3. Interação dos R-X com a matéria

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1 SL FUNDAMNTOS FÍSICOS DOS PROCSSOS D FORMAÇÃO D IMAGNS (2. RAIOS-X) Pro. Homero Schiabel (Sub-área de Imagens Médicas) SL705 - Pro. Homero Schiabel 3. Interação dos R-X com a matéria 3.1. Atenuação e Absorção ATNUAÇÃO: quando a intensidade do eixe é reduzida como resultado de um processo de interação R-X matéria ABSORÇÃO: quando, numa interação, o óton de raios-x transere toda sua energia ao material (absorvedor), desaparecendo

2 4 possibilidades básicas: óton desviado de sua trajetória, sem perda de energia (espalhamento coerente ou elástico); óton desviado de sua trajetória com alguma perda de energia (espalhamento incoerente ou inelástico); óton transerindo toda sua energia ao átomo, e desaparecendo (absorção); óton prosseguindo normalmente em sua trajetória original SL705 - Pro. Homero Schiabel spalhamento coerente óton desviado de sua trajetória, sem perder energia radiação eletromagnética tem um campo elétrico que produz oscilação do elétron orbital do átomo na mesma reqüência elétron absorve e emite radiação na mesma reqüência e em ase

3 spalhamento (eito) Compton parcial absorção de energia pela matéria número de elétrons por unidade de massa do absorvedor é importante para determinar a probabilidade do espalhamento Compton 1 (l 1 ) q 1 = h ν 1 = hc / λ 1 2 = h ν 2 = hc / λ 2 = óton incidente = óton espalhado 2 (l 2 ) SL705 - Pro. Homero Schiabel spalhamento (eito) Compton 1 = 2 + colisão inelástica quação deduzida por Compton: l 2 - l 1 = (h / mc) (1 - cos q ) (4) 1 (λ 1 ) q 2 (λ 2 ) (1/ 2 ) - (1/ 1 )= (1/ mc 2 ) (1 - cos q ) λ 2 - λ 1 = desvio Compton h = cte. Planck m = massa do elétron

4 eito otoelétrico Fóton interage com o átomo e desaparece ornece a um e- orbital toda sua energia expulsão do e- de sua órbita (geralmente da camada K) ( e = hν - B) ÁTOMO IONIZADO K (rad. característica) SL705 - Pro. Homero Schiabel eito otoelétrico (*) Probabilidade de uma interação otoelétrica ocorrer numa particular camada eletrônica é: 0 se a do óton R-X é < que B; grande se a do óton R-X é = a B; pequena se a do óton R-X é > que B; Coe. absorção L K K

5 Produção de Pares Fóton de > 1,022 MeV interage com o núcleo do átomo e desaparece surge um par de, um negativo e outro positivo e + (pósitron) SL705 - Pro. Homero Schiabel Produção de Pares nergia equivalente à massa do elétron em repouso = 0,511 MeV para ormar duas partículas: óton 1,022 MeV = (mc 2 + K + ) + (mc 2 + K - ) tot (pósitron) tot (elétron) (5) = 2 mc 2 + (K + + K - ) e + (pósitron) K + e K - = cinética dos 2 elétrons

6 3.2. Coeiciente de Atenuação Linear (µ) Corresponde a uma redução racional da intensidade do eixe por unidade de espessura de um absorvedor Fonte de radiação I 0 Absorvedores I T Detector Se 1 absorveu 10% (e os demais orem iguais a ele em material e espessura) 2 absorveu 10% de I T1 3 absorveu 10% de I T2... SL705 - Pro. Homero Schiabel 3.2. Coeiciente de Atenuação Linear (µ) I T relativa ntão, se I 0 = 100%: I T1 = 90% I T2 = 81% I T3 = 72,9%... Sejam: dx = espessura do absorvedor; di = quantidade de rad. atenuada di proporcional a: dx - (eixe) - I Z (material) N absorvedores di = - I dx k ( Z) m

7 3.2. Coeiciente de Atenuação Linear (µ) µ probabilidade de um óton ser removido do eixe; é unção do tipo de material e da do óton di = - µidx di / dx = - µi integrando: I = I 0 m x (6) x.: calcular a % de radiação transmitida através de um material de 8 cm de espessura cujo m = 0,31 cm-1 SL705 - Pro. Homero Schiabel 3.2. Coeiciente de Atenuação Linear (µ) CAMADA SMI-RDUTORA (CSR): Situação particular: I = I0/2 (red. de 50% de I): I 0 /2 = I 0 mx e m x = 2 m x = 0,693 x.: calcular a redução que sorerá o eixe de R-X em 2 mm de Cu, sabendo-se que a CSR do Cu em 82 kev vale 1,0 mm x = CSR= 0,693 / m (7) (*) Coeiciente de absorção de massa (m / r): ração de R-X removida de um eixe de uma área de seção transversal unitária num meio de massa unitária. m m -1 (ou cm -1 ou mm -1 ) m/r m 2 /kg (ou cm 2 /g)

8 3.3. Lei do Inv. Quadrado da Distância F Fonte de radiação d 1 d 2 I 1 I 1 / I 2 = (d 2 ) 2 / (d 1 ) 2 I 2 Só válido p/ ontes pontuais x.: se um eixe tem I relat = 100 a 10 cm da onte de radiação (oco), qual a I relat a 30 cm e a 60 cm? SL705 - Pro. Homero Schiabel x. prático da Lei do Inverso do Quadrado da Distância d FF = 50 cm - 6 mas d FF = 100 cm - 6 mas d FF = 100 cm - 24 mas