A descoberta dos raios-x

O descobrimento dos raios Roentgem

Os raios Roentgem, ou raios X, foram descobertos pelo professor Dr. Wilhelm Corand Roentgen, em 8 de novembro de 1895, em Wuerzburg (nascido em 27 de março de 1815 em Lennep; falecido em Munich, em 10 de fevereiro de 1923, e enterrado em Giessen).
O descobrimento dos raios roentgen baseou-se em experiências com ampolas de Hittorf e Crookes (luminiscência de platino-cianureto de bário), seguido de uma pesquisa sistemática.
Em Remsscheid-Lennep se encontra hoje o Museu de Roentgem.
Três foram às publicações de Roentgen dos raios X
1. um comunicado em 28 de dezembro de 1895 (aparecimento nos primeiros dias de janeiro de 1896);
2. um comunicado em 9 de março de 1896;
3. um comunicado em 10 de maio de 1897.

O primeiro trabalho apresentado por Roentgen oficialmente foi “Um novo tipo de radiação”, logo após a terceira reunião anual da Sociedade de Físicos em Medicina, em Wuerzburg.
Em 1901, Roentgem recebe o primeiro Prêmio Nobel de Física.

Os componentes de tubo de raios X

1. Uma fonte de elétrons.
2. Uma energia de aceleração dos elétrons.
3. Uma trajetória livre para os elétrons (vácuo).
4. Um dispositivo focalizador do feixe de elétrons.
5. Um corpo de frenagem (anodo).
Com relação à 1º A fonte de elétrons é o filamento (catodo) do tubo de raios X. O aquecimento do filamento é feito por um transformador especial de filamento.
Com relação a 2 ºA energia que fornece aceleração aos elétrons é dependente da tensão aplicada ao tubo de raios X (nos casos convencionais, 30 a 100 kV; em técnica de raios duros, 100 a 150 kV; em procedimentos especiais, até 200 kV).
Com relação à 3º A trajetória livre para os elétrons, na qual estes podem ser acelerados, como sendo o espaço praticamente sem ar (aproximadamente 10-5 a 10-6 mm de Hg), entre o catodo e o anodo (termo antigo; anticatono) no tubo de raios X.
Com relação à 4º O dispositivo acumulador de elétrons é um “coletor eletrônico” (cilindro de Wehnelt) que faz com que os elétrons não se dispersem, indo todos incidir sobre o foco térmico. Os elétrons refletidos da área focal (radiação extra-focal) irão produzir raios X ao se chocarem com outras partes do tubo ou na ampola de vidro. As influencias negativas dessas radiações são eliminadas, em certo tipo de tubos de raios X de anodo fixo, por uma cabeça captadora de elétrons.
Com relação ao 5º O corpo (anodo) que freia os elétrons é constituído:
a) em tubos de anodo fixo, de uma placa de metal tungstênio fundido em cobre;
b) em tubos de anodo giratório (PANTIX), de um prato de tungstênio (nos tubos BIANGULIX RAPID, de uma liga de tungstênio e rênio) sobre um eixo de molibdrênio. No final desse eixo encontra-se um rotor (induzido) de um motor que é acionado por um estado localizado dentro da cúpula do tubo de raios X.
O numero de rotação do anodo é aproximadamente de 3400 rpm nos tubos PANTIX, e de 10000 rpm nos tubos BIANGULIX RAPID, quando alimentados em 60 Hz.
O ponto de impacto dos elétrons sobre a placa de tungstênio se denomina “mancha focal” ou “foco” (nos tubos de anodo giratório).
Os tópicos 1,3,4 e 5 podem ser encontrados no tubo de raios X constando de :
a) uma ampola de vidro praticamente sem ar (tubo a vácuo);
b) um catodo incandescente com dispositivo acumular de elétrons;
c) um anodo (anticatodo) de cobre com uma placa fundida de tungstênio (em tubos de anodo fixo), ou com um prato de tungstênio ou liga de tungstênio-rênio (em tubos de anodo giratórios). O catodo e o anodo estão posicionados em um acerta distancia, soldados no corpo de vidro em posição axial oposta. O tópico 2 ´w atendido por uma fonte de alta-tensão (transformador), que eleva a tensão de rede (por exemplo 220 V), para até 30 a 125 k (em casos excepcionais até 200kV), como são utilizadas em radiodiagnóstico.
1. Um equipamento de radiodiagnóstico se compõe de dois elementos principais:
2. A parte geradora, que compreende o tubo de raios X e sua cúpula de proteção, a fonte de alta-tensão com seu comando, os elementos de controle, comutação e regulagem, sua conexão e cabos de alta-tensão.
3. O aparelho de radiodiagnóstico, que é o posto de trabalho para execução dos exames; sua construção é determinada pelo tipo de exame a executar.

