Dosimetria e Proteção Radiológica

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1 Dosimetria e Proteção Radiológica Prof. Dr. André L. C. Conceição Departamento Acadêmico de Física (DAFIS) Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial (CPGEI) Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) Produção de raios X Tubo de raios X Os raios X são uma das maiores ferramentas médicas de diagnóstico desde sua descoberta por Wilhelm Roentgen em Atualmente, estima-se que são realizados aproximadamente 650 exames de raios-x médico e odontológico para cada 1000 pacientes por ano. André L. C. Conceição Slide 2 Produção de raio x Tubo de raios X Um tubo de raios X clássico necessita de: Fonte de elétrons Potencial de aceleração dos elétrons Material alvo (ânodo) para produção dos raios X Tubo catódico de William Crookes André L. C. Conceição Slide 3 1

2 Produção de raio x Tubo de raios X Tubo catódico de William Crookes André L. C. Conceição Slide 4 Interação dos elétrons com o ânodo André L. C. Conceição Slide 5 Radiação de frenagem Radiação de freamento ou Bremsstrahlung, Uma pequena fração dos elétrons incidentes no alvo se aproxima dos núcleos dos átomos que constituem o alvo. Eles podem perder de uma só vez uma fração considerável de sua energia emitindo um fóton de raio x Tubo catódico de William Crookes André L. C. Conceição Slide 6 2

3 Radiação de Frenagem Potenciais de Liénard-Wiechert Potencial Escalar Retardado para uma carga pontual movendo com velocidade próxima à c. Potencial Vetor Magnético para uma carga pontual movendo com velocidade próxima à c. Campos Elétrico e Magnético André L. C. Conceição Slide 7 Radiação de frenagem Espectro contínuo de raios X produzidos em um tubo de W hc K( elétron) ev Emax dofóton hfmax min λ min = 12,4 kvp m Tubo catódico de William Crookes André L. C. Conceição Slide 8 Exercício Calcule o comprimento de onda mínimo de raios X produzidos por um gerador de 80 kvp? λ min = 0, m André L. C. Conceição Slide 9 3

4 Raios X característicos Raios x característicos Da mesma forma que um fóton é emitido quando um elétron da camada mais externa de um átomo (elétron de valência ) decai de um nível de energia mais alto ( nível excitado ) para outro de energia mais baixo, um fóton de energia na faixa de raios x é emitido quando as transições do elétron envolvem camadas mais internas do átomo André L. C. Conceição Slide 10 Raios X Característicos Quando temos transições eletrônicas entre estes níveis, ou seja, entre um estado excitado e outro, temos produção de REM (raios X característicos) E fóton hf E E L c h E Raios X característicos L L E E K E K K André L. C. Conceição Slide 12 4

5 Energia de Ligação de materiais alvo André L. C. Conceição Slide 13 Percentual de Produção de raios X André L. C. Conceição Slide 14 Variação da intensidade com o ma André L. C. Conceição Slide 15 5

6 Variação da intensidade com o kvp I kvp 2 (no ânodo) I = c. Z kvp 3 (no detector) Regra prática: Uma variação de 15% no kvp corresponde a uma mudança de um fator de 2 no mas. A energia efetiva de um feixe de raios X é aproximadamente igual a 1/3 do kvp aplicado. André L. C. Conceição Slide 16 Exemplo André L. C. Conceição Slide 17 Produção de Raios X - filtração A intensidade do feixe de elétrons determina a intensidade dos raios X produzidos. A energia dos elétrons determinam a forma do espectro bremsstrahlung, em particular o ponto final do espectro. Raios X de baixa energia são absorvidos no próprio material do tubo. André L. C. Conceição Slide 18 6

7 Ponto Focal O ângulo do ânodo é definido como o ângulo entre a superfície do alvo e o eixo central do tubo de raios X. O tamanho do ponto focal é a área do ânodo que é atingida pelos elétrons O ângulo do ânodo θ determina o tamanho do ponto focal efetivo: Ponto focal efetivo = tamanho do foco senq André L. C. Conceição Slide 19 Distribuição Angular da emissão dos Raios X André L. C. Conceição Slide 20 Produção de raios X Por causa da relativa baixa eficiência na produção de raios X, a maior parte da energia é convertida em calor. Tungstênio (alto ponto de fusão) boa emissão radioativa Dano por calor excessivo André L. C. Conceição Slide 21 7

8 Emissão de raios X Molibidênio alta emissão de raios X característicos André L. C. Conceição Slide 22 Equipamentos de Alta Energia Acelerador Linear Betatron Ciclotron Síncrotron André L. C. Conceição Slide 23 Acelerador Linear (AL) Um acelerador linear (LINAC) é um acelerador de partículas onde partículas carregadas (elétrons, prótons ou íons pesados) são acelerados em uma linha reta. André L. C. Conceição Slide 24 8

9 Mecanismo de aceleração - AL André L. C. Conceição Slide 25 AL usado em radioterapia André L. C. Conceição Slide 26 AL - Funcionamento André L. C. Conceição Slide 27 9

10 AL - Funcionamento André L. C. Conceição Slide 28 AL - Funcionamento André L. C. Conceição Slide 29 Betatron Betatron - Instalado pelo Prof. Marcelo Damy de Souza, na USP em Acelerava elétrons até 24 MeV. André L. C. Conceição Slide 30 10

11 Betatron André L. C. Conceição Slide 31 Ciclotron r r r F q v B mv r q B q B f m André L. C. Conceição Slide 32 Ciclotron r r r F q v B mv r q B q B f m babyciclotron André L. C. Conceição Slide 33 11

12 Síncrotron Componentes: (1)Canhão de elétrons; (2)Acelerador linear (3)Intensificador (4)Anel de armazenamento (5)Linhas de feixe (6)Estações experimentais André L. C. Conceição Slide 34 12