Facebook do Portal São Francisco Google+
+ circle
Home  Raio X  Voltar

Raio X

 

Na tarde de 8 de novembro de 1895. apos o trabalho. o fisico Wilhelm Conrad Rontgen (1845-1923), reitor da Universidade Wurzburg. na Alemanha, resolveu continuar alguns experimentos que fazia no laboratóio de sua casa. Ele estava com sorte. Antes de cair a noite. um acaso o ajudaria a descobrir os raios X.

Foi naquela tarde que o homem ganhou a incrivel capacidade ver o invisivel. Como muitos físicos da epoca. Rontgen pesquisava o tubo de raios catódicos inventado pelo inglés William Crookes (1832-1919) anos antes.

Era um tibo de vidro dentro do qual um condutor metálico aquecido emitia elétrons, então chamados raios catódicos, em direcão a outro condutor. Quando Rontgen ligou o tubo naquiele dia, algo muito estranho aconteceu: perto do tubo. uma placa de uim material fluorescente chamado platino cianeto de bario brilhou.

Ele desligou o tubo e o brilho sumiu. Ligou de novo e la estava ele. O brilho persistiu mesmo quando Rontgen colocou um livro e uma folha de aluminio entre o tubo e a placa. Alguma coisa saia do tubo. atravessava barreiras e atingia o platino cianeto.

Por seis semanas, o fisico ficou enfurnado no laboratório. tentando entender o que era aquilo. No dia 22 de dezembro. fez a radiacao atravessar por 15 minutos a mão da mulher. Bertha, atingindo, do outro lado. uma chapa fotografica.

Revelada a chapa viam-se nela as sombras dos ossos de Bertha. na primeira radiografia da historia. Fascinado. mas ainda confuso. Rontgen decidiu chamar os raios de "X" - simbolo usado em ciência para designar o desconhecido.

Passados l00 anos, não so o raio X deixou de ser obscuro como ajudou a clarear muita coisa para o olho e para a mente humana. sem ele nao conheceriamos a estrutura das moléculas e nao poderiamos ver as explosões que incendeiam o Sol.

Tambem não teriamos informacoes importantes e curiosas sobre coisas tão diversas quanto o metodo de trabalho do pintor Van Gogh ou acredite - o torcicolo de mumias egipcias.

No início todos queriam ver opróprio esqueleto, os raios X causaram sensação. Seis dias depois de radiografar a mão de Bertha, Röntgen apresentou seu achado aos colegas da Universidade de Würzburg.

A imprensa noticiou o fato com destaque em 5 de,janeiro de 1896. No mesmo ano, os médicos adotaram a novidade. Imagine: com ela dava para ver ossos quebrados e órgãos doentes dentro do corpo humano. Logo começou a ser usada no tratamento do câncer.

Pesquisadores também radiografavam animais para estudos anatômicas.

Na sociedade, a reação era de deslumbramento. Todos queriam ver próprio esqueleto. Rápido, o amencano Thomas Alva Edison (1847-1931) inventou um instrumento com tela fluorescente que deixava ver a radiografia ao vivo, sem necessidade de revelar filmes.

Em 1902, um inglês bolou uma máquina de raios X controlada por moeda, como essas de refrigerante que temos hoge. Um pouco antes, em Nova Jersei. nos Estados Unidos, deputados tentaræn passar uma lei proibindo o uso da radiação. Eram defensores da moralidade e achavæn que os raios permitiam a qualquer um ver os corpos nus de quem andasse pelas ruas. Já pensou? Seri a delícia dos Voieurs.

A lei é claro, não foi aprovada. Inclusive porque, no máximo, se veria os esqueletos pelados, E o verdadeiro risco da radiação continuou sendo ignorado. Em pouco tempo, surgiriam as lesões provocadas pelos raios X.

As principais vítimas eram os operadores das máquinas, que sofriam exposições repetidas. Vários perderam as mãos.

Antes de ganhar o primeiro Nobel de Física, em 1901, Röntgen enfrentou a desconfiança de cientistas. Muitos alegavam que os raios X já eram conhecidos. Crookes, o inventor do tubo de raios catódicos que Röntgen estava usando em suas experiências, tinha notado a presença de uma radiação do lado de fora do tubo, Achou que eram os próprios raios catódicos, mas errou.

Como se soube mais tarde, esses raios são feixes de elétrons e não conseguem atravessar o vidro.

Röntgen constatou que seus raios X projetavam sombra em filmes fotogràficos e não podiam ser desviados por imãs.

Percebeu que era algo parecido com a luz, ou seja, ondas eletromagnéticas, pois é examente isso que são os raios X: ondas eletromagnéticas de comprimento muito curto, cerca de um millião de vezes menor do que 1 milímetro, mais ou menos a distância que separa um átomo de outro num sólido.

A descoberta gerou polêmica, Em apenas um ano, mereceu 49 livros e panfletos, além de mais de l000 artigos de jornais. Contra e a favor. Röntgen não se abalou. Estava acostumado a polêmicas.

Na adolescência fora expulso da escola técnica de Ultrech, acusado de fazer caricattiras de um professor. Mudou-se para Zurique, na Suíça, (onde acabou se formando em engenharia hidraulica, em 1868. No episódio do raio X, optou por responder aos críticos com atitudes nobres: doou o dinheiro que ganhou com o Nobel à Universidade de Wursburg.

"Eu considero que o trabalho de uma universidade deve beneficiar a tudos, sem idéia de lucro", afirmou na época. Nada facilitou mais o trabalho dos médicos do que o raio X. "Isso sem falar que ele deu o pontapé inicíal para o desenvolvimento de outros meios de ver o organismo. como a ressonância magnética, o ultrassom e a medicina nuclear".

As técnicas de detecção de imagem por raios X evoluírani, claro, mas também encontraram limites. A radiografia comum nunca foi eficiente para visualizar tecidos moles (o figado, os intestinos, o cérebro) que deixam a radiação passar quase completamente e não criam bons constrastes.

A proeza só foi possível com a tomografia computadorìzada, uma superevolução do raio X, que rendeu um Nobel ao inglês Godfrey Hounsfield e ao americano Aflan Corrnack, em 1979. O paciente fica no interìor de um grande anel que gira em torno dele. O anel emite e capta a radiação de muitos ângu1os diferentes. O resultado equivale a cerca de 130 000 radiografias.

Num computador, os sinais colhidos são transformados em imagens tridimensionais, com detalhes precisos de qualquer parte do organismo.

Mas a tecnologia promete restutados ainda mais incríveis, O Lawrence Livermore National Laboratory, nos Estados Unidos, está construindo um super tomógrafo, que trabalha associado a um microscópio de raios X.

Ele poderá distinguir áreas de apenas 0,000001 centímetros de largura e fornecer imagens trídimensionais de células vivas sem lesá-las.

A terapia por raios X também melhorou. No princípio, irradiava-se o local afetado pelo câncer, mas se atingia também outros órgãos. Hoje não. Programas sofisticados de computador localizam milimetricænente o tumor e determina a dose certa de radiação a ser aplicada.

Assim, os efeitos colaterais são muito menores. A grande ambição dos biólogos de nosso tempo é conhecer todos os genes do organismo humano para, em seguida, determinar a estrutura de todas as moléculas.

Assim, eles vão poder construir ferramentas químicas, genéticas e biológícas contra todas as doenças humanas, Parece megalomania, mas os raios X podem tranformar esse projeto em realidade, Eles já revelaræn a estrutura de várias moléculas, A do DNA, por exemplo, que carrega a herança genética humana, foi identificada em 1953.

A técnica que realizou a façanha foi a dìfração de raios X, ela fuciona assim: um feixe de raios incide sobre uma molécula e, ao encontrar um dos átomos dessa molécula, faz os seus elétrons oscilar.

Com isso, todos os elétrons geram mais raios X e do outro lado da molécula sai um chuveiro de raios. Isso é a difração.

