Física das Radiações

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Radiação é a energia que se move através
do espaço de um objeto para outro, onde é
absorvida;
As fontes de radiação são, geralmente,
substâncias ou equipamentos que
convertem outras formas de energia em
radiação particulada ou em radiação na
forma de fótons;
Fontes de radiação naturais e artificiais
Naturais
Raios cósmicos;
Materiais existentes no solo;
Vidro;
Cerâmicas;
Materiais de construção;
Água;
Alimentos;
Artificiais
Raios X (industrial, médico, odontológico,
aeroportos);
Fontes de Radioterapia;
“Fallout” dos testes atômicos;
Tipos de radiações
As radiações podem se originar do núcleo,
da eletrosfera ou quando uma radiação
interage com a eletrosfera;
Radiações nucleares
➢ Alfa;
➢ Beta;
➢ Gama;
➢ Nêutrons;
Radiações da eletrosfera
➢ Raios X;
Radiação Alfa
Dois prótons e dois nêutrons;
Baixo poder de penetração (não ultrapassa
a pele);
Não constitui perigo sério como fonte
externa de radiação;
Inalação ou ingestão de partículas é
perigosa;
Radiação beta
Beta menos = Elétrons;
Beta mais = Pósitrons;
Poder de penetração baixo (folha plástica
de 1 a 2cm);
Radiação gama
Fóton de energia;
Alto poder de penetração;
Surge durante uma transição do núcleo
após a emissão de uma partícula;
Raio X
Origem da interação da eletrosfera do
átomo;
Alto poder de penetração;
Não existem elementos radioativos nos
aparelhos;
Catodo elimina e, bate no anodo e do
anodo reproduz o raio x;
Produção dos raios X
Produzidos pela interação do feixe de
elétrons do cátodo com a eletrosfera do
ânodo;
Raios X característicos;
Raios X de frenagem;
Raios X característicos
Esse processo envolve uma colisão entre o
elétron incidente e um elétron orbital
ligado ao átomo no material do alvo;
O elétron incidente transfere energia
suficiente ao elétron orbital para que seja
ejetado de sua órbita deixando um
“buraco”;
Essa condição instável é imediatamente
corrigida com a passagem de um elétron
de uma órbita mais externa para este
buraco;
Essa passagem resulta em uma diminuição
da energia potencial do elétron e o excesso
de energia é emitido como raios x;
Esse processo de enchimento pode ocorrer
numa única onda eletromagnética emitida
ou em transições múltiplas (emissão de
vários raios x de menor energia);
Como os níveis de energia dos elétrons são
únicos para cada elemento, os raios X
decorrentes desse processo também são
únicos e, portanto, característicos de cada
elemento (material);
Daí o nome de raio x característico;
Raios X de frenagem
O processo envolve um elétron passando
próximo a um núcleo do material do alvo;
A atração entre o elétron carregado
negativamente e o núcleo positivo faz com
que o elétron seja desviado de sua
trajetória perdendo parte de sua energia;
Essa energia cinética perdida é emitida na
forma de raios X, é conhecido como
radiação de frenagem;
Dependendo da distância entre a trajetória
do elétron incidente e o núcleo, o elétron
pode perder parte ou até toda sua energia;
Isso faz com que os raios X de frenagem
tenham diferentes energias, desde valores
baixos até a energia máxima que é igual a
energia cinética do elétron incidente;
Por exemplo, um elétron com energia de
70 keV pode produzir raios X de frenagem
com energia entre 0 e 70 keV;
Ampola
Tubo de vidro hermeticamente fechado,
com vácuo;
Montada numa estrutura metálica;
Blindagem nas demais direções;
Remoção do calor por óleo entre a ampola
e a blindagem;
Gerador
A energia elétrica fornecida pelas
companhias distribuidoras não é adequada
para produção de raios X;
Funções do gerador
➢ Aumenta a voltagem da rede
elétrica (alto kV);
