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AULA DE FÍSICA DAS RADIAÇÕES

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Conteúdo: História dos raios X e da radioatividade; química, ampola de raios X, Kv, mAs, efeito anódico, produção de raios X, interação da radiação com a matéria.

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AULA DE FÍSICA DAS RADIAÇÕES

  1. 1. PROFESSOR: Magno Cavalheiro Faria PORQUE IMAGEM É TUDO!
  2. 2. ÁTOMO-NÚCLEO e ELÉTRONS P+ P+ P+ P+ P+ P+ - - - - - - - - - - - - - - - - - N N N N N
  3. 3. •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. • Demais camadas - Produz calor e luz. O núcleo do átomo é formado de 2 componentes básico: Os prótons, que portam carga elétrica positiva, e os nêutrons, que não contêm carga elétrica, sendo portanto neutros. Nêutrons e prótons são chamados conjuntamente de Nucléolos. •O número de massa (A) é equivalente à soma do número de prótons (P) e nêutrons (n). •O átomo pode perder elétrons, carregando-se positivamente, é chamado de íon positivo (cátion). •Ao receber elétrons, o átomo se toma negativo, sendo chamado íon negativo (ânion). •O deslocamento dos elétrons provoca uma corrente elétrica, que dá origem a todos os fenômenos relacionados à eletricidade e ao magnetismo.
  4. 4. O átomo
  5. 5. CONCEITOS FUNDAMENTAIS RELATIVOS AOS ÁTOMOS • Número Atômico ( Z ): É o numero de Prótons existentes no núcleo de um átomo. Z = P; - Num átomo normal o Número de Prótons é igual ao de elétrons. Z = P = E; • Número de Massa ( A ): É a soma do número de prótons ( Z ) e de nêutrons ( N ) existentes num átomo. A = Z + N.
  6. 6. P+ P+ P+ P+ P+ P+
  7. 7. P+ P+ P+ P+ P+ P+ N N N N N N
  8. 8. CAMADAS ELETRÔNICAS Mais energia
  9. 9. •n=1 K - Suporta 2 elétrons •n=2 L - Suporta 8 elétrons •n=3 M - Suporta 18 elétrons •n=4 N - Suporta 32 elétrons •n=5 O - Suporta 32 elétrons •n=6 P - Suporta 18 elétrons •n=7 Q - Suporta 2 elétrons (ultima camada, denominada camada de Valência)
  10. 10. O átomo
  11. 11. P+ ENERGIA DE LIGAÇÃO PARA FORMAÇÃO DE RX W Energia de ligação camada (k): 69,5 Kev
  12. 12. P+ C ENERGIA DE LIGAÇÃO PARA DANOS BIOLÓGICOS Energia de ligação camada (k): 0,28 Kev
  13. 13. ELEMENTO QUÍMICO XZ A C - + N
  14. 14. ISÓTOPOS, ISÓBAROS E ISÓTONOS • Isótopo (Radioisótopo) – mesmo nº de prótons e diferente nº de nêutrons. Ex: Iodo 123 125 131 I I I 53 70 53 72 53 78 • Isóbaro – mesma massa atômica • Isótono – mesmo nº de nêutrons
  15. 15. HISTORIA DA RADIOLOGIA
  16. 16. HISTORIA DA RADIOLOGIA Wilhelm Conrad Roëntgen (1845- 1923), em 8 de novembro de 1895 no seu laboratório em Wurzburg, trabalhando com os raios catódicos deu início a descoberta dos Raios X
  17. 17. Breve Histórico Em 1895, Wilhem Röntgen descobriu os raios-X, que eram úteis mas misteriosos.
  18. 18. No fim da tarde de 8 de novembro de 1895, quando todos haviam encerrado a jornada de trabalho, o físico alemão Wilhelm Conrad Roentgen (1845-1923) continuava no seu pequeno laboratório, sob os olhares atentos do seu servente. Enquanto Roentgen, naquela sala escura, se ocupava com a observação da condução de eletricidade através de um tubo de Crookes, o servente, em alto estado de excitação, chamou-lhe a atenção: "Professor, olhe a tela!".
  19. 19. A descoberta dos raios-x 8 de novembro 1895, o físico alemão Wilhelm C. Rontgen Estudava a condutividade dos gases
  20. 20. HISTORIA DA RADIOLOGIA
  21. 21. HISTORIA DA RADIOLOGIA
  22. 22. Breve Histórico A descoberta da radioatividade ocorreu, casualmente, por Henri Becquerel, em 1896, ao estudar as impressões feitas em papel fotográfico por sais de urânio, quando eram expostos à luz solar.