O processo de geração dos raios X

1. O filamento, (catodo) do tubo de raios X é aquecido (até aproximadamente 2000º C), gerando assim elétrons (nuvem de elétrons ou carga espacial).
2. Ao se conectar a alta-tensão, os elétrons são atraídos em forma de feixe e acelerados acentualmente em direção ao anodo, com velocidades muitas elevadas (16500 km/s a 100 kmV), sobre o ponto focal (foco), se o anodo estiver positivo ( + ) e o catodo negativo ( - ).
3. No ponto focal os elétrons são desacelerados e sua alta energia de movimentos convertida em:
a) calor,
b) raios
O rendimento na geração de raios X é muito pequeno. Dependendo da alta-tensão aplicada ao tubo de raios X (kV), poderá se dar uma transformação de apenas 1% da energia em raios X. o restante é convertido em calor (nas perdas de calor o anodo fica incandescente). Do volume de raios produzidos (1%), apenas 10% podem ser aproveitados (radiação útil).
Em função da elevada formação de calor, o material de que é feito o ponto focal deve possuir altas temperaturas de evaporação e fusão. O metal tungstênio (número de ordem: 74) se apresenta bastante adequado para esse fim, pois possui um ponto defusão de aproximadamente 3400ºC. Por causa de seu alto número de ordem, torna-se altamente produtor de raios.
Nota: Quanto maior for o número de ordem do material que constitui o ponto focal, tanto maior será a quantidade de radiação produzida (dentro do grau de rendimento mencionado).
A alta produção de calor exige um resfriamento eficiente do anodo, para evitar a evaporação ou danificação (o metal se torna áspero) do material do ponto focal.
Esse resfriamento é feito:
em tubos de anodo fixo, por irradiação e condução;
em tubos de anodo giratório, por irradiação (produção de raios infravermelhos).
O calor é absorvido pelo óleo no interior da cápsula, ocorrendo, por isso, um aquecimento excessivo em radioscopias prolongadas ou em radiografias seriadas (séries rápidas, cinerradiografias, engiografias), podendo atingir aproximadamente 90ºC. Aconselha-se, às vezes, utilizar um sistema de ventilação, na cápsula, para acelerar a troca de calor.
Nos modernos geradores de radiodiagnóstico, todos os dados de carga para os tubos de raios X (kV, mAs ou mA, e tempo de exposição) são pré-calibrados na fábrica ou ajustados, pelos técnicos, no local (conforme as condições da rede local).
4. Os raios X se dispersam do ponto focal, em linha reta, para todas as direções.
Para o exame radiológico, são de interessa só os raios úteis, isto é, aqueles que saem da janela do tubo de raios X envolto pela cúpula blindada com chumbo. Os raios úteis perfazem apenas 1/10 de todas as radiações produzidas, conforme já visto. Apesar da forte blindagem da cúpula de raios X absorvendo toda radiação não útil, deve-se evitar a permanência prolongada perto da cúpula ou ao seu redor (máxima dose permissível: 100 mR/h a 1 m de distância)

A natureza e as propriedades dos raios X

1. O que são raios X?
O professor Roentgem qualificou os raios X como “oscilações etéras” (longitudinais). O professor Dr. Laure e seus companheiros W. Friedrich e P. Knipping, conseguiram demonstrar, através do aparecimento de esforços de flexão nos cristais, que os raios X possuem características semelhantes às ondas de raio, irradiações de calor, luz e ultravioleta, ou seja, as propriedades das ondas eletromagnéticas (transversais) de pequeno comprimento de onda (menos que 1/10000000cm = 10-8cm).

