Nick Connor

Os raios X , também conhecidos como radiação X , referem-se à radiação eletromagnética (sem massa em repouso, sem carga) de altas energias. Os raios X são fótons de alta energia, com comprimentos de onda curtos e, portanto, frequência muito alta. A frequência de radiação é o parâmetro chave de todos os fótons, porque determina a energia de um fóton. Os fótons são classificados de acordo com as energias das ondas de rádio de baixa energia e radiação infravermelha, através da luz visível, aos raios X de alta energia e raios gama .

A maioria dos raios X tem um comprimento de onda variando de 0,01 a 10 nanômetros (3 × 10 ¹⁶ Hz a 3 × 10 ¹⁹ Hz), correspondendo a energias na faixa de 100 eV a 100 keV. Os comprimentos de onda dos raios X são mais curtos que os dos raios UV e geralmente mais longos que os dos raios gama. A distinção entre raios X e raios gama não é tão simples e mudou nas últimas décadas. De acordo com a definição atualmente válida, os raios X são emitidos por elétrons fora do núcleo, enquanto os raios gama são emitidos pelo núcleo .

Camada de metade do valor

A camada de metade do valor expressa a espessura do material absorvente necessário para reduzir a intensidade da radiação incidente por um fator de dois . Existem duas características principais da camada de meio valor:

• A camada de metade do valor diminui à medida que o número atômico do absorvedor aumenta. Por exemplo, são necessários 35 m de ar para reduzir a intensidade de um feixe de raios X de 100 keV por um fator de dois, enquanto apenas 0,12 mm de chumbo podem fazer a mesma coisa.
• A camada de metade do valor para todos os materiais aumenta com a energia dos raios-X. Por exemplo, de 0,26 cm para ferro a 100 keV a cerca de 0,64 cm a 200 keV.

Camada de metade do valor – exemplo:

De quanto água é necessária a escotilha, se você deseja reduzir a intensidade de um feixe de raios X monoenergético de 100 keV ( feixe estreito ) para 1% de sua intensidade incidente? A camada de meio valor para raios-X de 100 keV na água é de 4,15 cm e o coeficiente de atenuação linear para raios-X de 100 keV na água é de 0,167 cm- ¹ . O problema é bastante simples e pode ser descrito pela seguinte equação:

Se a camada de meio valor para a água for 4,15 cm, o coeficiente de atenuação linear é:Agora podemos usar a equação de atenuação exponencial:

Portanto, a espessura necessária da água é de cerca de 27,58 cm . Essa espessura é relativamente grande e é causada por um pequeno número atômico de hidrogênio e oxigênio. Se calcularmos o mesmo problema para o chumbo (Pb) , obteremos a espessura x = 0,077 cm .

Os raios X , também conhecidos como radiação X , referem-se à radiação eletromagnética (sem massa em repouso, sem carga) de altas energias. Os raios X são fótons de alta energia, com comprimentos de onda curtos e, portanto, frequência muito alta. A frequência de radiação é o parâmetro chave de todos os fótons, porque determina a energia de um fóton. Os fótons são classificados de acordo com as energias das ondas de rádio de baixa energia e radiação infravermelha, através da luz visível, aos raios X de alta energia e raios gama .

A maioria dos raios X tem um comprimento de onda variando de 0,01 a 10 nanômetros (3 × 10 ¹⁶ Hz a 3 × 10 ¹⁹ Hz), correspondendo a energias na faixa de 100 eV a 100 keV. Os comprimentos de onda dos raios X são mais curtos que os dos raios UV e geralmente mais longos que os dos raios gama. A distinção entre raios X e raios gama não é tão simples e mudou nas últimas décadas. De acordo com a definição atualmente válida, os raios X são emitidos por elétrons fora do núcleo, enquanto os raios gama são emitidos pelo núcleo .

Coeficiente de atenuação linear – raios-X

A atenuação dos raios X pode ser descrita pela seguinte equação.

I = I ₀ .e ^-μx

, onde I é a intensidade após a atenuação, I _o é a intensidade do incidente, μ é o coeficiente de atenuação linear (cm ^-1 ) e a espessura física do absorvedor (cm).

Os materiais listados na tabela são ar, água e elementos diferentes do carbono ( Z = 6) ao chumbo ( Z = 82) e seus coeficientes de atenuação linear são dados para duas energias de raios-X. Existem duas características principais do coeficiente de atenuação linear:

• O coeficiente de atenuação linear aumenta à medida que o número atômico do absorvedor aumenta.
• O coeficiente de atenuação linear para todos os materiais diminui com a energia dos raios-X.