  23. 23. HISTORIA DA RADIOLOGIA Antoine Henri Becquerel 1852-1908
  24. 24. MARIE CURIE & PIERRE CURIE Marie 1867-1934 Pierre 1859-1906
  25. 25. HISTORIA DA RADIOLOGIA Pierre 1859-1906 Marie 1867-1934
  26. 26. Breve Histórico Os estudos do casal Pierre e Marie Curie, após a descoberta de Becquerel, levaram à descoberta do polônio e do rádio, sendo este muito mais ativo que o urânio.
  27. 27. RADIOATIVIDADE É a capacidade que alguns elementos fisicamente instáveis possuem de emitir energia sob forma de partículas ou radiação eletromagnética.
  28. 28. Breve Histórico Entre 1898 e 1900, Ernest Rutherford e Paul Villard descobriram que a emissão radioativa pode ser de 3 tipos.
  29. 29. DESCOBERTA DAS PARTÍCULAS Minério: Pechblenda da Boêmia (era composta por Urânio, Bismuto, Bário e Chumbo e Polônio e rádio).
  30. 30. Radiação Carga Poder de penetração Poder de ionização alfa +2 baixo alto beta -1 moderado moderado gama nula alto (superior a 15cm no aço) quase nulo
  31. 31. Fontes radioativas Papel Alumínio Chumbo Concreto Barrando a radiação Arte – W.A.S    n
  32. 32. -Alfa (α) É uma partícula positiva e têm o maior comprimento de onda em relação às outras. Podendo assim ser freada por uma simples folha de papel. As partículas alfa apresentam grande poder de ionização nos materiais, por isso, podem provocar sérios danos aos tecidos dos organismos vivos. No entanto, seu poder de penetração na matéria é inferior aos outros tipos de radiação, ou seja, é muito ionizante, porém pouco penetrante.
  33. 33. -Beta (β) É uma partícula negativa que possui um comprimento de ondas intermediário. A partícula beta, por apresentar carga elétrica, será desviada por campos elétricos e magnéticos. Este tipo de radiação em comparação com a radiação alfa é mais penetrante na matéria, porém menos ionizantes. Obs. A partícula (α) e (β) são consideradas radiações corpusculares.
  34. 34. -Gama (γ) São partículas eletromagnéticas que possui o menor comprimento de ondas entre elas e em relação aos raios-X é a mais penetrante. Produzidas pela liberação do excesso de energia por um núcleo instável ou por processos subatômicos como a aniquilações de um par pósitron-elétron. A radiação gama é muito utilizada nos exames da medicina nuclear, na irradiação de alimentos, na esterilização de equipamentos médicos e no controle de qualidade de produtos industriais.
  35. 35. -É transmitida por meio de ondas eletromagnéticas. -Ondas são perturbações que propagam energia podem ser mecânicas ou eletromagnéticas. -VER PHeT FÍSICA ANIMAÇÕES
  36. 36. A Radiação Eletromagnética é classificada de acordo com a frequência da onda, que em ordem decrescente da duração da onda são: • Ondas de rádios, • Micro-ondas, • Radiação Infravermelha, • Luz visível, • Radiação Ultravioleta, • Raios-X • Radiação Gama.
  37. 37. O comprimento de onda ( ) é :  a distância entre cristas (ou cavados) sucessivos;  a freqüência de onda ( ) é o número de ondas completas (1 ciclo) que passa por um dado ponto por unidade de tempo (s). A relação entre  ,  e a velocidade C é: c =  
  38. 38. Comprimento de onda e poder de penetração são inversamente proporcionais. Quanto maior o comprimento de onda, menor o poder de penetração. Quanto menor o comprimento de onda, maior o poder de penetração. Comprimento de onda e frequência também são são inversamente proporcionais, bem como poder de penetração e poder de ionização.
  39. 39. Comprimento de onda Frequência λ F KV < KV >
  40. 40. A ampola de raios-x produz radiação ionizante, muito danosa aos seres humanos, tecidos e órgão seja que qualquer espécie, portanto onde se produz toda essa energia capaz de ionizar uma matéria, deve ficar “isolado” e focalizado para a região ou estrutura de real interesse. Blindagem Janela
  41. 41. As ampolas de raios-x são feitas de vidro pyres ou de metal. Uma ampola de raios-x pode chegar a temperatura de 3410ºC, portanto precisa-se de um materal que suporte alta temperatura.
  42. 42. A ampola de raios-x mede de 30 a 50cm de comprimento e 20cm de diâmetro, podendo seu tamanho variar de tamanho dependo do fabricante e do tipo de tecnologia que a ampola utiliza. O tempo em que esta ampola foi fabricada também irá determinar o seu tamanho.
