Ampola de raios X: diferenças entre revisões

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[[Ficheiro:WaterCooledXrayTube.svg|miniaturadaimagem|Diagrama de uma ampola de raios X (tubo de Coolidge) com anodo fixo.]]
A ampola, que pode ser de vidro ([[Pyrex]]) ou metal, tem seu interior mantido em [[vácuo]] e possui dois [[Elétrodo|eletrodos]]: um [[catodo]] e um [[anodo]]. No catodo há um [[filamento]] que quando atravessado por uma [[corrente elétrica]] gera calor. Uma vez aquecido, o filamento emite [[elétrons]] pelo [[Efeito termiônico|efeito termoiônico]]. Estes elétrons são acelerados em direção ao anodo em função de uma [[diferença de potencial]] existente entre estes eletrodos. Quando os elétrons atingem o anodo, sofrem uma desaceleração brusca e sua [[energia cinética]] é, em sua maior parte, convertida em calor e também em raios X por meio do fenômeno do ''[[bremsstrahlung]]'' (do alemão: radiação de freamento).<ref name="Bushong" /><ref name="Scaff" /><ref name="CBR" />
 
== História ==
[[Imagem:First medical X-ray by Wilhelm Röntgen of his wife Anna Bertha Ludwig's hand - 18951222.gif|thumb|''Hand mit Ringen'': aA primeira foto de Wilhelm Röntgen referente a mão de sua esposa, tirada em 22 de dezembro de 1895 e apresentada ao Professor Ludwig Zehnder, do Instituto de Física da Universidade de Freiburg, em 1 de janeiro de 1896.]]
Em 1879, muitos cientistas já estavam interessados ​​no estudo dedos [[Raio catódico|raios catódicos]], ou seja umaum nuvemfeixe de elétrons emitidos por um eletrodo (cátodocatodo), primeiramente demonstrados por [[William Crookes, porém apenas em 1895 foi descoberto experimentalmente os raios X pelo físico alemão Wilhelm Conrad Roentgen]].<ref name="Marcio" />
 
Em 1895, [[Wilhelm Conrad Röntgen]] investigou os efeitos de descargas elétricas de alta [[Tensão elétrica|voltagem]] nos recém-criados [[Tubo de Crookes|tubos de Crookes]]. Inesperadamente, em seus estudos, percebeu-se que uma tela de [[platinocianeto de bário]] emitia luz fluorescente, enquanto ele gerava [[Raio catódico|raios catódicos]] em um tubo a poucosdois metros de distância.<ref name="Marcio" /> Além disso, quando objetos, como um livro, eram colocados na frente do tubo, a luminescência ainda persistia, indicando que não podia ser causada pelos raios catódicos, que eram pouco penetrantes.<ref name="Emico2" /> Röntgen, por desconhecer esses novos raios responsávelresponsáveis por tal efeito, os denominou de raios X.<ref name="Marcio" /><ref name="Emico2" />
 
Em meio aos experimentos com telas fluorescentes, Röntgen colocou ocasionalmente sua mão entre o tubo e a tela fluoroscópica e assim viu o formato dos ossos de sua própria mão. Após essa descoberta, em 22 de dezembro de 1895, ele tirou a primeira foto de raio X da mão esquerda de sua esposa Anna Bertha Roentgen com um [[filme fotográfico]].<ref name="Marcio" /><ref name="Emico2" />
 
A partir da possibilidade de obter-se imagens do interior de pessoas, o potencial para aplicações médicas desses novos raios foram imediatamente reconhecidos. Os raios X possibilitaram a detecção e caracterização de fraturas e luxações, desse modo revolucionou-se a [[medicina]].<ref name="Marcio" />
 
A primeira geração de tubos de Crookes foi utilizada para produção de raios X até a década de 1920. Esses tubos foram, posteriormente, aperfeiçoados por [[William David Coolidge|William David Coolidge.]] O tubo de Coolidge, também chamado de tubo de catodo quente, difere do tubo de Crookes por possuir como catodo um filamento de [[tungstênio]]. Esse filamento era aquecido por uma corrente elétrica e por meio do [[Efeito termiônico|efeito termoiônico]], produzia elétrons. Além disso, enquanto no tubo de Crookes havia um gás a baixa pressão, no tubo de Coolidge existia um vácuo de boa qualidade (10<sup>-4</sup> [[Pascal (unidade)|Pa]], ou ainda, 10<sup>-6</sup> [[Milímetro de mercúrio|Torr]]).<ref name="Marcio" /><ref name="Bases" />
== Produção dos raios X ==
[[Ficheiro:Bremsstrahlung.gif|miniaturadaimagem|Linhas de campo e módulo do campo elétrico gerado por uma carga negativa movendo-se em inércia e então parando repentinamente, assim gerando a radiação Bremsstrahlungbremsstrahlung.]]
Ao atingirem o anodo, a maioria dos elétrons perdemperde sua energia cinética nas inúmeras colisões com os átomos do anodo, convertendo-a em calor. Alguns elétrons participam na produção de raios X por dois processos fundamentais: a emissão de [[Bremsstrahlung|raios X de freamento]] e a emissão de raios X característicos (ou de [[fluorescência]]).<ref name="Emico2" />
 
