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Leituras de Física

RAIOS X


Os exames de raios X são usados para diagnosticar fraturas e doenças, mas também podem ser aplicados a materiais. Eles são usados no tratamento de câncer e no estudo das estruturas de cristais.
Os raios X são ondas eletromagnéticas de alta freqüência produzidas em tubos de vácuo, nos quais um feixe de elétrons é submetido a uma rápida desaceleração ao colidir contra um alvo metálico.
Os raios X foram descobertos acidentalmente em 1895 pelo físico alemão Wilhelm Roentgen, enquanto estudava um fenômeno de luminescência. Roentgen usou a denominação raios X por não conhecer a natureza das radiações que havia descoberto. Hoje, sabe-se que os raios X são uma radiação eletromagnética com comprimentos de onda entre 0,001 e 10 nanômetros, consideravelmente menor, portanto que o comprimento de onda da luz - que mede cerca de 500 nanômetros.

A produção de raios X
Quando uma partícula se move no vácuo, com ausência de força, sua energia se conserva. Se, porém, ela se choca com um obstáculo, ou é freada, parte de sua energia se transforma em radiações eletromagnéticas, mais precisamente em um fóton de radiação. O comprimento de onda da radiação emitida depende da quantidade de energia perdida pela partícula. Quanto maior essa energia, maior a freqüência da radiação emitida (e menor, portanto, seu comprimento de onda).
Um elétron livre, movendo-se no espaço, ao ser acelerado por um canhão eletrônico ou outro tipo de acelerador, pode assumir qualquer valor de energia cinética. Inversamente, pode perder uma quantidade de energia ao sofrer um frenamento. Por isso, pode emitir raios X dotados de qualquer valor de freqüência. Freiando diversos elétrons, todos dotados de energias diferentes (o que se consegue muito simplesmente mediante o choque com um sólido), obtém-se uma radiação X que contêm todos os comprimentos de onda. Ela é denominada radiação contínua.

Pode-se imaginar que os elétrons de um átomo giraram em torno do núcleo em diversas órbitas circulares. Os elétrons cujas órbitas estão mais próximas ao núcleo são ligados mais fortemente a ele. Retirando um desses elétrons, o átomo fica instável e, rapidamente, outro elétron, que anteriormente estava livre ou situado em uma órbita mais externa, toma seu lugar. Nesse processo libera-se energia, que é emitida pelo átomo sob forma de radiação X. A freqüência dessa radiação depende da estrutura atômica e da posição de onde provinha o elétron livre ou ligado que efetuou a troca.

Átomos iguais emitem raios X de mesmo comprimento de onda quando o elétron próximo ao núcleo é extraído. As radiações emitidas possuem comprimentos de onda bem definidos, e não em toda a faixa, como é o caso da radiação de frenamento. Observa-se então que o espectro de emissão da radiação característica dos átomos é composto de diversas radiações distintas, de comprimentos de onda bem definidos, em contraposição ao espectro de radiação de frenamento, que é um espectro contínuo.


O tubo de raios X
A figura acima mostra a estrutura de um tubo de raios X e a blindagem dentro da qual é montado. O feixe de elétrons é produzido pelo aquecimento de um filamento por meio da passagem de uma corrente elétrica, filamento esse colocado no cátodo (eletrodo negativo). Acelerados por um campo elétrico em direção ao ânodo (eletrodo positivo), os elétrons vão se chocar contra um alvo de tungstênio (inserido no ânodo, que é de cobre). No choque, cerca de 1% do feixe de elétrons transforma-se em radiação X, que escapa do tubo através de uma janela. Os 99% restantes convertem-se em calor, motivo que explica o sistema de resfriamento a água de que é dotado o cátodo.
A intensidade da radiação X depende da intensidade da corrente que passa pelo filamento, enquanto o comprimento de onda é inversamente proporcional à diferença de potencial existente entre cátodo e ânodo. Esta característica é importante, uma vez que quanto menor é o comprimento de onda, maior é o poder de penetração dos raios X.

Aplicações dos raios X
Os raios X têm a propriedade de atravessar, com certa facilidade, os materiais de baixa densidade, como a carne de uma pessoa, e de ser mais absorvidos por materiais de densidade mais elevada, como os ossos do corpo humano, que contém cálcio (material de alta densidade).
Em virtude desta propriedade, logo após a sua descoberta os raios X passaram a ser amplamente usados para se obter radiografias. Somente os raios que ultrapassam o corpo alcançam a chapa fotográfica e a impressionam. Obtém-se, desse modo, uma imagem na qual as "sombras" correspondem aos ossos.

Os raios X têm grande uso na vida moderna. Além do seu emprego nas radiografias, seu poder de penetração é muito útil também na verificação da qualidade e localização de defeitos estruturais em peças e materiais. Os inspetores de alfândega usam os raios X para examinar embrulhos. Os objetos densos, contidos no embrulho, absorverão mais raios X que os objetos menos densos; o que permite localizar armas ou objetos metálicos.
Os raios X são usados ainda no tratamento do câncer, tomografia computadorizada, no estudo da estrutura cristalina da matéria, inclusive a do DNA, na industria e em quase todos os campos da ciência e da tecnologia.
Algumas fontes extremamente quentes, tais como algumas estrelas, podem emitir raios X naturalmente, aqueles que alcançam a Terra geralmente são absorvidos pela atmosfera. 

Como podemos detectar os raios X?
Os raios X são invisíveis mas podemos detectá-los de três maneiras: Primeiro, eles ionizam o ar e outros gases; por conseguinte, podemos usar um detetor. Segundo, enegrecem os filmes fotográficos, do mesmo modo que a luz. Terceiro, eles fazem alguns materiais fluorescer, isto é, emitir luz.

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