2. As propriedades dos raios X
a) Atravessam o corpo tanto maior quanto for à tensão no tubo (kV).
b) Ao atravessarem o corpo, são por ele absorvidos. Esta absorção é tanto maior quanto mais espesso ou denso for o corpo, e quanto mais elevado o número de ordenado elemento que compõe na “Tabela periódica dos elementos”
c) Em todos os corpos que atravessam, produzem radiações secundárias. Compõem-nas a radiação difusa, a radiação própria ou de elétrons. Na área do radiodiagnóstico só tem significação prática a radiação difusa. O enfraquecimento de um feixe de radiação, ao passar por um determinado corpo, é determinado por:
absorção (energia dos rios que permanecem no corpo),
difusão (desvio provocado pela estrutura atômica do objeto sobre parte do feixe de radiação), portanto, enfraquecimento = absorção + difusão.
A porcentagem radiação difusa é tanto maior quanto:
maior o volume do corpo atravessado,
menor a densidade da matéria irradiada,
mais duro à radiação utilizada, isto é, quanto maior a alta-tensão (kV) aplicada ao tubo.
A radiação difusa provoca redução no contraste das imagens radiológicas e exige a criação de proteção adequada.
d) Fazem florescer certos sais metálicos.
Écrans fluoroscópicos: sulfato de zinco-cádmio (por exemplo, écrans Helia).
Na moderna técnica da radioscopia, o intensificador de imagem substitua os écrans convencionais (vantagem entre outras: nenhuma adaptação ao escuro, melhor reconhecimento da imagem com pequena quantidade de dose).
e)Enegrecem emulsões fotográficas (emulsão de bromo e prata), isto é, a radiação X provoca, de forma latente, uma modificação dos grãos de bromo e prata, à primeira vista não perceptível pelo olho humano, mas somente após um processo químico (revelação: redução de bromo e da prata) na câmara de revelação. Deve-se evitar o uso do nome “câmara escura”, utilizando a denominação correta “câmera de revelação”.
f)Propagam-se em linha reta (do ponto focal) para todas as direções. Essa propriedade, também chamada “projeto central”, está sujeita a determinadas leis e fatos de importância na técnica radiográfica:a lei do quadrado da distância (a energia de radiação, medida a uma distancia igual ao dobro da distancia da fonte, é um quarto do valor original; medida a três vezes essa distância, é igual a um nove avos; a quatro vezes, um dezesseis avos; e assim pro diante), o dimensionamento correto e a definição da imagem, direção da projeção dos raios (com feixes oblíquo há distorção do objeto na reprodução).
g) Transformam gases em condutores elétricos (ionização).
Aplicação prática na medição radiográfica de doses: os dosímetros convencionais ou de diagnósticos (para medição do produto área x doses, em radioscopia ou radiografias), como, por exemplo, o dosímetro tipo PTW DIAMENTOR D; o exposimetro automático Siemens IONTOMAT.
h) Exercem um feito biológico
Aplicação prática: radioterapia.
Desse efeito observa-se a necessidade de adoção de medidas de proteção radiológica e normas de comportamento específicas

A produção da imagem radiológica

1. A radioscopia
Ao iniciar a radiação X sobre o écran radioscópio, este se ilumina tanto mais quanto mais o valor da corrente aplicada ao tubo, contanto que a tensão (kV) seja a mesma. Na variação da tensão (kV) aplicada ao tubo para dado valor decorrente, um aumento de tensão influi na razão diretamente proporcional sobre um aumento de luminosidade.
Se entre o tubo de raios X e a tela for colocado um corpo humano, este absorve parte da radiação X, em função de sua espessura variável, de sua densidade e de seu número de ordem. Os raios X, assim enfraquecidos, produzem, no écran radioscópico, diferentes intensidades luminosas conforme o grau de absorção desses raios, criando uma imagem do corpo através de um relevo de sombras radiológicas. Os ares mais escuros no écran radioscópicos são denominados “radio-opacas” e as mais claras “radiotransparentes”.
2. A radiografia
a)Ao iniciar a radiação X sobre uma emulsão fotográfica, esta é de tal maneira sensibilizada que, após um processo de revelação, mostra-se enegrecida, tanto mais intensamente quanto maior a concorrente aplicada ao tubo e quanto maior o tempo de exposição. Como estas duas variáveis atuam de igual forma sobre o enegrecimento da emulsão fotográfica, são classificadas segundo os seus miliampéres/segundo (mAs). É condição básica que a tensão (kV) no tubo permaneça constante. O valor de mAs é o produto entre a corrente do tubo (mAs) e o tempo de exposição (s), por esta razão, também o chamam de “produto mAs”.
Pode-se assim calcular facilmente, a partir de um valor de mAs conhecido, o tempo de exposição com certa corrente do tubo, ou, calcular um acorrente do tubo, conhecido o tempo de exposição: intensidade de corrente aplicada ao tubo (mA) x tempo de exposição = mAs.
valor de mAs = tempo de exposição
corrente do tubo

valor de mAs = corrente do tubo
tempo de exposição

lembre-se sempre do triangulo mAs:
mAs
mA x s

(cobre-se com dedo o valor desejado,e lê-se a relação entre os valores restantes).
Ao variar a tensão no tubo de raios X (kV), com valor de mAs constante, produz-se um enegrecimento da emulsão fotográfica, de tal forma que, produz-se um enegrecimento da emulsão fotográfica, de tal forma que, ao aumentar a tensão, aumenta-se o enegrecimento e vice-versa.
A variação do enegrecimento da emulsão fotográfica, devido à tensão aplicada, é muito grande. No caso de filmes com écran reforçador, esse grau de variação corresponde à quinta potência da tensão.
b)Ao se colocar um corpo entre o tubo de raios X e a emulsão fotográfica, ele absorve parte da radiação X, em função de sua espessura, de sua densidade e de seu número de ordem. Os raios enfraquecidos produzem menor enegrecimento da película, assim, a sombra provocada pelo corpo demonstra ao obtido na imagem do écran radioscopia. As partes escuras de uma radiação são denominadas “radiotrasparências” (recebem maior quantidade de raios), e as mais claras “radio-opaciodades”.