  43. 43. - RAIOS X + EFEITO JOULE - EFEITO EDISON - DDP - GERAÇÃO DE RAIOS X
  44. 44. + PRODUÇÃO DE FÓTONS DE RAIO X NO ANODO RAIOS X •Frenamento •Característicos
  45. 45. SISTEMA EMISSOR DE RAIO X • INTRODUÇÃO: - Denominado também cabeçote; - Constituído por ampola e cúpula; - A ampola e constituída por um vidro pirex, resistente ao calor, lacrado, e com vácuo em seu interior, onde encontramos o catodo e o anado.
  46. 46. SISTEMA EMISSOR DE RAIO X • CATODO: - É o responsável pela liberação dos elétrons; - É constituído por um ou dois filamentos de tungstênio ( sendo o maior relacionado ao foco grosso e o menor, ao foco fino ); - Se localiza no interior de um corpo raso denominado coletor eletrônico;
  47. 47. CATODO
  48. 48. CATODO
  49. 49. LOCALIZAÇÃO DO CATODO
  50. 50. CATODO
  51. 51. 58 Tubo de raios-X Capa Focalizadora:
  52. 52. 59 Tubo de raios-X Capa Focalizadora ou Cilindro de Welmelt: - Feita de Níquel; - Função: manter o feixe de elétrons focalizado no alvo; - Carregada negativamente.
  53. 53. 60 Tubo de raios-X Filamento - 1 a 2 cm de comprimento; - Função: emitir elétrons pelo efeito termoiônico; - Material: Tungstênio (W) - alto ponto de fusão (3422 0 C) - Durabilidade - Com 1 - 2 % de Tório Foco Fino Menor (menos elétrons) Foco Grosso maior (mais elétrons)
  54. 54. CAPA FOCALIZADORA
  55. 55. Anodo • É o eletrodo positivo. Constituído por um material eletricamente apropriado, em geral o tungstênio; • O tungstênio é eficiente na emissão de raios x devido ao seu elevado n° atômico; • O ponto de fusão do tungstênio é 3380 °C; • Acoplado ao cobre, de mesma condutividade térmica, obtendo uma rápida dissipação de calor.
  56. 56. anodo • O anodo pode ser fixo ou giratório, e esta classificação está diretamente relacionada com a mobilidade e potência do equipamento. • Aparelhos mais potentes e fixos, geralmente são constituídos de tubos com anodos giratórios, salvo em alguns casos.
  57. 57. • Devido ao movimento do anodo giratório, o calor gerado no interior do tubo tende a se dissipar melhor, por isso ele é mais utilizado em equipamentos com maior potência; • Este movimento giratório faz também com que o desgaste do anodo seja menor, evitando o problema conhecido como “Efeito lágrima”; • No anodo existe um ponto de impacto chamado de ponto focal ou alvo. No anodo giratório, esta se encontra na pista focal; • O componente que recebe indução magnética e gira o anodo é o rotor. anodo
  58. 58. anodo
  59. 59. 66 ANODO Função: a) Receber os elétrons emitidos pelo cátodo; b) Condutor elétrico; c) Suporte mecânico; d) Condutor térmico. Alvo: Área do anodo na qual os elétrons se chocam. Principal diferença entre os dois tipos de anodos (área)
  60. 60. SISTEMA EMISSOR DE RAIO X • ANODO: - É uma placa metálica de tungstênio ou molibdênio nos mamógrafos; - Possui uma angulação com o eixo do tubo; - Capaz de suportar altas temperaturas, ponto de fusão de aproximadamente 3410º C.
  61. 61. SISTEMA EMISSOR DE RAIO X • ANODO: Os pré - requisitos para o anodo são. - Alto ponto de fusão; - Alta taxa de dissipação de calor; - Alto número atômico: A eficiência na produção do Raio x e diretamente proporcional ao número de atômico dos átomos do alvo.
  62. 62. SISTEMA EMISSOR DE RAIO X • ANODO: Tipos de Anodo ( fixo e giratório ) ANODO FIXO - Em geral possui corpo de cobre e tungstênio; - Com o ponto de impacto dos elétrons chamado ponto focal.
  63. 63. SISTEMA EMISSOR DE RAIO X • ANODO GIRATÓRIO - Possui um diâmetro de 70 a 200 mm; - Fixo a um eixo de cobre ou molibdênio ou cobre; - O ponto de impacto dos elétrons é chamado de ponto focal.
