Aula 4.2 - Produção de Raios X

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Resumo da Malu – 2020.1 
Produção de Raios X 
→ Definição de Radiação X: 
• Radiação eletromagnética ionizante de alta frequência e 
energia, com alto poder de penetração 
• Utilizada para fins diagnósticos (obtenção de imagens) e 
terapêutico (radioterapia e radiocirurgia) 
 
→ Características desejáveis de uma fonte de Raios X: 
• Produzir raios X com intensidade suficiente em curto 
período de tempo 
• Permitir variação da energia do feixe 
• Fornecer raios X em uma forma reproduzível havendo um 
padrão para a reprodução 
• Possuir operação segura para o profissional e econômica 
 
→ Descoberta dos Raios X: 
• 8 de novembro de 1895 por Wilhelm C. Roentgen 
• Precursor: 
- Arthur Goodspeed 
- Tubos de Crookes ou Tubos de Raios Catódicos – fazia 
estudos sobre as características desses tubos 
- Roentgen percebeu que filmes os fotográficos ficavam 
enegrecidos quando colocados próximos a esses tubos 
 
→ Equipamentos de Radiografia Convencional: 
 
 
→ Equipamentos de Radiografia Digital: 
• Ao invés da presença de um filme radiológico a imagem é 
gerada diretamente no monitor de um computador 
 
 
 
→ Produção de Raios X: 
• Tubos de Raios X Convencionais: 
- Envoltório de vidro – é a ampola onde os componentes 
estão localizados dentro dele 
- Circuito do filamento – gera uma corrente elétrica que 
passa pelo filamento 
- Filamento catodo – recebe a corrente elétrica de um 
circuito, sendo aquecido pelo efeito joule, gerando uma 
carga elétrica espacial (formada ao aquecimento, onde 
os elétrons passam da sua banda de valência para sua 
banda de condução, formando essa carga elétrica) 
- Feixe de elétrons – terão origem através da formação da 
carga elétrica espacial emitida pelo filamento catodo, a 
partir da aplicação de uma diferença de potencial (DDP) 
entre o anodo e o filamento catodo. Pode ser chamado 
de raios catódicos ou corrente de tubo 
- Anodo de tungstênio – Os feixes de elétrons são emitidos 
a partir do filamento em direção ao anodo. E os elétrons 
vão interagir com os átomos do anodo por colisão ou por 
emissão de radiação (funcionam como partículas beta 
negativas interagindo com a matéria). Há produção do 
raio X característico e o de frenagem (bremmsstrahlung) 
- Motor – atrelado ao anodo. Ele promove a rotação do 
anodo de tungstênio, para que não ocorra derretimento 
daquele ponto 
 
• Tubos de Raios X de anodo giratório: ampolas 
 
Fatores que Interferem na Produção 
do Raio X 
→ Voltagem do Tubo: 
• DDP entre anodo e catodo: 
- Responsável por atrair os elétrons do filamento catodo 
para o anodo a partir de um campo elétrico formando 
um feixe de raios catódicos (corrente do tubo) 
- Interfere na qualidade da radiação X produzida 
- ↑ DDP = ↑ quant. e- atraídos = ↑ intensidade e energia 
- Intensidade do feixe e energia dos fótons 
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• DDP constante: 
- Utilizam-se equipamentos para manter a DDP constante 
- Gera maior eficiência de produção de raios X 
• Quanto maior a espessura da peça, maior será a energia 
necessária para gerar essa imagem de raio X 
• A DDP será ajustada pelo radiologista de acordo com a 
espessura do objeto a ser radiografado 
 
♥ if (corrente do filamento) – aquece o filamento e forma 
a carga elétrica espacial 
♥ it (corrente do tubo) 
 
→ Relação entre corrente do filamento e corrente do tubo: 
 
 
 
• Quando maior a corrente do tudo, mais fótons de raio X 
serão produzidos 
• Há 2 modos de operação (parâmetros) que são ajustados 
pelo radiologista: 
» Emissão limitada pelo filamento: 
- Depende da temperatura do filamento catodo 
- A corrente do filamento será aumentada se deseja um 
feixe mais intenso para radiografar uma peça maior e 
mais espessa 
» Emissão limitada pela carga espacial: 
- Depende da voltagem do tubo 
- Aumenta-se a DDP para aumentar a energia dos fótons, 
aumentando sua penetração 
 
