PRODUÇÃO DE RAIOS X. Produção de raios X Tubo de raios X. Produção de raio x Tubo de raios X

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1 PRODUÇÃO DE RAIOS X Prof. André L. C. Conceição DAFIS Curitiba, 17 de abril de 2015 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. 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 1

2 Produção de raio x Tubo de raios X Tubo catódico de William Crookes Interação dos elétrons com o ânodo 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 2

3 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 Exercício Calcule o comprimento de onda mínimo de raios X produzidos por um gerador de 80 kvp? λ min = 0, m 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 3

4 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) Raios X característicos E fóton hf E E L c h E L L E E K E K K Energia de Ligação de materiais alvo 4

5 Exercícios Se um elétron com a energia de 100 kev interage com um elétron da camada K do tungstênio (E L =69,5 kev), a) qual a energia cinética do elétron ejetado gerado? b) Qual a energia de um fóton gerado pela transição de um elétron da camada L para a camada K? Dado (E L =12,1 kev) a) 30,5 kev b) 57,4 kev Percentual de Produção de raios X Variação da intensidade com o ma 5

6 Exercício Quais fatores técnicos são mudados da condição I para a condição II produzindo mudança no espectro mostrado? ma aumenta e filtração aumenta 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. Exemplo 6

7 Exercício Uma exposição de 100mA, 85kVp e 1s iria produzir a mesma densidade que uma exposição de 50mAs para qual valor de kvp? 98 kvp 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. 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 7

8 Distribuição Angular da emissão dos Raios X 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 Emissão de raios X Molibidênio alta emissão de raios X característicos 8

9 Equipamentos de Alta Energia Acelerador Linear Betatron Ciclotron Síncrotron 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. Mecanismo de aceleração - AL 9

10 AL usado em radioterapia AL - Funcionamento AL - Funcionamento 10

11 AL - Funcionamento Betatron Betatron - Instalado pelo Prof. Marcelo Damy de Souza, na USP em Acelerava elétrons até 24 MeV. Betatron 11

12 Ciclotron r r r F q v B mv r q B q B f m Ciclotron r r r F q v B mv r q B q B f m babyciclotron Síncrotron Componentes: (1)Canhão de elétrons; (2)Acelerador linear (3)Intensificador (4)Anel de armazenamento (5)Linhas de feixe (6)Estações experimentais 12