Coeficiente de atenuação de massa

Ao caracterizar um material absorvente, às vezes podemos usar o coeficiente de atenuação da massa.  O coeficiente de atenuação da massa é definido como a razão entre o coeficiente de atenuação linear e a densidade do absorvedor (μ / ρ) . A atenuação dos raios X pode ser descrita pela seguinte equação:

Espalhamento por Rayleigh – Espalhamento Thomson

A dispersão Rayleigh , também conhecida como dispersão Thomson, é o limite de baixa energia da dispersão Compton. A energia cinética das partículas e a frequência de fótons não mudam como resultado da dispersão. A dispersão de Rayleigh ocorre como resultado de uma interação entre um fóton recebido e um elétron, cuja energia de ligação é significativamente maior que a do fóton recebido. Presume-se que a radiação incidente coloque o elétron em oscilação ressonante forçada, de modo que o elétron reemita radiação da mesma frequência, mas em todas as direções. Nesse caso, o campo elétrico da onda incidente (fóton) acelera a partícula carregada, fazendo com que, por sua vez, emita radiação na mesma frequência que a onda incidente e, assim, a onda é dispersa. A dispersão de Rayleigh é significativa até ± 20keV e, como a dispersão de Thomson, é elástica. A seção transversal de dispersão total se torna uma combinação das seções transversais de dispersão ligadas por Rayleigh e Compton. A dispersão de Thomson é um fenômeno importante na física do plasma e foi explicada pela primeira vez pelo físico JJ Thomson. Essa interação tem grande significado na área da cristalografia de raios-X.

Interação de raios-X com a matéria

Embora seja conhecido um grande número de possíveis interações, existem três mecanismos principais de interação com a matéria. A força dessas interações depende da energia dos raios X e da composição elementar do material, mas não muito das propriedades químicas, uma vez que a energia dos fótons dos raios X é muito maior que as energias químicas de ligação. A absorção fotoelétrica domina com baixas energias dos raios X, enquanto a dispersão de Compton domina com energias mais altas.

• Absorção fotoelétrica
• Efeito Compton
• dispersão de Rayleigh

Compton Dispersão de raios-X

A fórmula de Compton foi publicada em 1923 na Physical Review. Compton explicou que o deslocamento dos raios X é causado pelo momento de partículas dos fótons . A fórmula de dispersão de Compton é a relação matemática entre a mudança no comprimento de onda e o ângulo de dispersão dos raios-X. No caso da dispersão de Compton, o fóton de frequência  f  colide com um elétron em repouso. Após a colisão, o fóton ricocheteia no elétron, perdendo parte de sua energia inicial (dada pela fórmula E = hf de Planck). Enquanto o elétron ganha impulso (massa x velocidade), o  fóton não pode diminuir sua velocidade. Como resultado da lei de conservação do momento, o fóton deve diminuir seu momento dado por:

Portanto, a diminuição do momento do fóton deve ser traduzida em  diminuição da frequência  (aumento no comprimento de onda Δ λ = λ ‘- λ ). A mudança do comprimento de onda aumentou com o ângulo de dispersão, de acordo com  a fórmula de Compton :

onde λ  é o comprimento de onda inicial do fóton λ ‘  é o comprimento de onda após a dispersão, h  é a constante de Planck = 6,626 x 10 ^-34  Js, m _e  é a massa de repouso do elétron (0,511 MeV) c  é a velocidade da luz Θ  é a dispersão ângulo. A mudança mínima no comprimento de onda ( λ ′  –  λ ) para o fóton ocorre quando Θ = 0 ° (cos (Θ) = 1) e é pelo menos zero. A variação máxima no comprimento de onda ( λ ′  –  λ) para o fóton ocorre quando Θ = 180 ° (cos (Θ) = – 1). Nesse caso, o fóton transfere para o elétron o máximo de momento possível. A mudança máxima no comprimento de onda pode ser derivada da fórmula de Compton:

A quantidade h / m _e c é conhecida como  comprimento  de onda do elétron de Compton e é igual a  2,43 × 10 ⁻¹² m .