A análise desse chuveiro permite achar a posição de cada àtomo e determinar a estrutura da molécula, "o uso do método já rendeu onze prêmios Nobel".

Mas os raios X apropriados para a difração não são os tradicionais. São aqueles emitidos pelos aceleradores circulares de elétrons, que produzem a chamada luz sincrotron, abrangendo as radiações visíveis e as invisíveis.

Esses raios X são mais homogêneos e tem um feixe mais intenso, , o que os torna muito mais eficientes para ver as menores partes da matéria.

Fonte: www.geocities.com

Raio X

Descoberta pelo físico alemão Wilhelm Roentgen, em 1895, a estranha radiação emanada da ampola de Crooks, capaz de atravessar os corpos opacos e impressionar uma chapa fotográfi ca, foi denominada radiação de raios X, por desconhecer sua verdadeira natureza.

A fotografi a obtida com os raios X ou raios Roentgen passou a ser chamada de radiografi a (do latim radius, ou raio) ou roentgenografi a. Kolliker propôs à Sociedade de Física de Würzburg, onde Roentgen comunicou por primeira vez a sua descoberta, que os raios X fossem chamados raios Roentgen.

Em muitos países da Europa, sobretudo na Alemanha, roentgenografi a éa denominação preferida, assim como também os termos que lhe são correlatos: roentgenoscopia, roentgenograma, roentgenologia, roentgenologista etc.

Nos Estados Unidos e em países latinos a preferência é para a raiz latina: radiografi a, radioscopia, radiologia, radiologista etc.

Na linguagem falada, descuidada e inforrmal é comum empregar-se entre nós o termo raio X no lugar de radiografi a, porém é inadmissível na linguagem científi ca formal, como publicações médicas, discursos em congressos, aulas no âmbito universitário, o uso de raio X como sinônimo de radiografi a. Ultimamente, deparamos com esse neologismo do jargão médico em relatórios médicos, em comunicações científi cas, em artigos de revistas e até em livros. São censuráveis expressões como: "Fazer raio X do paciente". " Examinar o raio X do doente". "O paciente fez um raio X de tórax". "Pedir um raio X de abdome".

Raio X vem sendo usado também em anúncios e placas sinalizadoras para indicar os serviços de radiologia em hospitais. Neste caso, dever-se ia pelo menos acrescentar um S ao raio para manter a denominação correta dada por Roentgen e em respeito à exatidão que devem ter os termos técnicos, pois até hoje ninguém conseguiu produzir um único raio X isolado e sim vários raios ao mesmo tempo, que impressionam o fi lme radiográfi co.

REFERÊNCIA

Rezende JM. Linguagem Médica. 3ªed. Goiânia: AB; 2004. p.352.

Fonte: www.fepecs.edu.br

Raio X

Visão de raio X: das ondas eletromagnéticas à radiografia

Por coincidência, o filme que você iria assistir era Superman, afinal, você é fã do homem de aço desde a sua infância e sabe que um de seus super poderes é a visão de raio X. Graças a ela, ele pode enxergar até através da parede mais grossa, desde que ela não seja feita de chumbo.

Um momento, você deve estar se perguntando o que os raios X têm a ver com as ondas eletromagnéticas?

Na época da sua descoberta, feita por Wilhelm Roentgen (ou Röntgen) em 1895, os raios X eram uma novidade diferente de tudo o que era conhecido. Eles permitiam ver o que havia dentro de um objeto ou mesmo de uma pessoa!

Por serem tão “estranhos”, ganharam este nome misterioso: raio X. Hoje sabemos que os raios X são apenas ondas eletromagnéticas de determinadas freqüências, mas o que parece ficção tem seu fundo de realidade: a descoberta dos raios X significou muito para a medicina.

No dia de sua descoberta, Roentgen permaneceu em seu laboratório depois do fim da jornada de trabalho. Assim como muitos cientistas de sua época, ele utilizava um tubo de Crookes para estudar a condutividade elétrica em gases.

Naquele experimento, o tubo, que possui um eletrodo em cada extremidade, estava totalmente revestido com papel preto e, na sala, havia um anteparo pintado com uma substância chamada platino cianeto de bário, cuja utilidade era detectar a radiação emitida pelo tubo.

Aumentando a tensão entre os eletrodos do tubo, Roentgen observou espantado que o anteparo estava brilhando, emitindo luz.

Ele sabia que aquela luz não poderia vir de nenhum outro lugar, pois a sala estava totalmente escura e o papel que revestia o tubo não poderia emitir nenhum tipo de luz. Havia algo saindo de dentro do tubo capaz de incidir no anteparo que estava longe.

Roentgen começou a colocar vários objetos entre o tubo e o anteparo, constatando que eles pareciam ser atravessados por aqueles raios. Finalmente, ele colocou sua própria mão e, mais espantado ainda, viu a imagem dos ossos dela impressa no anteparo.

Aperfeiçoando seu experimento, Roentgen passou a usar chapas fotográficas para registrar as imagens. Ele também contou com uma ajudante especial: sua esposa. A radiografia da mão dela é considerada a primeira radiografia da história: podemos ver que além dos ossos, a radiografia registrou o anel que ela usava em seu dedo!


Radiografia da mão da esposa de Roentgen

Ver o interior do corpo humano através das roupas e da pele era algo tão impressionante para a época que a imprensa de vários países divulgou a descoberta dando total destaque. Um misto de curiosidade e preocupação tomou conta das pessoas: elas consideravam aquilo como um tipo de fotografia especial, mas que invadia a sua privacidade.

Não demorou muito para que lojas anunciassem a venda de roupas íntimas à prova de raios X!

Apesar do deslumbramento causado pela novidade, apenas um mês depois de Roentgen ter feito a primeira radiografia, o professor Michael Pupin, da Universidade de Columbia, radiografou a mão de um caçador que havia sofrido um acidente com sua espingarda. Na imagem, é possível identificar várias bolinhas pretas que representam os pedaços de chumbo alojados na mão do caçador.


Radiografia da mão do caçador

Graças à descoberta de Roentgen e dos inúmeros aperfeiçoamentos ocorridos ao longo do tempo, hoje é fácil e seguro fazer uma radiografia. Os equipamentos de raio X têm a dosagem e o tempo de exposição controlados, minimizando a radiação que o paciente recebe durante a exposição, sem perder a qualidade da imagem que é, sem dúvida, muito mais nítida do que as obtidas por Roentgen e pelo prof. Pupin.

Em um aparelho moderno, o feixe de raio X é produzido por um equipamento semelhante ao tubo de Crookes. O paciente fica localizado entre o tubo que produz o feixe e a parte onde está o filme radiológico. Quando o feixe de raio X atinge o paciente, ele interage com os tecidos podendo ser mais ou menos absorvido, de acordo com a densidade de cada um.

Os ossos são bastante densos por isso absorvem uma maior quantidade de radiação e aparecem opacos (brancos) na radiografia. Os músculos são pouco densos, absorvem menos radiação e aparecem escurecidos. A radiação que não é absorvida pelo tecido atinge o filme radiológico deixando-o escuro.

Assim como músculos e ossos têm densidades diferentes, tecidos doentes também têm densidades diferentes de tecidos saudáveis, por isso que tumores podem ser facilmente visualizados em radiografias.

Fraturas, objetos metálicos, entre outras coisas também ficam visíveis devido à sua densidade. Agora fica fácil de entender porque o Superman não enxerga através do chumbo: ele é muito denso para que os raios X o atravessem.

Voltando à nossa história, quanto ao braço machucado, um alívio: ele não está quebrado! Nenhum sinal de fratura, apenas um mau jeito.