  64. 64. ANADO FIXO
  65. 65. 72 Conforme diminui o ângulo do alvo, diminui também o ponto focal efetivo. A melhor qualidade radiográfica em função do efeito anódico. Anodo
  66. 66. PONTO FOCAL
  67. 67. Rotor • O rotor recebe indução magnética e gira o anodo a uma frequência aproximada de 3400 até 10.000rpm, podendo variar de acordo com a marca e o modelo.
  68. 68. CÁLCULO DO KV FÓRMULA: kV = 2 x E + K Onde: E = Espessura do paciente, medida com um aparelho chamado espessômetro. K = Constante do equipamento de RX que pode ser encontrada no manual do equipamento. KV = Poder de penetração na matéria. Energia do feixe de radiação.
  69. 69. CÁLCULO DO mAs FÓRMULA: mAs = mA x t Ex: mAs = 200 (mA) x 0,2 (tempo em segundos) mAs = 40 Onde: mA = miliamperagem ; t = tempo de exposição ; mAs = determina numero de elétrons que atingem o anodo.
  70. 70. Seleção do Feixe de Raios X mA
  71. 71. mA / Objeto densidades iguais e espessuras diferentes
  72. 72. FORMAÇÃO DOS RAIO X
  73. 73. FORMAÇÃO DOS RAIO X • Os Raio x tem origem no choque de elétrons acelerados, produzidos no catodo (polo - ), contra o alvo, anodo (polo +) em um local chamado ponto ou pista focal; • Produzindo 1% de radiação x e 99% de calor; • A penas 10% de toda radiação produzida é utilizada para o radiodiagnóstico. • O filamento do catodo é aquecido a uma temperatura de aproximadamente 2000º C;
  74. 74. + PRODUÇÃO DE FÓTONS DE RAIO X NO ANODO RAIOS X •Frenamento •Característicos
  75. 75. Física da Radiação PRODUÇÃO DA RADIAÇÃO DE FRENAMENTO NO ANODO
  76. 76. Física da Radiação PRODUÇÃO DA RADIAÇÃO DE FRENAMENTO NO ANODO
  77. 77. RADIAÇÃO DE FRENAMENTO (BREMSSTRAHLUNG)
  78. 78. RADIAÇÃO CARACTERÍSTICA • Este tipo de Radiação é menos freqüente na formação do raios x; • Resulta na colisão do elétron incidente e um elétron orbital do átomo do material do alvo; • O elétron orbital é ejetado de sua órbita, deixando um buraco em seu lugar;
  79. 79. Física da Radiação PRODUÇÃO DA RADIAÇÃO CARACTERÍSTICA NO ANODO
  80. 80. RADIAÇÃO CARACTERÍSTICA
  81. 81. + Lado do anodo Menor quantidade de fótons (menor energia penetrante) Lado do catodo Maior quantidade de fótons (mais energia penetrante) Física da Radiação EFEITO ANÓDIO 100% 80%120%
  82. 82. Física da Radiação EFEITO ANÓDIO NO EXAME RADIOGRÁFICO Catodo (-) Anodo(+) Menor quantidade de fótons Maior quantidade de fótons EXAME DA COLUNA DORSAL
  83. 83. Física da Radiação EFEITO ANÓDIO NO EXAME RADIOGRÁFICO Região do pescoço MENOR ESPESSURA Posicionada no lado catódico Região do abdome MAIOR ESPESSURA Posicionada do lado anódico Região do pescoço MENOR ESPESSURA Posicionada no lado anódico Região do pescoço MENOR ESPESSURA Posicionada no lado catódico Exame A Exame B
  84. 84. Catodo (-) Anodo (+) Menor quantidade de fótons Maior quantidade de fótons EXAME DA PERNA Física da Radiação EFEITO ANÓDIO NO EXAME RADIOGRÁFICO
  85. 85. INTERAÇÃO DO FEIXE DE RAIO X
  86. 86. ATENUAÇÃO DO FEIXE DE RAIO X FATORES QUE AFETAM A ATENUAÇÃO DO RAIO X 1. Espessura: Quanto mais espesso for o objeto irradiado, maior será a atenuação do feixe de radiação; 2. Densidade: Quanto mais denso for o objeto irradiado, maior será a atenuação do feixe de radiação; 3. Número Atômico: Quanto maior for o número atômico (Z) do objeto irradiado, maior será a atenuação do feixe de radiação.
  87. 87. Efeito Compton
  88. 88. Efeito Compton
  89. 89. ATENUAÇÃO DO FEIXE DE RAIO X EFEITO COMPTON
  90. 90. Efeito Fotoelétrico
  91. 91. Efeito Fotoelétrico
  92. 92. Efeito Fotoelétrico EFEITO FOTOELÉTRICO

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