Síntese da Matéria de Física Aplicada do 1º Semestre

FUNDAÇÃO LUSÍADA – UNILUS
CURSO DE TECNOLOGIA EM RADIOLOGIA
ANDRÉ LUIZ SILVA DE JESUS
SÍNTESE DA MATÉRIA DE FÍSICA APLICADA DO 1º SEMESTRE
SANTOS
2012
Matéria, Energias e Interações
Para a produção dos raios x e da imagem radiográfica são necessárias várias etapas. E para a
compreensão delas é preciso ter o conhecimento básico sobre a matéria, energias e interações.
Matéria
É tudo aquilo que possui forma, dimensão e
ocupa lugar no espaço, cuja sua menor parte é o
átomo, que por sua vez é dividido em núcleo e
eletrosfera. No núcleo temos dois tipos de partículas,
fortemente ligadas, os prótons, com carga elétrica
positiva (p+) e os nêutrons (n0), que como o nome já
diz, é neutro, não possuindo carga, apenas massa. Na
eletrosfera estão presentes os elétrons, que possuem
carga negativa (e-) e orbitam o núcleo em 7 camadas
Figura 1 - Representação do átomo
denominadas, da mais próxima para a mais afastada
pelas as letras “k”, “l”, “m”, “n”, “o”, “p” e “q” e cada
camada suportando um número específico de e-.
Na natureza tudo tende a ser estável, e com o átomo não é diferente. Para isso, ele precisa
ter sempre o mesmo número de p+ e e-.
Energias
Energia (E) é a capacidade de realizar trabalho. Ela está presente na Física Radiológica de
diversas formas descritas abaixo:
Energia cinética (Ec): energia de movimento;
Energia térmica (Et): radiação infravermelha (R-Iv)/ calor;
Energia de ligação (El): energia que a camada exerce sobre o e- para que ele fique onde está.
Ela é mais forte na camada mais próxima do núcleo e diminui quando se afasta dele;
Energia potencial elétrica (Epe): energia que através de um campo elétrico oferece ainda
mais Ec para o e- que estiver nele;
Energia radiante (Er): energia que se propaga em forma de onda.
O agente responsável pela transferência dessas energias é o e-.
Interações
Interação é a ação entre dois corpos direta ou indiretamente. Neste caso, as interações que
interessam à Física Radiológica são do e- com a matéria. Três são os tipos de interação:

Excitação: quando um e- externo com determinada Ec interage com um e- orbital e este
absorve sua E que é suficiente apenas para mudar para uma camada superior à sua,
causando uma instabilidade atômica. Então, para o átomo se estabilizar, esse e- volta para
sua camada de origem, liberando seu excedente de E em forma de R-Iv, que por sua vez é Et,
ou seja, calor.

Ionização: quando um e- externo com determinada Ec interage com um e- orbital e este
absorve sua E que é suficiente para expulsá-lo do átomo, causando também uma
instabilidade atômica. Quando isso ocorre, o e- da camada superior muda para a camada
inferior, liberando seu excedente de E em forma de Radiação característica (Rc), e isso
sucessivamente até que o e- da última camada (também chamada de “camada de valência”)
mude para a camada inferior e o átomo capture um e- livre que esteja passando perto dele,
alcançando assim a estabilidade.
As E capazes de excitar e ionizar o átomo são: Ec, Et, Epe e Er.

Raio X: quando um e- externo com determinada Ec suficiente para atravessar toda a
eletrosfera e interage com o núcleo atômico. Nessa interação o e- é freado e libera sua perda
de Ec em forma de Raio X, que é uma Er e sua menor parte é o fóton. Possui as propriedades
de excitar, ionizar e penetrar com as características de I e E.
Campos de Força
Um campo de força é uma área delimitada onde atuam forças. Em Física Radiológica dois são
utilizados: o Campo Elétrico (CE) e o Campo Magnético (CM). A diferença entre eles está no seu
arranjo estrutural e comportamento das partículas.

CE: Sua estrutura é formada por duas placas paralelas, uma contendo cargas estáticas
negativas e outra com cargas positivas. O CE é formado entre essas duas placas (gerando
uma diferença de potencial medida em volts – V), que aumenta ou diminui de intensidade de
acordo com o aumento ou diminuição da quantidade de cargas nas placas. A E formada por
esse campo é a Epe.

CM: Sua estrutura é formada por uma haste de ferro envolta por um fio de cobre. O
movimento dos e- através de uma corrente elétrica (medida em ampère – A) passará pelo fio
induzindo o CM na liga metálica.
Na Física Radiológica as unidades de elétricas utilizadas são mA (miliampère 10-3) e kV (kilovolts
103).
Ampola de Raios X
Para a formação eficiente de raios x é
necessário um dispositivo capaz de oferecer as
condições ideais para tal. Esse dispositivo é
chamado de ampola ou tubo de raios x.
Figura 2 - Ampola de raios x
Componentes da ampola
Os componentes da ampola devem ter características e propriedades específicas para a
formação dos raios x com eficiência e alta durabilidade.

Tubo de vidro: é o envoltório que contém todos os outros componentes da ampola. É
necessário para que o ar seja retirado dentro dele (vácuo), e está envolto em uma camada de
óleo que permite seu resfriamento e depois por uma carcaça de chumbo, para evitar a fuga
de radiação.