➢ Converter corrente alternada em
corrente contínua;
➢ Controla a quilovoltagem (kV);
➢ Controla a corrente do tubo (mA);
➢ Controla o tempo de exposição;
A quilovoltagem
Energia para produzir raios X - 25.000 a
120.000 V;
A energia de penetração do fóton na
matéria é determinada pela tensão entre o
cátodo e o ânodo;
Portanto, nenhum fóton tem energia maior
do que o elétron que o gerou;
A energia máxima de um feixe de raios X,
em kiloeletron-volts (keV) é
numericamente igual ao potencial máximo
aplicado ao tubo em quiloVolts (kV);
Miliamperagem (mA)
O seletor de mA faz com que mais
corrente elétrica passe no cátodo, gerando
mais calor por efeito Joule e elevando sua
temperatura;
Ocorrem mais emissões termoiônicas de
elétrons a partir do cátodo;
Aumenta a “chuva” de elétrons que cai a
partir do catodo sobre o ânodo e mais raios
X são gerados;
Tempo de exposição
Determinada pelo operador, que desliga
após o tempo estipulado;
Dispositivo AEC - Suspende a geração de
raios x quando o receptor recebe uma
quantidade de exposição pré-determinada
considerada ideal;
mAs (miliAmpère-segundo)
mA - Referente a corrente elétrica; o
número de cátodos que partem do cátodo
para o ânodo em cada segundo;
mAs - Número total de elétrons que saem
do cátodo para o ânodo;
De modo prático, utilizamos o mAs como
unidade no dia a dia para ajuste das
imagens;
Ajustar o quanto de radiação dependendo
da estrutura;
Colimador
Placas de alumínio que devem ser
instaladas para limitar o tamanho e a forma
do feixe útil de raios X atingindo o
paciente;
➢ Reduz a dose no paciente;
➢ Restringe volume de tecido
irradiado;
➢ Melhora controle da imagem;
➢ Reduz a radiação dispersa ou
espalhada;
Interação dos raios X com a matéria
Ao interagirem com a matéria, as
radiações transferem parte ou toda sua
energia para os átomos ou moléculas por
onde passam;
Excitação atômico-molecular
Pode produzir fóton de luz visível ou raios
X;
Fenômenos de fluorescência e
fosforescência;
Usado nas telas intensificadoras para
filmes radiográficos convencionais;
Os filmes são 100 vezes mais sensíveis à
luz do que aos raios X;
Pode produzir radiação espalhada pelo
espalhamento coerente;
Espalhamento coerente
Ocorre quando um fóton incidente muda
de direção sem perder energia;
Não resulta em qualquer deposição de
energia no paciente (dose), mas contribui
para a radiação espalhada;
Ionização
As radiações arrancam elétrons da
eletrosfera, ionizando os átomos-alvo;
Efeito fotoelétrico
O fóton transfere toda a sua energia
desaparecendo e fazendo surgir um
elétron;
Ocorre em baixas energias;
Se torna significativo quando o material
incidido é de número atômico elevado;
Maior contribuinte para a formação do
contraste radiográfico;
Espalhamento Compton
O fóton e o corpo geram um segundo fóton
com diferente energia e direção de
propagação, temos a radiação espalhada;
Essa radiação é gerada pela interação
Compton e carrega informações não
relacionadas com a anatomia do paciente e
adiciona densidades no filme que não tem
valor diagnóstico;
Como o resultado da radiação espalhada
observamos um escurecimento geral no
filme, o contraste radiográfico é
diminuído;
Produção de pares
Fótons com energia superior a 1022 keV
passam muito próximo a um átomo, sendo
que o fóton desaparece e dá origem a um
par elétron-pósitron;
Os raios x de uso médico não tem energia
suficiente para esse efeito;
Aniquilação
Os pósitrons, antipartículas dos elétrons,
são difíceis de encontrar na natureza;
Após curto período, se encontram com
elétrons e se aniquilam, dando origem a
dois fótons em sentidos opostos;
Tem aplicação na tomografia por emissão
de pósitrons (PET);