Veja abaixo a diferença entre a radiografia de ossos do braço fraturados e a de ossos não fraturados:


Fraturado


Sem Fratura

Fonte: www.cienciaviva.org.br

Raio X

Descoberta dos raios X

Em 1895, o físico Wilhelm Konrad Roentgen, estudando descargas elétricas em gases rarefeitos e ampolas de Crookes, por acaso descobriu os raios X. Ele tinha uma ampola de Crookes encerrada em uma caixa de papelão, e alimentada por uma bobina de Rumkhorff.

Com o conjunto em um quarto escuro, êle observou que, quando o tubo funcionava, se produzia fluorencência num cartão pintado com platino-cianureto de bário.

A fluorescência era observada quer estivesse voltada para o tubo a face do cartão pintada com platino cianureto de bário, quer a face oposta, e até com êste cartão afastado a dois metros do tubo.

A fluorescência não era causada pelos raios catódicos, pois êstes não atravessam o vidro do tubo. Roentgen observou a seguir que o agente causador da fluorescência se originava na parede do tubo de Crookes, no ponto onde os raios catódicos encontravam essa parede. Não sabendo do que se tratava, Roentgen chamou raio X a êsse agente.

Tubos de raios X

Raios X são produzidos todas as vezes que elétrons encontram um obstáculo. Na experiência de Roentgen, êles eram produzidos quando os elétrons encontravam a parede do tubo. Há dois tipos de tubos de raios X em uso.

1º - Tubos a gás

Possuem gás à pressão de mais ou menos 0,001 mm Hg. O tubo é esférico, e além do catodo C e do anodo A, possui um terceiro eletrodo B, chamado alvo, colocado no centro da esfera. O alvo B está ligado ao anodo A, de maneira que ficam ao mesmo potencial.

Este alvo combinado com o anodo, produz um campo elétrico que encurva a trajetória dos elétrons e faz que a maioria dos elétrons encontre o alvo perpendicularmente. A diferença de potencial entre o catodo e o anodo nestes tubos é de 30.000 a 50.000 volts.

Resumo

Os elétrons saem do catodo, chocam-se com o alvo, e nesse choque se produz raios X. A figura abaixo é fotografia de um desses tubos; o diâmetro da esfera é de um palmo, aproximadamente.

2º - Tubo Coolidge

Neste tubo é feito o melhor vácuo possível. O catodo é aquecido por uma corrente elétrica fornecida por um gerador P. Assim aquecido êle emite muito maior quantidade de elétrons, como estudaremos no tópico "A Emissão dos Elétrons por Corpos Aquecidos, ou Efeito Edison" (efeito Edison).

Não possui o alvo B, pois o próprio anodo atua como alvo e emite os raios X. A diferença de potencial entre o catodo e o anodo, fornecida pelo gerador G, nestes tubos pode ser desde 100.000 até 1.000.000 de volts.

Produção dos raios X

A produção dos raios X é explicada do seguinte modo: os elétrons emitidos pelo catodo são fortemente atraídos pelo anodo, e chegam a êste com grande energia cinética. Chocando-se com o anodo, êles perdem a energia cinética, e cedem energia aos elétrons que estão nos átomos do anodo.

Estes elétrons são então acelerados. E acelerados, emitem ondas eletromagnéticas que são os raios X. Já tínhamos visto, que os raios X são ondas eletromagnéticas de comprimento de onda muito pequeno.

Propriedade dos raios X

Sendo ondas eletromagnéticas, os raios X possuem todas as propriedades gerais dessas ondas, que o leitor já conhece para o caso da luz: sofrem reflexão, refração, interferência, difração, polarização.

Propagam-se em linha reta, com velocidade igual à da luz.

Tornam fluorescentes muitos corpos sobre os quais incidem, como por exemplo, platino cianureto de bário (e por esta propriedade que permitiu sua descoberta).

Provocam ação química em certas substâncias. Por exemplo, impressionam chapas fotográficas. Esta propriedade é muito mais intensa nos raios X que na luz, porque, como êles têm menor comprimento de onda, têm maior energia que a luz. Êles impressionam chapas fotográficas mesmo quando elas estão protegidas por superfícies que a luz não atravessa, como por exemplo, caixas de papelão, ou papel preto, etc..

Atravessam grandes espessuras de materiais. A facilidade maior ou menor com que os raios X atravessam as substâncias depende do comprimento de onda dos raios X, da espessura da substância e do seu peso atômico. Os raios X de menor comprimento de onda, da ordem de 0,01A, têm maior facilidade para penetrar nos corpos: são chamados raios X duros.

Os de maior comprimento de onda, da ordem de 1A, penetram menos nos corpos: são chamados raios X moles. Atravessam com grande facilidade as substâncias de pequeno peso atômico, como por exemplo, os elementos fundamentais dos corpos orgânicos, carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio. As substâncias pesadas são dificilmente atravessadas. Assim, o chumbo é usado frequentemente para barrar os raios X.

Ionizam as moléculas dos gases por onde passam, isto é, arrancam elétrons dessas moléculas.

Como são ondas eletromagnéticas, e, portanto, não têm carga elétrica, não são desviados por campo elétrico, nem por campo magnético.

Os raios X são usados em medicina para radiografias e para cura de certos tumores e certas moléstias de pele.

A radiografia é uma fotografia tirada com raios X, em vez de ser tirada com luz.

Os raios X podem exercer, sobre os tecidos, ações benéficas ou maléficas, conforme a dose com que são absorvidos. Assim como curam, também podem produzir doenças, como por exemplo, a doença de pele chamada radiodermite, muito perigosa porque pode se transformar em câncer.

Está provado que existe uma dose de raios X máxima que cada pessoa pode receber por semana. Qualquer pessoa pode ser submetida à doses compreendidas nesse limite máximo, sem perigo. Um fato perigosíssimo, que se nota na quase totalidade dos hospitais e consultórios médicos que fazem aplicações de raios X, é que os médicos e técnicos que trabalham com os aparelhos de raios X não controlam as doses que êles mesmos recebem enquanto trabalham.

Pois, assim como a luz que incide numa parede e se espalha por todas as as direções, os raios X também se espalham quando encontram um obstáculo. Por causa disso, quando um técnico está manuseando o aparelho de raios X para fazer aplicação em outra pessoa, êle também recebe certa dose de raios X que foi espalhado.

Esses técnicos trabalham várias horas por dia, todos os dias, recebendo raios X, e quando não são controlados, suas vidas correm perigo. Embora êles se protejam com avental e luvas de chumbo, e óculos com vidro à base de chumbo, sempre recebem alguma dose.

Aplicações

Todos conhecem as aplicações dos raios X na medicina, em radiografias e curas de certas moléstias. Mas êles têm muitas aplicações na técnica e na pesquisa em Física. Eles muito contribuíram para o conhecimento da estrutura da matéria.

Por meio de raios X se conseguiu provar a estrutura reticular dos cristais. Em Mineralogia, a aplicação dos raios X é tão intensa que foi criada dentro dela, uma especialização chamada “Ótica Cristalográfica”, que trata das propriedades dos cristais reveladas por raios X.

Edison descobriu que os corpos aquecidos emitem elétrons. Esse fenômeno é chamado efeito Edison, ou emissão termoiônica.

A emissão termoiônica é mais intensa se o corpo estiver no vácuo.

Para demonstrar o fenômeno, Edison realizou a seguinte experiência: adaptou duas placas metálicas A e B próximas em uma ampola de vidro e fez o vácuo na ampola. Depois ligou as placas metálicas para fora da ampola, intercalando um galvanômetro G entre elas.

Observou que, quando uma das placas, por exemplo A, era aquecida, o galvanômetro acusava a passagem de uma corrente elétrica. Isso porque a placa aquecida expelia elétrons que, atingindo a placa B depois circulavam pelo condutor, passando pelo galvanômetro.

Válvulas eletrônicas

As válvulas eletrônicas, usadas nos rádios, baseiam-se no efeito Edison. Nessas válvulas existe uma placa metálica P, e um filamento metálico F que é aquecido por meio de uma corrente elétrica (não desenhamos o circuito dessa corrente na figura a seguir para não complicá-la).