* osRaios X de freamento: o ''bremsstrahlung'' (do alemão: radiação de freamento) é um fenômeno que produz [[radiação eletromagnética]] quando ocorre a desaceleração repentina de [[Carga elétrica|cargas elétricas]].<ref name="Penelope" /> Os raios X de freamento ocorrem quando os elétrons aproximam-se dos [[Núcleo atómico|núcleos]] dos átomos que compõem o alvo e sofrem uma desaceleração brusca devido ao [[Campo (física)|campo coulombiano]] do núcleo. EstesOs raios X sãoassim chamadosproduzidos, de ''bremsstrahlung'' (do alemão: radiação de freamento) e produzempossuem um espectro contínuo de energia, variando de valores próximos de zero até um valor máximo que corresponde a toda a energia cinética do elétron.<ref name="Emico2" />
 
A* Raios X característicos: a emissão de raios X característicos (ou radiação [[Fluorescência|fluorescente]]), ocorre quando um eléctronelétron acelerado por uma diferença de potencial colide com um [[átomo]] e o [[Ionização|ioniza]], dessa forma, remove-se um elétron orbital de uma das camadas internas e o rearranjo pode resultar em [[Fotão|fóton]] de raio X.<ref name="Paulo" /> Os raios X característicos produzem um [[espectro]] de linhas ou [[raias]] com energias bem definidas características do material do alvo.<ref name="Emico2" />
 
== Catodo ==
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Existem dois tipos de anodos:
 
* anodo fixo: são usados em equipamentos [[Odontologia|odontológicos]] e equipamentos portáteis que não necessitam de correntes elevadas.<ref name="Bushong" /> Nestes o anodo é feito com um material com boa [[capacidade térmica]] como o cobre. O ponto do anodo no qual o feixe de elétrons incide é chamado de alvo e é feito com uma liga de tungstênio ou [[molibdênio]] impregnado no cobre. Estes materiais possuem alto [[ponto de fusão]] e o tungstênio, em particular, possui elevado [[número atômico]] o que aumenta a eficiência na produção dos raios X.<ref name="Bushong" /><ref name="Brown" /><ref name="Emico2" />. Estes anodos podem ser refrigerados com água, no caso de aparelhos usados em [[cristalografia]] ou ainda com óleo no caso de aparelhos para [[radiografia]].<ref name="Brown" />
 
* anodo giratório: o anodo tem o formato de um disco e possui um eixo ligado a um motor. Durante seu funcionamento o disco gira continuamente e o feixe de elétrons incide em sua borda, dessa forma a área na qual o calor é gerado é muito maior que no caso do anodo fixo, melhorando a dissipação térmica.<ref name="Bushong" /><ref name="Brown" /> Quanto maior a rotação, melhor a dissipação térmica. Na maioria dos tubos de raios X a rotação é de 3600 rpm (rotações por minuto), enquanto em tubos alta capacidade podem chegar a 10000 rpm.<ref name="Bushong" />
 
== Bremsstrahlung ==
[[Ficheiro:Bremsstrahlung.gif|miniaturadaimagem|Linhas de campo e módulo do campo elétrico gerado por uma carga negativa movendo-se em inércia e então parando repentinamente, assim gerando a radiação Bremsstrahlung.]]
Bremsstrahlung (do alemão: radiação de freamento) é um fenômeno que produz [[radiação eletromagnética]] quando ocorre a desaceleração repentina de [[Carga elétrica|cargas elétricas]].<ref name="Penelope" />
 
As partículas carregadas (especialmente [[Elétron|elétrons]]) quando interagem com os [[Campo elétrico|campos elétricos]] dos núcleos têm perda de [[energia cinética]] por uma colisão frontal com um núcleo e, portanto, toda essa energia de movimento perdida é convertida de uma só vez em radiação de energia máxima, assim satisfazendo a [[Lei da conservação da energia|lei de conservação de energia]], denominada de raios X de freamento.<ref name="Penelope" />
 
== História ==
[[Imagem:First medical X-ray by Wilhelm Röntgen of his wife Anna Bertha Ludwig's hand - 18951222.gif|thumb|''Hand mit Ringen'': a primeira de Wilhelm Röntgen referente a mão de sua esposa, tirada em 22 de dezembro de 1895 e apresentada ao Professor Ludwig Zehnder, do Instituto de Física da Universidade de Freiburg, em 1 de janeiro de 1896.]]
Em 1879, muitos cientistas já estavam interessados ​​no estudo de raios catódicos, ou seja uma nuvem de elétrons emitidos por um eletrodo (cátodo),primeiramente demonstrados por William Crookes, porém apenas em 1895 foi descoberto experimentalmente os raios X pelo físico alemão Wilhelm Conrad Roentgen.<ref name="Marcio" />
 