Interação de raios-X com a matéria

Embora seja conhecido um grande número de possíveis interações, existem três mecanismos principais de interação com a matéria. A força dessas interações depende da energia dos raios X e da composição elementar do material, mas não muito das propriedades químicas, uma vez que a energia dos fótons dos raios X é muito maior que as energias químicas de ligação. A absorção fotoelétrica domina com baixas energias dos raios X, enquanto a dispersão de Compton domina com energias mais altas.

• Absorção fotoelétrica
• Efeito Compton
• dispersão de Rayleigh

Kerma é uma medida da energia cinética transferida da radiação para a matéria. É um acrônimo para “ k inetic e nergy r eleased por unidade ma ss”. Kerma recebe o símbolo K e é medido pela unidade SI, o cinza . Esta unidade foi nomeada em homenagem a  Louis Harold Gray , que foi um dos grandes pioneiros em biologia da radiação. Kerma é definido pela fórmula:

Kerma está relacionado, mas não é o mesmo que a dose absorvida . Dose absorvida é definida como a quantidade de energia depositada pela radiação ionizante em uma substância. Kerma é definido como a soma das energias cinéticas iniciais de todas as partículas carregadas liberadas por radiação ionizante não carregada em uma substância. Em baixas energias, o kerma é aproximadamente igual à dose absorvida, uma vez que a maioria das energias cinéticas iniciais de todas as partículas carregadas depositam sua energia na amostra. Em energias mais altas, o kerma é maior do que a dose absorvida, porque alguns elétrons secundários e energéticos secundários escapamregião de interesse antes de depositar sua energia. A energia de escape é contada em kerma, mas não em dose absorvida. Observe que existem três mecanismos principais de interação dos raios gama com a matéria.

• Efeito fotoelétrico
• Efeito Compton
• Produção de pares

Kerma  medido na indústria (exceto medicina nuclear) geralmente tem doses mais baixas que um cinza, e os seguintes múltiplos são frequentemente usados:

1 mGy (miligray) = 1E-3 Gy

1 µGy (micrograma) = 1E-6 Gy

Dose absorvida é definida como a quantidade de energia depositada pela radiação ionizante em uma substância. Dose absorvida é dado o símbolo D . O rad (uma abreviação de R adiation A bsorbed D ose) é a unidade não SI da dose absorvida. A dose absorvida também é medida em uma unidade chamada cinza (Gy), que é derivada do sistema SI. O rad não-SI unit é usado predominantemente nos EUA.

Unidades de dose absorvida:

• Cinzento. Uma dose de um cinza é equivalente a uma unidade de energia (joule) depositada em um quilograma de uma substância.
• RAD. Uma dose de um rad é equivalente à deposição de cem ergs de energia em um grama de qualquer material.

RAD – Unidade de Dose Absorvida

Uma dose de um rad é equivalente à deposição de cem ergs de energia em um grama de qualquer material. Observe que o erg é uma unidade de energia e trabalha igual a 10 a ⁷ joules. Uma unidade relacionada, o roentgen, é usada para quantificar a exposição à radiação. O fator F pode ser usado para converter entre rads e roentgens.

Um rad é uma dose significativamente menor do que um cinza, que é uma grande quantidade de dose absorvida. Uma pessoa que absorveu uma dose de 100 rad do corpo inteiro absorveu um joule de energia em cada kg de tecido corporal (isto é, 1 Gy). As doses absorvidas medidas na indústria (exceto medicina nuclear) geralmente têm doses comparáveis ​​a um rad e os seguintes múltiplos são frequentemente usados:

1 mrad (milirad) = 1E-3 rad

1 krad (kilorad) = 1E3 rad

As conversões das unidades SI para outras unidades são as seguintes:

• 1 Gy = 100 rad
• 1 mGy = 100 mrad

O cinza e o rad são unidades físicas. Eles descrevem o efeito físico da radiação incidente (ou seja, a quantidade de energia depositada por kg), mas não nos diz nada sobre as consequências biológicas dessa deposição de energia no tecido vivo.

Cinza – Unidade de Dose Absorvida

Uma dose de um cinza é equivalente a uma unidade de energia (joule) depositada em um quilograma de uma substância. Esta unidade foi nomeada em homenagem a Louis Harold Gray , que foi um dos grandes pioneiros na biologia da radiação. Um cinza é uma grande quantidade de dose absorvida. Uma pessoa que absorveu uma dose de 1 Gy no corpo inteiro absorveu um joule de energia em cada kg de tecido corporal.