Para acelerarmos a passagem dos elétrons entre F e P, ligamos F ao polo negativo de um gerador e P ao polo positivo. Desse modo, os elétrons ao serem emitidos por F são imediatamente atraídos para P, e obtemos uma corrente elétrica mais forte.

Fonte: efisica.if.usp.br

Raio X

Definição

Tipo de radiação eletromagnética penetrante e invisível ao olho humano, com comprimento de onda menor que o da luz visível.

Os raios X são produzidos quando se bombardeia um alvo, como um metal, com elétrons em alta velocidade

. Essa capacidade de penetração permite que os raios X sejam utilizados para fazer imagens do interior do corpo humano ou de estruturas internas-meio-ambiente de objetos, seja na indústria, na Medicina ou na pesquisa científica.

Foram descobertos por acaso, em 1895, pelo físico alemão Wilhelm Conrad Roentgen (1845-1923), quando trabalhava com um tubo de raios catódicos – aparelho que emite elétrons acelerados e focados para uma tela fosforescente e constitui a base da televisão.

O tubo estava envolto por uma caixa de papelão negra, mas Roentgen percebeu que uma tela deixada perto emitia luz toda vez que o tubo funcionava. Ele provou que a causa da luminescência eram raios invisíveis e misteriosos que chamou de “X”.

Esse tipo de radiação é produzida sempre que os elétrons em alta velocidade atingem um objeto; parte da energia do choque produz os raios ao atingir os átomos do alvo.

Assim como a luz visível, os raios X também podem sensibilizar o filme fotográfico.

Seu grau de absorção por uma substância depende da densidade e do peso atômico dela. Quanto menor o peso atômico, mais transparente é a substância aos raios X.

Os ossos, por terem elementos de maior peso atômico do que os órgãos e a carne, absorvem mais a radiação e por isso deixam sombras mais escuras no filme fotográfico.

Fonte: www.radiacao.com.br

Raio X

No fim da tarde de 8 de novembro de 1895, quando todos haviam encerrado a jornada de trabalho, o físico alemão Wilhelm Conrad Roentgen (1845-1923) continuava no seu pequeno laboratório, sob os olhares atentos do seu servente.

Enquanto Roentgen, naquela sala escura, se ocupava com a observação da condução de eletricidade através de um tubo de Crookes, o servente, em alto estado de excitação, chamou-lhe a atenção: "Professor, olhe a tela!".

Nas proximidades do tubo de vácuo havia uma tela coberta com platinocianeto de bário, sobre a qual projetava-se uma inesperada luminosidade, resultante da fluorescência do material. Roentgen girou a tela, de modo que a face sem o material fluorescente ficasse de frente para o tubo de Crookes; ainda assim ele observou a fluorescência.

Foi então que resolveu colocar sua mão na frente do tubo, vendo seus ossos projetados na tela. Roentgen observava, pela primeira vez, aquilo que passou a ser denominado raios X.

O parágrafo acima pode ser uma dramatização do que de fato ocorreu naquele dia, mas o fato que a história registra é que esta fantástica descoberta teve estrondosa repercussão, não apenas na comunidade científica, como também nos meios de comunicação de massa.

Por exemplo, em 1896, menos de um ano após a descoberta, aproximadamente 49 livros e panfletos e 1.000 artigos já haviam sido publicados sobre o assunto. Um levantamento feito por Jauncey no jornal norte-americano St. Louis Post-Dispatch, mostra que, entre 7 de janeiro e 16 de março de 1896, quatorze notas foram publicadas sobre a descoberta e outros estudos relacionados.

Todavia, as mais conhecidas referências a essa descoberta tendem a minimizar o mérito do seu autor, enfatizando o aspecto fortuito da observação. Essa visão distorcida que se tem do trabalho de Roentgen só é eliminada quando se toma conhecimento dos seus relatos.

Com 50 anos de idade na época da descoberta dos raios X, e menos de 50 trabalhos publicados, Roentgen tinha como temas prediletos as propriedades físicas dos cristais e a física aplicada (em 1878 apresentou um alarme para telefone, e em 1879, um barômetro aneróide). Sobre os raios X publicou apenas três trabalhos, e ao final da sua vida não chegou a ultrapassar a marca dos 60.

Para um detentor do Prêmio Nobel de Física, esta é uma quantidade relativamente inexpressiva. Essa "pequena" produção talvez seja conseqüência do seu rigoroso critério de avaliação dos resultados obtidos. Pelo que se sabe, ele era tão cuidadoso, que jamais teve de revisar os resultados publicados. Lendo seus dois primeiros artigos sobre os raios X, percebe-se a acuidade do seu trabalho.

Além da inegável importância na medicina, na tecnologia e na pesquisa científica atual, a descoberta dos raios X tem uma história repleta de fatos curiosos e interessantes, e que demonstram a enorme perspicácia de Roentgen.

Por exemplo, o físico inglês Sir William Crookes (1832-1919) chegou a queixar-se da fábrica de insumos fotográficos Ilford, por lhe enviar papéis "velados". Esses papéis, protegidos contra a luz, eram geralmente colocados próximos aos seus tubos de raios catódicos, e os raios X ali produzidos (ainda não descobertos) os velavam.

Outros físicos observaram esse "fenômeno" dos papéis velados, mas jamais o relacionaram com o fato de estarem próximos aos tubos de raios catódicos! Mais curioso e intrigante é o fato de que o físico alemão Philipp Lenard (1862-1947) "tropeçou" nos raios X antes de Roentgen, mas não percebeu.

Assim, parece que não foi apenas o acaso que favoreceu Roentgen; a descoberta dos raios X estava "caindo de madura", mas precisava de alguém suficientemente sutil para identificar seu aspecto iconoclástico. Para entender porquê, é necessário acompanhar a história dos raios catódicos.

Raios Catódicos e Raios Lenard versus Raios X

Em 1838, o físico inglês Michael Faraday (1791-1862) realizou uma série de experimentos com descargas elétricas em gases rarefeitos, ligando definitivamente seu nome à descoberta dos raios catódicos. Todavia, devido às dificuldades técnicas com a produção de vácuo de boa qualidade, esses trabalhos só tiveram novo impulso vinte anos depois.

Essa nova fase, iniciada por volta de 1858, pelo físico alemão Julius Plücker (1801-1868), produziu resultados que desafiaram a inteligência humana durante quase quarenta anos, até que um bom entendimento do fenômeno fosse obtido.

A denominação raios catódicos (Kathodenstrahlen) foi introduzida pelo físico alemão Eugen Goldstein (1850-1931), em 1876, ocasião em que ele apresentou a interpretação de que esses raios eram ondas no éter. Uma interpretação contrária, defendida pelos ingleses, também chamava a atenção do mundo científico da época.

Para Crookes, os raios catódicos eram moléculas carregadas, as quais constituiam o quarto estado da matéria (essa denominação é hoje usada quando nos referimos ao plasma, que é exatamente o que se tem quando se produz uma descarga elétrica num gás rarefeito!).

Em 1897, o físico inglês Sir Joseph John Thomson (1856-1940) encerrou a polêmica, demonstrando que os raios catódicos eram elétrons. Ao longo desses 40 anos, diversas observações, comentários e hipóteses sugerem que vários pesquisadores andaram "rondando a porta da descoberta dos raios X".

Anderson relaciona algumas dessas indicações; nos seus dois primeiros trabalhos, Roentgen se refere às possibilidades que Lenard teve de fazer a descoberta.

Num artigo publicado em 1880, Goldstein menciona que uma tela fluorescente podia ser excitada, mesmo quando protegida dos raios catódicos. Publicado em alemão e em inglês, este trabalho deve ter chegado ao conhecimento de quase todos os pesquisadores envolvidos nesses estudos, no entanto, nos quinze anos seguintes ninguém questionou o fato de que a tela fluorescia, mesmo sem ser atingida pelos raios catódicos!

