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 .
Blindagem de raios-X
Veja também: Blindagem de radiação ionizante
Atenuação de raios X
À medida que os fótons de alta energia passam pelo material, sua energia está diminuindo. Isso é conhecido como atenuação . A teoria da atenuação também é válida para raios-X e raios gama . Acontece que os fótons de energia mais alta (raios-X duros) viajam através do tecido mais facilmente do que os fótons de baixa energia (isto é, os fótons de energia mais alta têm menor probabilidade de interagir com a matéria). Grande parte desse efeito está relacionada ao efeito fotoelétrico . A probabilidade de absorção fotoelétrica é aproximadamente proporcional a (Z / E) 3, onde Z é o número atômico do átomo de tecido e E é a energia do fóton. À medida que E aumenta, a probabilidade de interação diminui rapidamente. Para energias mais altas, a dispersão de Compton se torna dominante. A dispersão de Compton é constante para energias diferentes, embora diminua lentamente em energias mais altas.
Como pode ser visto, a blindagem eficaz dos raios X é, na maioria dos casos, baseada no uso de materiais com duas propriedades de materiais a seguir:
- alta densidade de material.
- alto número atômico de material (materiais com alto Z)
No entanto, materiais de baixa densidade e materiais de baixo Z podem ser compensados com espessura aumentada, o que é tão significativo quanto a densidade e o número atômico em aplicações de blindagem.
Um chumbo é amplamente utilizado como um escudo de raios-X . A principal vantagem da blindagem de chumbo está na sua compacidade devido à sua maior densidade. Um chumbo é amplamente utilizado como um escudo gama. Por outro lado, o urânio empobrecido é muito mais eficaz devido ao seu maior Z. O urânio empobrecido é usado para blindagem em fontes portáteis de raios gama.
Em usinas nucleares, a blindagem de um núcleo de reator pode ser fornecida por materiais do vaso de pressão do reator, internos do reator ( refletor de nêutrons ). Também o concreto pesado é geralmente usado para proteger os nêutrons e a radiação gama.
Em geral, a blindagem de raios-X é mais complexa e difícil do que a blindagem de radiação alfa ou beta . Para entender de maneira abrangente como um raio X perde sua energia inicial, como pode ser atenuado e como pode ser protegido, precisamos ter um conhecimento detalhado dos mecanismos de interação.
Veja também mais teoria: Interação de raios-X com a matéria
Veja também calculadora: Atividade gama para taxa de dose (com / sem proteção)
Consulte também XCOM – seção transversal do fóton DB: XCOM: banco de dados de seções transversais do fóton
Camada de metade do valor – raios-X
A camada de meio 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.
Exemplo:
De quanto água é necessário o escorço, se você deseja reduzir a intensidade de um feixe de raios X monoenergético de 100 keV ( feixe estreito ) para 1% da intensidade do 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 .
Tabela de camadas de metade do valor
Tabela de camadas de meio valor (em cm) para diferentes materiais com energias de fótons de 100, 200 e 500 keV.
Absorvedor | 100 keV | 200 keV | 500 keV |
Ar | 3555 cm | 4359 cm | 6189 cm |
Água | 4,15 cm | 5.1 cm | 7.15 cm |
Carbono | 2,07 cm | 2,53 cm | 3.54 cm |
Alumínio | 1,59 cm | 2,14 cm | 3.05 cm |
Ferro | 0,26 cm | 0,64 cm | 1.06 cm |
Cobre | 0,18 cm | 0,53 cm | 0,95 cm |
Conduzir | 0.012 cm | 0.068 cm | 0,42 cm |
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