrons, então, devem ser acelerados e ganhar energia cinética, o que ocorre em razão da diferença de potencial (tensão) aplicada aos polos de um tubo de raios X. Como se trabalha com uma corrente alternada, os elétrons são acelerados por várias tensões, partindo do zero até a quilovoltagem-pico (kVp).
Os raios X podem ser produzidos por dois fenômenos, os quais são inferidos como todos os fenômenos da mecânica quântica. São eles: radiação Bremsstrahlung e radiação característica.
Radiação Bremsstrahlung
A radiação Bremsstrahlung é produzida quando os elétrons acelerados se aproximam dos núcleos atômicos do alvo, sofrendo a ação de forças coulombianas, e são desviados; nesse desvio, os elétrons têm uma desaceleração brusca e perdem suas energias, que correspondem aos fótons de raios X. O desvio dos elétrons, ou deflexão, é acompanhado de perda de energia cinética, a qual é transformada em radiação (Figura 2.7).
A energia dos fótons de raios X pode ter qualquer energia dos elétrons incidentes, que dependerão da diferença de potencial (ddp) aplicada aos eletrodos. A radiação Bremsstrahlung também é conhecida como raios X comuns ou radiação branca.
Radiação característica
Provém da interação de elétrons incidentes com elétrons orbitais dos átomos do alvo (tungstênio da área focal). Se na interação ocorrer a remoção de elétrons das camadas mais internas dos átomos do alvo, seu lugar será rapidamente preenchido por elétrons das camadas mais externas. Da transição dos elétrons das camadas externas para as internas, ocorre a produção de fótons de raios X, cujas energias representam exatamente as diferenças entre os níveis de energia dos elétrons orbitais. Uma vez que cada elemento tem níveis de energia específicos, a energia desse raio X característico é própria do material de que é feito o alvo.
A radiação característica é a menor porção emitida em um tubo de raios X (Figura 2.8). As duas formas de produção de raios X citadas anteriormente sobrepõem-se, havendo cerca de 10 a 28% de radiação característica no feixe útil, com tensões de 80 a 150 kVp.
Aula retirada de: 
FENYO-PEREIRA, Marlene. Série Fundamentos de Odontologia - Radiologia Odontológica e Imaginologia.