Também Thomson chegou perto; um ano antes da descoberta dos raios X, ele relatou que havia observado fosforescência em peças de vidro colocadas a vários centímetros de distância do tubo de vácuo.

Entre todos os pesquisadores, Lenard parece ter sido aquele que mais se aproximou da descoberta de Roentgen. Dando continuidade aos trabalhos do seu professor, Heinrich Hertz (1857-1894), Lenard realizou experiências para verificar se os raios catódicos produzidos no interior de um tubo de Crookes poderiam ser observados no exterior.

Para tanto, construiu um tubo de Crookes com uma pequena janela de alumínio (espessura de aproximadamente 0,0025 mm) no lado oposto ao catodo, e passou a observar os raios catódicos fora do tubo, através da sua interação com materiais fosforescentes.

Posteriormente esses raios ficaram conhecidos como raios Lenard. Em 1894 Lenard publica, na revista alemã Annalen der Physik, suas primeiras observações, entre as quais destacam-se:

1. Os raios Lenard sensibilizavam uma chapa fotográfica.

2. Um disco de alumínio eletricamente carregado descarregava-se quando era colocado no trajeto desss raios, mesmo quando este disco era colocado a uma distância superior a 8 cm (o alcance máximo dos raios catódicos no ar).

Quando a mão era colocada na frente do feixe, o efeito de descarga elétrica desaparecia. Comentando esses resultados, Lenard escreveu: "Não se pode afirmar se estamos observando uma ação dos raios catódicos sobre a superfície da janela de alumínio, ou sobre o ar, ou finalmente sobre o disco carregado! Todavia, a última ação é bastante improvável a grandes distâncias da janela".

3. Os raios eram defletidos continuamente por um campo magnético; isto é, alguns raios eram defletidos mais do que outros, e existiam alguns que não se defletiam!

De tudo que se sabe hoje, conclui-se que os raios Lenard eram constituídos de raios catódicos (elétrons) e de raios X, mas ele acreditava que eram apenas raios catódicos! Bastava que ele tivesse usado uma janela de alumínio bastante espessa, de tal modo que os elétrons não pudessem atravessá-la, para ter um feixe de raios X!.

De acordo com Anderson, Lenard ficou profundamente desapontado por ter deixado escapar essa descoberta, e jamais usou o nome de Roentgen quando se referia aos raios X.

Foto recente do laboratório de Roentgen no Instituto de Física de Würzburg. Hoje, é um museu mas mostra, mais ou menos, como era seu local de trabalho quando Roentgen descobriu os raios-X.

O fortuito 8 de novembro de 1895

Na última década do século passado, as pesquisas sobre os raios catódicos constituíam o tema mais efervescente em toda a Europa, de modo que parece natural o desejo de Roentgen, então diretor do Instituto de Física da Universidade de Würzburg, de repetir algumas das experiências divulgadas.

De acordo com Fuchs e Romer, os experimentos de Roentgen tiveram início em 1894, mas quase toda a literatura histórica dá conta de que esses trabalhos iniciaram em 1895. Mais adiante discutiremos esse pequeno mistério. Apresentaremos aqui o que se sabe dos fatos ocorridos a partir daquela sexta-feira, 8 de novembro de 1895.

A literatura sobre a evolução dos fatos apresenta algumas controvérsias, mas uma coisa parece certa: Roentgen não trabalhou com os raios X mais do que 3 anos.

Além disso, em menos de 8 semanas ele descobriu praticamente todas as propriedades fundamentais desses, escreveu três trabalhos sobre o assunto, e já em 1897 estava de volta aos seus temas favoritos, abandonando um assunto de tanta fertilidade, que proporcionou a obtenção do Prêmio Nobel de Física, não apenas a ele (1901), como também a Lenard (1905), Thomson (1906), Lauer (1914), W.H. Bragg e W.L. Bragg (1915), Barkla (1917) e Siegbahn.(1924).

Numa carta enviada em fevereiro de 1896 ao seu grande amigo Ludwig Zehnder, Roentgen diz que, durante os experimentos, não falou a ninguém sobre o seu trabalho, exceto à sua esposa. Assim, o parágrafo que inicia o presente artigo, extraído de um relato de Manes, pode ser falso; ele foi usado aqui como força de expressão dramática.

O que se sabe é que em 28 de dezembro de 1895 Roentgen encaminhou ao presidente da Sociedade de Física e Medicina de Würzburg (SFMW) um manuscrito, intitulado "Sobre um novo tipo de raios" ("On a new kind of rays", ou, em alemão, "Ueber eine neue art von strahlen"), que ele considera como uma "comunicação preliminar".

Pela profundidade e concisão com que os resultados são apresentados, não surpreende que este tenha sido o mais importante dos três trabalhos publicados por Roentgen. Em 9 de março de 1896 ele envia, à mesma sociedade, sua segunda comunicação, com o mesmo título da primeira. Em seu artigo, Watson transcreve essas duas comunicações; as versões originais, em alemão, e as traduções, em inglês. Segundo Jauncey, o terceiro artigo é datado de 10 de março de 1897.

Na edição de 23 de janeiro de 1896, Nature publica uma versão inglesa da primeira comunicação, sendo imediatamente reproduzida em Science, Scientific American Supplement, Journal of the Franklin Institute e na revista popular Review of Reviews (semelhante a Reader’s Digest). A revista alemã Annalen der Physik, em sua edição de 1o de janeiro de 1898, reproduz os três artigos.

Cópias do primeiro trabalho, com a radiografia de uma mão, foram enviadas, entre o final de dezembro e o início de janeiro, aos principais cientistas da Europa, que assim tomaram conhecimento da grande descoberta, uma vez que os anais da SFMW tinham circulação bastante limitada, praticamente local.

Roentgen recebeu inúmeros convites para conferências, mas parece que declinou de todas, exceto uma, apresentada na SFMW, em 23 de janeiro de 1896, na qual obteve enorme sucesso, apesar da sua reconhecida timidez.

Nessa conferência, ele tirou várias radiografias, inclusive uma que ficou famosa, da mão do grande anatomista, professor da Universidade de Würzburg, A. von Kölliker. A cada radiografia que ele conseguia, a audiência reagia com entusiasmo e estrondoso aplauso.

Em uma de suas experiências, colocou a mão de sua mulher, Bertha, na frente do filme e obteve a primeira radiografia da história, mostrando os ossos de Dona Bertha e até seu anel de casamento.

As duas primeiras comunicações

As duas primeiras comunicações de Roentgen, que ele considerava como uma única, são belos exemplos de objetividade e concisão, sem deixar de lado a profundidade que o tema requer. Impressiona a quantidade de dados obtidos em tão pouco tempo, mas frustra a expectativa do leitor interessado na heurística da investigação e na montagem do equipamento; não há qualquer informação detalhada nesse sentido.

Ele informa que usou uma grande bobina de Ruhmkorff, mas não especifica que tipo de tubo de vácuo usou; mais adiante discutiremos essa questão.

Os resultados são apresentados em 21 tópicos, muitos dos quais contendo um único parágrafo, ao longo dos quais Roentgen discute praticamente todas as propriedades fundamentais dos raios X. Na ordem em que aparecem nas comunicações, são as seguintes essas propriedades.

Em primeiro lugar, os raios podem ser detectados através de cintilações numa tela fosforescente, ou de impressões numa chapa fotográfica. Diferentemente dos raios catódicos, os raios X podem ser observados mesmo quando a tela é colocada a uma distância de aproximadamente dois metros do tubo de vácuo (os raios catódicos não ultrapassam mais do que oito centímetros no ar).