Wilhelm Conrad Röntgen investigou os efeitos de descargas elétricas de alta [[Tensão elétrica|voltagem]] nos recém-criados [[Tubo de Crookes|tubos de Crookes]]. Inesperadamente, em seus estudos percebeu-se que uma tela de [[platinocianeto de bário]] emitia luz fluorescente, enquanto ele gerava [[Raio catódico|raios catódicos]] a poucos metros de distância. Röntgen por desconhecer esses novos raios responsável por tal efeito, os denominou de raios X.<ref name="Marcio" />
 
Em meio aos experimentos com telas fluorescentes, Röntgen colocou ocasionalmente sua mão entre o tubo e a tela fluoroscópica e assim viu o formato dos ossos de sua própria mão. Após essa descoberta, em 22 de dezembro de 1895, ele tirou a primeira foto de raio X da mão esquerda de sua esposa Anna Bertha Roentgen com [[filme fotográfico]].<ref name="Marcio" />
 
A partir da possibilidade de obter-se imagens do interior de pessoas, o potencial para aplicações médicas desses novos raios foram imediatamente reconhecidos. Os raios X possibilitaram a detecção e caracterização de fraturas e luxações, desse modo revolucionou-se a [[medicina]].<ref name="Marcio" />
 
Até a década de 1920 a primeira geração de tubos de Crookes foram utilizados. Os raios X eram gerados meramente pelo uso de [[Fonte de alimentação|fontes de alimentação]] variáveis ​​CA a CC de [[alta tensão]] até o final da década de 1980. Depois dessa época um novo método controle surgiu, chamado comutação de alta velocidade. Isso em conjunto com a tecnologia eletrônica de comutação de fontes de alimentação permitiu um controle mais preciso da unidade de raios-X. Assim obteve-se melhora na qualidade dos resultados e redução de raios X nas exposições.<ref name="Marcio" />
 
== Produção dos raios X ==
Ao atingirem o anodo, a maioria dos elétrons perdem sua energia cinética nas inúmeras colisões com os átomos do anodo, convertendo-a em calor. Alguns elétrons participam na produção de raios X por dois processos fundamentais: a emissão de [[Bremsstrahlung|raios X de freamento]] e a emissão de raios X característicos (ou de [[fluorescência]]).<ref name="Emico2" />
 
Os raios X característicos produzem um [[espectro]] de linhas ou [[raias]] com energias bem definidas características do material do alvo.<ref name="Emico2" />
 
A emissão de raios X característicos (ou radiação [[Fluorescência|fluorescente]]), ocorre quando um eléctron acelerado por uma diferença de potencial colide com um [[átomo]] e o [[Ionização|ioniza]], dessa forma remove-se um elétron orbital de uma das camadas internas e o rearranjo pode resultar em [[Fotão|fóton]] de raio X.<ref name="Paulo" />
 
Já os raios X de freamento ocorrem quando os elétrons aproximam-se dos [[Núcleo atómico|núcleos]] dos átomos que compõem o alvo e sofrem uma desaceleração brusca devido ao [[Campo (física)|campo coulombiano]] do núcleo. Estes raios X são chamados de ''bremsstrahlung'' (do alemão: radiação de freamento) e produzem um espectro contínuo de energia, variando de valores próximos de zero até um valor máximo que corresponde a toda a energia cinética do elétron.<ref name="Emico2"/>
 
== Ver também ==
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<ref name=Emico2>{{Citar livro|nome=Emico|sobrenome=Okuno|nome2=Elisabeth|sobrenome2=Yoshimura|título=Física das radiações|local=São Paulo|editora=Oficina de textos|ano=2010|página=35 e 254|capítulo=Capítulo 2 - Raios X |isbn =978-85-7975-005-2}}</ref>
<ref name="Clark">{{Citar livro|autor=George L. Clark|título=Applied X-rays|língua=en|edição=2ª|local=Nova York|editora=McGraw-Hill|ano=1955|capítulo=Cap.2 - X-rays tubes}}</ref>
<ref name="Marcio">{{Citar livro|autor=Luis Ferreira Nascimento. Marcio|título=Brief history of X-ray tube patents. World Patent Information 37 (2014): 48-53.|língua=en|ano=2014|url=https://repositorio.ufba.br/ri/bitstream/ri/17967/1/BriefHistoryX-rayTubePatents-WPI37-Nascimento.pdf|acessodata=08/08/2021}}</ref>
<ref name="Paulo">{{Citar livro|autor=Roberto Costa. Paulo|título=Produção de raios X.}}</ref>
<ref name="Penelope">{{citar livro|ultimo = Allisy-Roberts|primeiro = Penelope|ultimo2 = Williams |primeiro2 = Jerry|ano = 2007|língua = en|titulo = Physics for Medical Imaging.|editora = W.B. Saunders Company.|isbn=0702028444}}</ref>
<ref name="Bases">{{Citar livro|autor=Scaff, L. A. M.|título=Bases Físicas da Radiologia|subtítulo=Diagnóstico e Terapia|local= São Paulo|editora=Editora Sarvier|ano=1979|página=21-23|capítulo=Cap.2}}</ref>
}}
[[Categoria:Radiologia]]