Placas: são elas que formarão o CE dentro da ampola. O lado positivo recebe o nome de
anodo e o negativo de catodo. São elas que através da diferença de potencial (kV) fornecerão
Epe (Ec) aos e- que foram liberados pelo próximo componente.

Filamento: local onde ocorre as interações (excitações e ionizações) da corrente elétrica
(mA) com a matéria do filamento para a produção de e- livres. Sua carga é nula. Ele deve
possuir algumas propriedades com determinadas características: Ser um ótimo emissor
termoiônico para liberar muitos e- com pouco calor, precisa ter alto ponto de fusão para
suportar altas temperaturas e ter baixa resistividade para a produção de calor com pouca
corrente.

Capa focalizadora (-): componente responsável pelo direcionamento dos e- liberados pelo
filamento até o alvo. Caso não existisse esse componente dentro da ampola, a formação
eficiente de raios x estaria muito reduzida.

Alvo (+): local onde alguns e- que foram liberados pelo filamento e direcionados pela capa
focalizadora, irão interagir com sua matéria, gerando de excitações, ionizações e raios x.
O vácuo dentro da ampola é necessário para que os e- liberados pelo filamento não interajam com
moléculas de ar até chegarem ao alvo, aumentando assim, a probabilidade de formação de raios x.
kV, mA e mAs
No processo de formação dos raios x, é preciso aplicar fatores elétricos para o controle de
sua produção. Esses fatores são o kV, mA e mAs.
kV (tensão do tubo)
Responsável pela diferença de potencial, ou seja, a tensão aplicada entre as placas, a
voltagem que é fornecida pela rede elétrica é ampliada 1.000 vezes pelo transformador, chegando à
ampola, portanto em forma de kV. Quando é variado, as cargas presentes nas placas também são,
variando a Epe, e consequentemente a Ec fornecida aos e- livres produzidos pelo filamento. Por isso,
ele é responsável direta e proporcionalmente pela E do feixe de raios x. Quando aumentado, o kV
aumenta a probabilidade que mais e- tenham Ec suficiente para interagir com a matéria do alvo,
formando os raios x. Outro efeito causado pelo kV é o aumento na quantidade de e- liberados pelo
filamento, fornecendo a Ec necessária para que os e- que estejam na camada de valência se libertem
do átomo, aumentando consequentemente, dependendo do aumento empregado, maior
quantidade de interações com o alvo e maior probabilidade de formação de raios x, aumentando
assim, além da E (qualidade) a I (quantidade) do feixe de raios x. Ainda no filamento, o kV também é
responsável pelo aumento na quantidade de excitações, aumentando assim o calor gerado pelo
mesmo.
O kV é diretamente proporcional à E e I do feixe de raios x.
mA (corrente elétrica do filamento)
O mA representa a corrente elétrica que passa pelo filamento. Fornecida em forma de A pela
rede elétrica, ao passar pelo transformador a corrente é diminuída em 1.000 vezes. Quando é
variado, também variamos a quantidade de corrente que passa pelo filamento, aumentando ou
diminuindo a quantidade de interações, ou seja, excitações e ionizações, dessa corrente elétrica com
o filamento, variando, portanto, a quantidade de e- livres que podem interagir com o alvo para a
formação de raios x.
O mA é diretamente proporcional à I do feixe de raios x.
mAs (corrente de tubo)
O mAs é o produto do tempo (s) multiplicado pelo mA. É referente à corrente que eletrônica
que sai do filamento em direção ao alvo em uma determinada unidade de tempo. Ele, portanto,
determina a dose que o paciente irá receber, ou seja, qual será a I por s que os e - terão para interagir
com o alvo, aumentando a probabilidade de todas elas ocorram no alvo.
O mAs é diretamente proporcional à dose recebida pelo paciente.
Interações dos raios x com a matéria
Depois da formação dos raios x através das
interações ocorridas entre os e- e a matéria do alvo na
ampola, eles são direcionados em direção ao paciente
com suas propriedades de excitar, ionizar e penetrar a
matéria com as características de E e I. No paciente
também ocorrerão interações, mais agora do fóton de
raios x com a matéria do paciente.
Figura 3 - Representação do Efeito Compton
Efeito Fotoelétrico (EFE)
Ocorre quando o fóton contém E suficiente para interagir com o e- orbital e sendo
totalmente absorvida por ele que é expulso do átomo, gerando ionização e emissão de Rc, não
havendo, portanto, nenhum espalhamento. Esse efeito predomina na faixa de E do fóton até 100
KeV. É responsável pela tonalidade branca (radiopaca) na radiografia.
Efeito Compton (EC)
Ocorre quando o fóton contém mais E do que presente no EFE, ou seja, com E suficiente para
interagir com o e-, tendo uma parte absorvida por ele e a outra parte sendo espalhada. Esse efeito
predomina na faixa de E do fotón entre 100 KeV e 10 MeV. É responsável pelas tonalidades de cinza
na radiografia.
Efeito Thompson (ET)
Ocorre quando o fóton contém mais E do que o presente no EC, ou seja, com E suficiente
para atravessar toda eletrosfera, interagindo com um e- orbital apenas o fazendo vibrar, sendo assim
seu espalhamento é total. É responsável pela tonalidade preta (radiotransparente) na radiografia.
Esse efeito predomina na faixa de E do fóton acima de 10 MeV, ocorrendo, portanto, a produção de
pares, ou seja um elétron com carga negativa (e-) e um pósitron, que é um elétron com carga positiva
(e+).