Roentgen testa a transparência de uma quantidade enorme de materias, verificando que duas propriedades são importantes: a densidade do material e a espessura; quanto mais denso e mais espesso, menos transparente. Depois de testar a transparência, Roentgen investiga efeitos de refração e de reflexão. Não observa nem um nem outro, embora tenha ficado em dúvida quanto à reflexão.

Tenta defletir os raios X com o auxílio de uma campo magnético, mas não consegue, e aqui estabelece uma das fundamentais diferenças, do ponto de vista experimental, entre os raios X e os raios catódicos, pois estes são facilmente defletidos por uma campo magnético.

No tópico 12 ele discute uma das questões mais fundamentais para a identificação dos raios X. Ele conclui que esses raios são produzidos pelos raios catódicos na parede de vidro do tubo de descarga! Na seqüência ele informa que observou raios X produzidos pelo choque de raios catódicos numa chapa de alumínio, e promete testar outros materiais.

Um ano depois, em 17 de dezembro de 1896, o físico inglês Sir George Stokes demonstrou que os raios X são produzidos pela desaceleração de partículas carregadas, um fenômeno que ocorre quando, por exemplo, elétrons com alta energia penetram num material pesado! Ou, na linguagem da época, quando os raios catódicos penetram num material pesado!

No tópico 17, que encerra a primeira comunicação, ele discute a natureza dos raios X. Obviamente descarta a identidade com os raios catódicos. Sugere que poderia ser algo como a luz ultravioleta, devido aos efeitos fluorescentes e à impressão de chapas fotográficas, mas no cotejamento de outras propriedades chega à conclusão de que os raios X não podem ser da mesma natureza da luz ultravioleta usual.

Finaliza o artigo sugerindo que os raios X poderiam ser vibrações longitudinais no éter. Como se sabe, essa hipótese era usada pelos alemães (Goldstein, Hertz, Lenard, e outros) para explicar os raios catódicos.

No início da segunda comunicação, tópico 18, Roentgen examina a questão do efeito dos raios X sobre os corpos eletrizados, fazendo referência aos resultados publicados por Lenard. De imediato sugere que os efeitos atribuídos por Lenard aos raios catódicos, eram, de fato, devidos aos raios X produzidos na janela de alumínio do seu tubo de vácuo. (Lenard estava com os raios X ali, na sua frente, e não sabia!)

Nos tópicos finais, 19, 20 e 21, discute questões de ordem prática: operação da bobina de indução, manutenção do vácuo e diferença entre alumínio e platina, no que concerne à intensidade do feixe produzido.

O que mais, além do acaso?

Para se entender a descoberta dos raios X como fruto de um planejado trabalho científico, muito mais do que um evento fortuito, seria necessário o conhecimento da heurística que orientou o planejamento da pesquisa. Infelizmente, Roentgen não dá qualquer esclarecimento sobre essa heurística.

Como vimos acima, seus relatos descrevem objetivamente os resultados obtidos, sem grandes elocubrações ou conjecturas teóricas. Ao historiador resta a alternativa de especular, a partir de fatos conhecidos, na tentativa de montar um esquema racional plausível para a grande descoberta. Duas dúvidas jamais foram esclarecidas na literatura:

Teria Roentgen usado vários tipos de tubos de vácuo? Se as informações de Fuchs e Romer estão corretas, por que Roentgen substituiu o tubo de Lenard por um tubo convencional (Hittorf ou Crookes)?

Por que envolver o tubo com uma cartolina preta?

Numa entrevista concedida ao jornalista Dam, em janeiro de 1896, Roentgen informa que estava usando um tubo de Crookes no momento da descoberta (8 de novembro de 1895). Numa carta enviada a Zehnder (fevereiro de 1896), ele diz que usou uma bobina de Ruhmkorff 50/20 centímetros, com interruptor Deprez, e aproximadamente 20 amperes de corrente primária.

O sistema é evacuado com uma bomba Raps, ao longo de vários dias. Os melhores resultados são obtidos quando os eletrodos da descarga estão afastados por uma distância de aproximadamente 3 cm.

Mais uma vez, não especifica o tipo de tubo usado; diz apenas que o fenômeno pode ser observado em qualquer tipo de tubo de vácuo, inclusive em lâmpadas incandescentes.

Que Roentgen descobriu os raios X por acaso, parece não haver dúvida. De que outra forma algo tão inesperado poderia ser descoberto? Agora, sobre o que não se tem certeza é qual foi o acidente que proporcionou a descoberta, e em que momento ele ocorreu.

É difícil de imaginar que no primeiro arranjo experimental Roentgen tenha envolvido o tubo com a cartolina. O que ele esperava ver atravessando a cartolina preta, senão raios X? Como é possível, em menos de dois meses, alguém abordar aquela enorme quantidade de aspectos fundamentais de um fenômeno desconhecido, por mais genial que seja? Por outro lado, se o "verdadeiro" momento da descoberta não é o 8 de novembro, qual a razão para Roentgen fazer-nos crer que esta é a data correta?

Puro acidente ou não, o fato é que a repercussão da descoberta foi de tal ordem que, com muita justiça, o primeiro Prêmio Nobel de Física (1901) foi concedido a Roentgen.

Radiografia tirada por Roentgen de seu rifle de caça. Observe que há um pequeno defeito no cano. Com essa foto, Roentgen antecipou o uso industrial dos raios-x como controle de qualidade de peças.

A repercussão imediata

Em termos de repercussão imediata, a descoberta dos raios X parece ser um caso único na história da ciência. A observação do eclipse solar de 1919, que comprovou parte da teoria da relatividade geral de Einstein, é um rival de respeito quando se considera a repercussão na imprensa, mas não chega a competir, nem de leve, quando se considera a repercussão no meio científico (A recente descoberta das cerâmicas supercondutores também teve forte impacto na imprensa e na comunidade científica, mas não temos conhecimento quantitativo desse impacto).

As notáveis aplicações na medicina foram imediatamente percebidas pelo próprio Roentgen, que fez uma radiografia da sua mão. Pesquisadores em todo o mundo passaram a repetir a experiência de Roentgen, não apenas na tentativa de descobrir novas aplicações, como também com o objetivo de compreender o fenômeno, uma tarefa que desafiou a inteligência humano ao longo de quase três décadas.

A primeira grande questão referia-se à natureza da radiação. Aliás, o levantamento do noticiário feito por Jauncey mostrou a confusão que se fazia entre raios X e raios catódicos. Não apenas os jornais usavam indistintamente esses dois termos, mas também alguns físicos.

É importante salientar que a descoberta de que os raios catódicos eram elétrons foi feita por Thomson dois anos após a descoberta de Roentgen. Mesmo os cientistas que não confundiam raios catódicos com raios X, não sabiam do que se tratava essa coisa descoberta por Roentgen.

Existiam duas escolas de pensamento. Uma, à qual pertenciam os ingleses Thomson e Stokes, acreditava que os raios X eram vibrações transversais no éter, da mesma forma como a luz ordinária. A outra escola, à qual pertencia o alemão Lenard, defendia que os raios X eram vibrações longitudinais no éter. Depois de extensivos experimentos, a polêmica foi decidida favoravelmente à escola inglesa.

Quando, em 1905, Einstein propôs a idéia do fóton de energia, um conceito que admitia um caráter corpuscular para a luz, foi possível calcular o comprimento de onda associado aos raios X, mas evidências experimentais do caráter corpuscular só surgiram com os trabalhos de Bragg, depois de 1908. Por volta de 1912 mais confusão veio à tona. Naquele ano, Max von Laue e seus estudantes W.

Friedrich e P. Knipping descobriram a difração dos raios X em cristais de sulfeto de zinco (ZnS), uma experiência definitiva para o estabelecimento do caráter ondulatório dos raios X. A confusão causada por essa dualidade só foi resolvida com os trabalhos de de Broglie, a partir de 1923.