Complemento:

O Catodo
É o pólo negativo do tubo de raios-X. Dividindo-se em duas partes: Filamento e capa focalizadora (cilindro de welmelt).
Filamento
Tem forma de espiral, construído em tungstênio e medindo cerca de 2mm de diâmetro, e 1 ou 2 cm de comprimento. Através dele são emitidos os elétrons, quando uma corrente de aproximadamente 6 ampères atravessa o filamento. Este fenômeno se chama emissão termiônica. A ionização nos átomos de tungstênio ocorre devida ao calor gerado e os elétrons são emitidos. O tungstênio é utilizado porque permite maior emissões termoiônicas que outros metais (temperatura de 3.380 °C). Normalmente os filamentos de tungstênio são acrescidos de 1 a 2% de tório, que aumenta eficientemente a emissão termoiônica e prolonga a vida útil do tubo.
Capa Focalizadora
Sabe-se que os elétrons são carregados negativamente havendo uma repulsão entre eles. Ao serem acelerados na direção do anodo, ocorre uma perda, devido a dispersão dos mesmos. Para evitar esse efeito, o filamento do catodo é envolvido por uma capa carregada negativamente, mantendo os elétrons unidos em volta do filamento e concentrando os elétrons emitidos em uma área menor do anodo. A eficiência da capa focalizadora é determinada por seu tamanho, sua carga, forma e posição do filamento dentro da capa focalizadora.

Anodo

É o lado positivo do tubo de raios-X. Existe dois tipos de anodo: anodo fixo e anodo rotatório. O anodo recebe os elétrons emitidos pelo catodo. Além de ser um bom condutor elétrico, o anodo é também um bom condutor térmico. Quando os elétrons se chocam contra o anodo, mais de 95% de suas energias cinéticas são transformadas em calor. Este calor deve ser conduzido para fora rapidamente, para não derreter o anodo. O material mais usado no anodo é tungstênio em base de cobre por ser adequado na dissipação do calor.


Anodo fixo
É encontrado normalmente em tubos onde não é utilizada corrente alta, como aparelhos de raios- X dentários, unidades portáteis, unidades de radioterapia convencional e etc..
Anodo rotatório
A maioria dos tubos de raios-X utiliza este, devido a sua capacidade de resistir a uma maior intensidade de corrente em tempo mais curto, e com isso, produzir feixes mais intensos.

Alvo
É a área do anodo que recebe o impacto dos elétrons. No anodo fixo, o alvo é feito de uma liga de tungstênio incluída em um anodo de cobre. No anodo rotatório o alvo é um disco giratório. Este disco tem uma resistência grande à alta temperatura. A escolha do tungstênio deve-se à:
• Alto número atômico, acarretando grande eficiência na produção de raios-X.
• Condutividade térmica quase igual a do cobre, resultando em uma rápida dissipação do calor produzido.
• Ponto de fusão (3.380 ° C), superior à temperatura de bombardeamento de elétrons (2.000 ° C).
Aquecimento do anodo
O anodo rotatório permite uma corrente mais alta pois os elétrons encontram uma maior área de impacto. Com isso o calor resultante não fica concentrado apenas em um ponto como no anodo fixo. Fazendo a comparação de ambos, num tubo com foco de 1mm, temos: no anodo fixo a área de impacto (alvo) é de aproximadamente 1mm x 4mm = 4mm². No anodo rotatório de diâmetro de 7 cm, o raio de impacto é de aproximadamente 3 cm (30 mm). Sua área alvo total é aproximadamente 2 x p x 30mm x 4mm = 754mm². Portanto, o anodo rotatório permite o uso de área uma centena de vezes maior que um anodo fixo, com mesmo tamanho de foco.

A capacidade de carga é aumentada com o número de rotações do anodo. Normalmente a capacidade de rotação é de 3.400 rotações por minuto. Existe anodo de tubos de maior capacidade que giram a 10.000 rpm.
Voltagem do tubo
Mudando o potencial de aceleração do tubo, mudamos também o espectro do feixe. O aumento do kV implica no aumento do número de fótons de maior energia. Este aumento altera mais a imagem radiográfica do que a remoção dos fótons de baixa energia.