As doses absorvidas medidas na indústria (exceto medicina nuclear) geralmente têm doses mais baixas que um cinza, e os seguintes múltiplos são frequentemente usados:

1 mGy (miligray) = 1E-3 Gy

1 µGy (micrograma) = 1E-6 Gy

Cinza – Unidade de Dose Absorvida

Uma dose de um cinza é equivalente a uma unidade de energia (joule) depositada em um quilograma de uma substância. Esta unidade foi nomeada em homenagem a Louis Harold Gray , que foi um dos grandes pioneiros em biologia da radiação. Um cinza é uma grande quantidade de dose absorvida. Uma pessoa que absorveu uma dose de 1 Gy no corpo inteiro absorveu um joule de energia em cada kg de tecido corporal.

Exemplos de doses absorvidas em cinzas

RAD – Unidade de Dose Absorvida

Uma dose de um rad é equivalente à deposição de cem ergs de energia em um grama de qualquer material. Observe que o erg é uma unidade de energia e trabalha igual a 10 a ⁷ joules. Uma unidade relacionada, o roentgen, é usada para quantificar a exposição à radiação. O fator F pode ser usado para converter entre rads e roentgens.

Exemplos de doses absorvidas em rads

Dose absorvida é definida como a quantidade de energia depositada pela radiação ionizante em uma substância. Dose absorvida é dado o símbolo D . O rad (uma abreviação de R adiation A bsorbed D ose) é a unidade não SI da dose absorvida. A dose absorvida também é medida em uma unidade chamada cinza (Gy), que é derivada do sistema SI. O rad não-SI unit é usado predominantemente nos EUA.

Unidades de dose absorvida:

• Cinzento. Uma dose de um cinza é equivalente a uma unidade de energia (joule) depositada em um quilograma de uma substância.
• RAD. Uma dose de um rad é equivalente à deposição de cem ergs de energia em um grama de qualquer material.

RAD – Unidade de Dose Absorvida

Uma dose de um rad é equivalente à deposição de cem ergs de energia em um grama de qualquer material. Observe que o erg é uma unidade de energia e trabalha igual a 10 a ⁷ joules. Uma unidade relacionada, o roentgen, é usada para quantificar a exposição à radiação. O fator F pode ser usado para converter entre rads e roentgens.

Um rad é uma dose significativamente menor do que um cinza, que é uma grande quantidade de dose absorvida. Uma pessoa que absorveu uma dose de 100 rad do corpo inteiro absorveu um joule de energia em cada kg de tecido corporal (isto é, 1 Gy). As doses absorvidas medidas na indústria (exceto medicina nuclear) geralmente têm doses comparáveis ​​a um rad e os seguintes múltiplos são frequentemente usados:

1 mrad (milirad) = 1E-3 rad

1 krad (kilorad) = 1E3 rad

As conversões das unidades SI para outras unidades são as seguintes:

• 1 Gy = 100 rad
• 1 mGy = 100 mrad

O cinza e o rad são unidades físicas. Eles descrevem o efeito físico da radiação incidente (ou seja, a quantidade de energia depositada por kg), mas não nos diz nada sobre as consequências biológicas dessa deposição de energia no tecido vivo.

A exposição à radiação é uma medida da ionização do ar devido à radiação ionizante dos fótons de alta energia (raios X e raios gama). A exposição à radiação é definida como a soma das cargas elétricas (∆q) em todos os íons de um sinal produzido no ar quando todos os elétrons, liberados pelos fótons em um volume de ar cuja massa é ∆m, são completamente parados no ar.

A exposição à radiação é dado o símbolo X . A unidade SI de exposição à radiação é o coulomb por quilograma (C / kg), mas, na prática, o roentgen é usado.

Taxa de exposição à radiação

A taxa de exposição à radiação é a taxa na qual uma exposição é recebida. É uma medida da intensidade (ou força) da exposição. A taxa de exposição é, portanto, definida como:

Em unidades convencionais, é medido em mR / s ou R / h . Como a quantidade de exposição à radiação depende diretamente (linearmente) do tempo que as pessoas passam perto da fonte de radiação, a exposição é igual à força do campo de radiação (taxa de exposição) multiplicada pelo tempo gasto nesse campo. Deve-se enfatizar que esse conceito se aplica apenas aos raios X ou γ no ar em um ponto fora do corpo. A exposição à radiação não é aplicável para descrever nêutrons, partículas carregadas ou todas as interações que ocorrem dentro de um corpo.