→ Espectro de Emissão: 
• Fatores que determinam a energia dos fótons de um feixe 
de raios X: 
- Variação da emissão de raios X de bremsstrahlung – 
emitidos devido a interação dos elétrons do feixe de 
elétrons com o núcleo dos átomos do anodo por emissão 
de radiação 
- Raio X característico – produto da interação dos elétrons 
do feixe de raios catódicos pelo fenômeno de interação 
por colisão 
- Variação da energia dos raios catódicos devido a 
variação da voltagem (DDP) 
- Variação da profundidade no anodo onde os raios X são 
produzidos – sendo produzidos mais externamente ou 
internamente no anodo influenciando na qualidade 
desse raio X emitido 
 
 
→ Corrente do tubo X voltagem do tubo: 
• ↑ corrente do tubo = ↑ intensidade do feixe de elétrons = 
↑ intensidade e a produção dos fótons de raio X 
• ↑ voltagem do tubo = ↑ intensidade da corrente do tubo 
 
→ Filtragem: 
• A ampola do raio X fica contida dentro de um envoltório 
de chumbo, e é deixado uma janela para direcionar a 
radiação X 
• Nessa janela são colocados filtros metálicos para absorver 
os fótons de raios X de menor energia que não são capazes 
de atravessar o objeto que está sendo radiografado, não 
gerando a imagem 
• Probabilidade de interação por efeito fotoelétrico: 
- ↑ E do fóton = ↓ interação por efeito fotoelétrico 
 
• A filtragem adicional promove endurecimento dos feixes de 
raio X (absorção dos fótons de menor energia que não 
contribuem para a imagem) reduzindo a dose da radiação 
X absorvida pelo paciente 
 
→ Relação entre Voltagem do Tubo e o Espectro de Emissão: 
• O aumento da voltagem, aumenta a eficiência da emissão 
por bremmsstrahlung, aumento a quantidade de fótons de 
raio X produzidos, aumentando a altura do espectro de 
emissão 
• Tabela 1: Filtragem inerente em tubo de raio X diagnóstico 
 
→ Espectro de Emissão com diferentes espessuras de filtragem 
de alumínio: 
• ↑ espessura = ↓ espectro = ↓ fótons escapam do tudo 
• Esse espectro é aferido pelo feixe que saiu do equipamento 
do raio X 
E – energia 
↑ ↑ ↑ ↑ 
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• A energia do fóton se desloca para a direita, logo, 
observa-se fótons de maior energia para filtragens mais 
intensas 
• Os picos são referentes aos raios X característicos emitidos 
• Esses fótons de diferentes energias são os fótons de raios 
X de frenagem (bremmsstrahlung) 
 
→ Influência da voltagem no espectro de emissão: 
• ↑ voltagem = ↓ comprimento de onda dos fótons = ↑ E 
 
 
 
→ Espectro de emissão em diferentes voltagens: 
• ↑ voltagem aplicada entre o anodo e o catodo = ↑ número 
de fótons produzidos 
 
 
 
→ Material do Anodo: 
• Eficiência de Produção de Raio X: 
- Razão entre a energia da radiação emitida e a energia 
depositada pelo feixe de elétron no alvo (anodo) 
 
• Taxa de energia depositada pelo feixe de elétrons 
(potência de deposição): 
 
 
• Taxa de emissão da radiação X (potência irradiada): 
 
 
• Eficiência de produção: 
 
• Raios X Característico: 
- Possuem origem na diferença de energia entre níveis de 
energia dos elétrons (saltos eletrônicos) 
- Isso ocorre por conta da retirada de um elétron orbital 
devido a um elétron incidente por colisão, deixando uma 
vacância e liberando um fóton de raio X característico 
 
• Energia máxima de um fóton num feixe de raios X: 
 
 
• Substituindo os valores e expressando Emáx em keV: 
 
• Tabela 2 – Eficiência de conversão da energia dos elétrons 
em raios X: 
- ↑ voltagem aplicada = ↑ energia do feixe de elétrons 
incidente que será convertida em raio X 
 
• Tabela 3 – Energia de ligação de elétrons: 
- ↑ externa a camada = ↓ energia de ligação 
 
→ Espectro de Emissão de Raios X – Influência do material do 
anodo: 
 
▪ V – voltagem do tubo 
▪ I – corrente do tubo 
▪ Z – número atômico do alvo 
 
▪ fmáx – frequência máxima 
▪ λmin – comprimento de onda mín▪ c – veloc. da lua no vácuo 
 (3 x 108 m/s)