Portanto, a visão que se tem hoje dos raios X, é que eles pertencem ao espectro eletromagnético, e como tal apresentam a dualidade partícula-onda: dependendo das circunstâncias, evidenciam propriedades corpusculares ou ondulatórias.

Ao espectro eletromagnético pertencem a luz visível, as ondas de rádio, o ultravioleta, o infravermelho e as radiações gama. Fundamentalmente, o que diferencia uma radiação de outra é o comprimento de onda. Para se ter uma idéia, o comprimento de onda da luz visível é mil vezes maior do que o dos raios X.

Além desse enorme interesse despertado na comunidade científica, é interessante avaliar o interesse despertado na comunidade leiga, que muito contribuiu para a criação de um folclore em torno do fenômeno. A título de ilustração, vejamos algumas das mais pitorescas notícias publicadas pelo jornal norte-americano St. Louis Post-Dispatch.

No dia 11 de fevereiro de 1896, saiu uma nota dando conta de uma invenção de um professor de Perugia (Itália), que permitia ao olho humano ver os raios X. No dia 13 de fevereiro, o jornal informava que Roentgen havia iluminado seu cérebro e visto sua pulsação.

No dia seguinte, uma matéria relatava a opinião defendida por alguns cientistas, segunda a qual a descoberta de Roentgen poderia estabelecer novas teorias sobre a criação do mundo.

Outras notícias extravagantes são relatadas no artigo de Jaucey. Em um jornal não identificado, uma matéria alertava para a vulnerabilidade a que todos estavam sujeitos depois da descoberta dos raios X. Qualquer um armado com um tubo de vácuo, dizia o jornal, podia ter uma visão completa do interior de uma residência.

Outras notícias sugeriam aplicações fantásticas para os raios X, como a de ressucitar pessoas eletrocutadas. Um famoso engenheiro eletricista, defendendo a hipótese de que os raios X ou os raios catódicos eram ondas de som, afirmava ter ouvido a emissão desses raios. Outro engenheiro eletricista fez tentativas para fotografar o cérebro humano, mas não obteve sucesso.

O caráter sensacionalista que o assunto estava despertando, motivou o New York Times a alertar, em 15 de março de 1896: "Sempre que algo extraordinário é descoberto, uma multidão de escritores apodera-se do tema e, não conhecendo os princípios científicos envolvidos, mas levados pelas tendências sensacionalistas, fazem conjecturas que não apenas ultrapassam o entendimento que se tem do fenômeno, como também em muitos casos transcendem os limites das possibilidades.

Este tem sido o destino dos raios X de Roentgen".

Essa enorme curiosidade levou muita gente a correr sérios riscos de saúde ao realizar suas tentativas de novas aplicações dos raios X. No dia 29 de março de 1896, o jornal St. Louis Globe-Democrat fazia o primeiro alerta público sobre o perigo dos raios X para os olhos.

A propósito, há uma história, aparentemente folclórica, segunda a qual uma sapataria de Nova York tinha como grande apelo mercadológico o fato de que os sapatos sob encomenda eram testados com o auxílio dos raios X!

Como os raios X são produzidos

Nas suas publicações Roentgen não especifica o tipo de equipamento utilizado, mas não é difícil imaginar os possíveis componentes do seu arranjo experimental: uma bateria de corrente contínua, uma bobina de indução, um tubo de vácuo e uma bomba de vácuo.

Incrementados por fantásticos desenvolvimentos tecnológicos, e recebendo diferentes denominações, esses componentes continuam em uso na moderna pesquisa científica. Na época de Roentgen, eles eram conhecidos pelos nomes dos seus descobridores.

Assim, as principais baterias eram as de Volta (inventada em 1800) e as de Bunsen (1843). Entre as bobinas de indução, as de Ruhmkorff (1851) eram as mais famosas.

No que se refere à utilização do vácuo, a primeira experiência que se tem notícia foi realizada pelo italiano Gasparo Berti, por volta de 1640.

A partir desses experimentos, passando pelo barômetro de Torriceli (1644) e pela primeira bomba de vácuo construída por Guericke (1650), chegamos às diversas bombas disponíveis no final do século passado, entre as quais destacam-se: a bomba de pistão-duplo de Hauksbee (1709), as bombas de mercúrio de Geissler (1855), de Toepler (1862) e de Sprengel (1873), e a bomba de óleo de Fluess (1892). Na carta enviado a Zehnder, Roentgen informa que usou uma bomba Raps, cuja descrição não se encontra na literatura pertinente.

A elaboração de tubos de vácuo para observação de descarga elétrica teve início com os trabalhos de William Morgan, por volta de 1785, e consistência experimental com os resultados obtidos por Michael Faraday, por volta de 1833.

Todavia, foi somente depois dos desenvolvimentos das bombas de vácuo, ocorridos depois de 1850, que as pesquisas sobre descargas elétricas em gases rarefeitos tiveram considerável impulso. Em conseqüência, os tubos de vácuo mais conhecidos levam os nomes dos pesquisadores dessa época. Destacam-se os tubos de: Geissler, Pluecker, Hittorf, Crookes e Lenard.

A título de recuperação histórica, apresentaremos breves descrições dos possíveis equipamentos utilizados por Roentgen.

A bobina de Ruhmkorff, funcionando segundo o princípio do transformador de corrente, é capaz de produzir altas voltagens. Ela contém duas bobinas enroladas em um núcleo de ferro, e isoladas entre si. A bobina interna (primária) é feita com um fio relativamente curto (de 30 a 50 metros), enquanto a externa (secundária) é feita com um fio muito longo (centenas de quilômetros).

Para o funcionamento do equipamento, usa-se uma baterial de corrente contínua (p. ex. bateria de Volta) para fornecer uma determinada voltagem à bobina primária. Quando a corrente é subitamente interrompida, uma voltagem maior é induzida na bobina secundária. O fator de transformação da voltagem é proporcional à razão dos comprimentos dos fios.

As bobinas utilizadas no final do século passado produziam tensões de milhares de volts A interrupção da corrente pode ser realizada, por exemplo, com o auxílio de um interruptor usado nas transmissões telegráficas de código Morse. As potências dessas bobinas, medidas pelo comprimento da centelha que elas produziam, serviam para classificar os laboratórios da época.

Para se ter uma idéia da ordem de grandeza, a Royal Institution of London preserva uma grande bobina de Ruhmkorff com 280 milhas de fio na bobina secundária, e capaz de produzir centelhas com 42 polegadas de comprimento.

Parece certo que o primeiro tubo de vácuo utilizado por Roentgen foi um tubo de Lenard, mas, aparentemente, ele comprou outros tubos de raios catódicos convencionais. A diferença essencial entre um e outro tipo de tubo, é que o de Lenard possui uma janela de alumínio, projetada para permitir o estudo dos raios catódicos no seu exterior.

Confeccionados em vidro, esses tubos possuíam apenas dois eletrodos no seu interior. Com o uso cada vez mais freqüente dos raios X, outros tubos passaram a ser construídos. Até 1913, o mais usado era o tubo de focalização, mas logo depois passou a ter larga aceitação o tubo de Coolidge, um modelo ainda usado nos dias atuais.

Do que se sabe, podemos imaginar o seguinte procedimento adotado por Roentgen: os terminais da bobina de Ruhmkorff foram ligados aos eletrodos do tubo de vácuo; com a manipulação de um interruptor do tipo telégrafo alta voltagem era produzida entre os terminais; o choque do feixe de raios catódicos (elétrons) com o anodo (eletrodo positivo) produzia os raios X. Na essência, o procedimento utilizado atualmente é o mesmo.

Costuma-se distinguir dois tipos de raios X produzidos nesse processo (veja detalhes no texto sobre os conceitos elementares de raios X). Um deles constitui o espectro contínuo, bremsstrahlung em alemão, e resulta da desaceleração do elétron durante a penetração no anodo. O outro tipo é o raio X característico do material do anodo. Assim, cada espectro de raios X é a superposição de um espectro contínuo e de uma série de linhas espectrais características do anodo.

