Introd. Física Médica 2012

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1 Introd. Física Médica 2012 Aula 3 Produção de RX

2 Produção de Raios X Os RX são produzidos quando elétrons são acelerados por DDP da ordem de 10 3 a 10 6 V e colidem com alvos metálicos (Fig. 4). Bremsstrahlung : radiação de freamento. Durante a desaceleração dos elétrons, a emissão de RX possui uma freqüência máxima ( ν max ) e um comprimento de onda mínimo ( ): λ min ev AC = hν max = hc λ min

3 Bremsstrahlung Espectro de RX RX característico a) ejeção de elétrons orbitais (b) RX característicos Cada espectro de raios X é a superposição de um espectro contínuo e de uma série de linhas espectrais características do anodo

4 Foto: Wilhelm Conrad Roentgen ( ). Prêmio Nobel de Física em 1901, pela descoberta dos Raios X. CENTRO: 1ª radiografia humana. DIREITA: radiografia atual.

5 É fácil compreender, a partir das relações E = hν = hc/λ que o comprimento de onda (ou a freqüência) inferior (ou superior) deve diminuir (ou aumentar) com o potencial acelerador. Atividade: Mostre que o comprimento de onda mínimo é dado por λ min =1.24 x 10 4 /V (Å) onde V é o potencial acelerador dos elétrons num tubo de RX.

6 Propriedades dos RX Enegrecem filmes radiográficos. São radiações eletro magnéticas (EM) não sofrem efeitos de campos Elétrico ou magnético. Tornam-se mais penetrantes ( duros ) após passarem por materiais absorvedores. Produzem radiações secundarias. Quanto maior a tensão no tubo (kvp), mais penetrantes. Ao atingirem o alvo, os e- transferem sua energia para ele. Esta energia se transforma em energia térmica (~ 99%) e em RX (~ 1%). Causam fluorescência em certos sais metálicos (com tempo de emissão menor que 10-6 segundos). Não têm carga, são chamadas de radiação indiretamente ionizante São diferentes dos raios catódicos (que são produzidos quando elétrons passam através de um gás a baixa pressão). Propagam-se em linha reta e em todas as direções Produzem ionização (transformam gases em condutores elétricos) Atravessam um corpo tanto melhor quanto maior for a tensão do tubo (kv) No vácuo, propagam-se com a velocidade da luz. São polienergéticos Obedecem à lei do inverso do quadrado da distância (1/r2) Podem provocar mutações genéticas

7 A produção de calor Após varias interações (colisões e ionizações) com o alvo, os e- não conseguem mais ionizar, mas transferem sua energia aos elétrons do alvo, que ficam excitados. Ao retornarem ao estado fundamental, emitem radiação infravermelha (calor). A produção de calor aumenta com o aumento da corrente no tubo. A produção de RX não depende da corrente do tubo. Quanto maior o kvp, maior é a energia do fóton X gerado. Interação elétron - alvo A eficiência de produção de RX depende do kvp: Para 60 kvp ~0,5 % da energia cinética é convertida em RX Para 2 MVp (MeV) ~ 70 % é transformada em RX

8 Produção de raios X e calor num tubo convencional Aproximadamente 99% da energia dos elétrons incidentes no alvo é convertida em calor o qual precisa ser dissipado rapidamente para não causar derretimento do anodo. O alvo é a área do anodo onde ocorre o impacto direto dos elétrons. O material utilizado para o alvo é o tungstênio (W) devido às seguintes características: Alto número atômico, o que implica em grande eficiência de produção de raios X e maior energia. Condutividade térmica quase igual a do cobre, o que resulta em rápida dissipação do calor produzido. Alto ponto de fusão (3.370º C). Baixa taxa de evaporação (para evitar metalização do vidro da ampola). Alta resistência física quando aquecido. Existem também anodos fabricados de outros materiais tais como Molibdênio (Z= 42) e Ródio (Z= 44) que são usados em mamografia. O W tem ponto de fusão de 3380ºC enquanto que a temperatura dos elétrons ao atingir o alvo é de 2000ºC. Em radiodiagnóstico o diâmetro do anodo varia entre 5 e 12 cm com angulações de 70º a 120º. Em radioterapia a angulação oscila entre 26º e 35º. A maioria dos aparelhos modernos possui anodo rotatório cuja velocidade pode atingir até r.p.m.

9 Tubo de RX moderno. Degradação do anodo giratório. Produção de calor num tubo de RX.

10 Raio X Simplified rotating anode tube schematic A: Anode C: cathode T: Anode target W: X-ray window Modern rotating anode X-ray tube

11 Fatores que afetam o espectro de RX Filtração Voltagem no tubo (kvp) Tipo de suprimento de alta voltagem A) Efeito da filtração total no espectro de RX (B) Variação do kvp no espectro de RX

12 Formas de onda de entrada e variação da alta voltagem no tubo de RX.

13 PRODUÇÃO DE RAIOS X EM AMPOLAS RADIOGRÁFICAS: ESTUDO DO TOMÓGRAFO COMPUTADORIZADO DO HOSPITAL...

14 Circuito Corretor de Rede instalado em um Gerador de Raios X, modelo Gigantos - Siemens

15 An Inexpensive X-ray Machine

16 Efeito Anódico (ou Heel) Descrição do Efeito Anódico Distribuição da radiação sobre a mesa devido ao E. Anódico. PRODUÇÃO DE RAIOS X EM AMPOLAS RADIOGRÁFICAS: ESTUDO DO TOMÓGRAFO COMPUTADORIZADO DO HOSPITAL...

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18 PRODUÇÃO DE RAIOS X EM AMPOLAS RADIOGRÁFICAS: ESTUDO DO TOMÓGRAFO COMPUTADORIZADO DO HOSPITAL...

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20 Raio X 05/m_s01.html Hand mit Ringen (Hand with Ring): print of Wilhelm Röntgen's first "medical" X-ray, of his wife's hand, taken on 22 December 1895 and presented to Professor Ludwig Zehnder of the Physik Institut, University of Freiburg, on 1 January The dark oval on the third finger is a shadow produced by her ring.[1][2] Joelho Dir Image A: A normal chest X-ray. Image B: fever pneumonia.

21 Quais são as energias dos fótons correspondentes às radiações K α e K β de um alvo de cobalto (Z=27) com λ Kα =1,79 Å e λ Kβ = 1,62 Å. Resposta: E Ka =6,93 kev e E Kb =7,65 kev

22 Bibliografia 1. Eisber&Resnick. Fisica Quantica Ed. Campus (20a tiragem, 1979) 2. J. Sorenson, M. E. Phelps. Physics in Nuclear Medicine (2nd Ed.). W.B. Saunders Co. 3. ATTIX, F.H. Introduction to radiological physics and radiation dosimetry. John Wiley & Sons, New York, GANDHI, O.P. Biological effects and medical applications of eletromagnetic energy. Prentice Hall, New York, JOHNS, H.N.; CUNNIGHAN, J.R. The physics of radiology. Charles C. Thomaz Pu-blisher, Illinois, USA, EVANS, R. D. The atomic nucleus. Krieger, Malabar, FL, 1982.