Os Raios X e a Tabela Periódica

Por volta de 1913, Henry G.J. Moseley mediu as freqüências das linhas espectrais dos raios X característicos de cerca de 40 elementos. A partir do gráfico da raiz quadrada da freqüência versus o número atômico Z do elemento, ele obteve uma relação que passou a ser conhecida como lei de Moseley (veja detalhes no texto sobre os conceitos elementares de raios X).

A repercussão imediata deste resultado foi a alteração da tabela periódica. Esse trabalho de Moseley teve papel importantíssimo na consolidação e aceitação internacional do modelo de Bohr. Na verdade, foi o primeiro dos trabalhos experimentais a confirmar as predições de Bohr.

Em carta escrita a Bohr no dia 16 de novembro de 1913, Moseley observa que a sua fórmula poderia ser escrita numa forma idêntica àquela obtida com o modelo de Bohr.

Antes do trabalho de Moseley o número atômico era associado à posição do átomo na tabela periódica de Mendelev, a qual distribuía os elementos de acordo com o seu peso. Moseley mostrou, por exemplo, que o argônio deveria ter Z=18, ao invés de Z=19 (conforme a tabela de Mendelev). Por outro lado, o potássio deveria ter Z=19, ao invés de Z=18.

Ele também mostrou que o cobalto deve preceder ao níquel, apesar do peso atômico do Co ser maior do que o do Ni. De acordo com Mendelev, o número atômico era aproximadamente igual à metade do peso atômico. Moseley definiu o peso atômico como igual ao número de elétrons do átomo eletricamente neutro.

Comparando-se as expressões obtidas por Moseley com a fórmula de Balmer-Rydberg deduzida por Bohr, vê-se que elas diferem pela presença de uma constante subtrativa ao valor de Z. Moseley explicou-a como sendo devido ao efeito de blindagem da carga nuclear pelos elétrons orbitais mais intensos.

A lei de Moseley apresentava resultados bastante diferentes daqueles do paradigma científico vigente. Através dela Moseley deduziu que entre o hidrogênio e o urânio, deveria haver exatamente 92 tipos de átomos, cujas propriedades químicas eram governadas por Z, e não pelo peso atômico.

Isto significava dizer que a tabela periódica devia seguir a ordem crescente do número atômico e não a do peso atômico. Obedecida essa seqüência, alguns lugares daquela tabela ficaram vagos, os correspondentes a Z = 43, 61, 75, 85 e 87.

Por essa época, havia uma grande polêmica entre os químicos a respeito do número exato de terras raras; discutia-se se estas iam de Z=58 a Z=71 ou a Z=72.

O grande estudioso das terras raras era Georges Urbain, sendo ele inclusive o descobridor de uma delas, o lutécio (Z=71), em 1907. Em 1911, Urbain pensou ter isolado uma outra terra rara, com Z=72, a que chamou de céltio. No entanto, os métodos químicos de análise até então usados eram complicados e incertos.

Ao ouvir falar, em 1914, do método de Moseley, Urbain deslocou-se da França para a Inglaterra, levando amostras de terras raras, inclusive uma do provável céltio. Em poucas horas Moseley as examinou e as classificou sem, no entanto, confirmar o céltio.

A amostra deste, observou Moseley, nada mais era do que uma mistura de terras raras conhecidas. Urbain ficou tão impressionado com o trabalho de Moseley que resolveu divulgá-lo no comunidade dos químicos.

Apesar dessa postura, Urbain continuou acreditando ser o elemento Z=72 uma terra rara, e prosseguiu em sua busca. Essa crença foi fortemente renovada quando em maio de 1922, Alexandre Dauvillier anunciou ter isolado o céltio, através de uma análise do espectro de raios-X do tipo L de amostras contendo as terras raras ytérbio (Z=70) e lutécio.

Essa notícia foi tão fantástica que chegou a impressionar Rutherford, pois desde 1914 ele acompanhava com grande interesse a polêmica sobre ser ou não ser uma terra rara, o elemento 72. Convicto de que essa polêmica havia encerrado, Rutherford escreveu uma carta à Nature (17/6/1922) na qual dizia que um dos lugares vagos da tabela periódica de Moseley acabara de ser preenchido.

Os físicos dinamarqueses, com base no modelo de Bohr, afirmavam que o elemento 72 devia ser um metal similar ao zircônio. O próprio Bohr fizera esta afirmação em sua sexta "lecture" Wolfskehl, ministrada em Göttingen, no dia 21 de junho de 1922. Ao ler a carta de Rutherford, na Nature do dia 17, Bohr chegou a pensar que sua afirmativa estava errada, tanto que manifestou essa opinião em carta enviada a James Franck em 15 de julho do mesmo ano. No entanto, ao saber que Dirk Coster, um especialista em espectroscopia de raios-X, não concordava com a interpretação de Dauvillier, Bohr resolveu convidá-lo a trabalhar em Copenhague para que, juntamente com von Hevesy, os três pudessem dirimir tão polêmica questão.

Coster chegou em Copenhague em setembro, iniciando imediatamente a busca do elemento 72 em minérios de zircônio. No dia 11 de dezembro, poucos minutos antes de proferir sua "Nobel lecture", Bohr recebeu um telefonema de Coster dando conta de resultados positivos. No final da sua "aula Nobel", Bohr anunciou a importante descoberta.

No volume 111 de Nature (20/01/1923), em carta assinada por Coster e von Hevesy, o mundo científico fica sabendo da descoberta do háfnio, o elemento com número atômico 72. O nome foi dado em homenagem a Copenhague, que em latim significa hafniae. Segundo Mehra e Rechenberg, essa descoberta constituiu-se no maior triunfo de Niels Bohr.

Com relação aos elementos previstos por Moseley, é oportuno salientar que o elemento 75, o rénio, foi descoberto em 1925, pelo casal Noddack. O elemento 87, descoberto em 1939, por Marguerite Perey, recebeu o nome de frâncio e pertence a uma família radioativa natural. Os demais elementos (43, 61 e 85) foram obtidos artificialmente. Sendo suas vidas-médias muito curtas, esses elementos não podiam ser naturalmente produzidos, ou pelo menos observados.

Fonte: www.rxnet.com.br

Raio X

O raio catódico foi descoberto por William Crookes usando um dispositivo inventado por ele conhecido como tubo de Crookes. Durante suas experiências Crookes deixou acidentalmente algumas embalagens contendo chapas fotográficas virgens próximo onde havia instalado o seu tubo rarefeito.

Algum tempo depois, ao usar estas chapas fotográficas verificou que algumas tinham sido sensibilizadas. Entretanto, nunca lhe ocorrera que a sensibilização das películas pudesse ser uma conseqüência da radiação emanada do tubo rarefeito.


Fig. 1 - Primitivo tipo de aparelho de raios-X


Fig 1A - Geissler na Alemanha foi um precursor na fabricação de tubos rarefeitos providos com eletrodos que quando energizados por uma máquina eletrostática ou de indução permitiam observar uma descarga luminosa.

A história da ciência esta repleta de sutilezas, pois da mesma forma que Crookes, outro físico de renome Phillip Lenard, não atinou para o fato de investigar por que uma lâmina delgada de alumínio revestida com uma película de platinocianeto de bário ficava fluorescente na presença de raios catódicos produzidos pelo tubo de Crookes quando em sua proximidade.

Willhelm Conrad Roentgen era engenheiro mecânico onde se formou em 1868 na Escola Politécnica de Zurich. Entretanto, apesar de nunca ter freqüentado um curso básico de Física doutora-se em Filosofia com a tese “Estudo sobre Gases”.

Seu grande interesse por experiência sobre mutações físicas, o ensino e, a grande habilidade de conduzir pesquisas sobre os raios catódicos aproximou-o de outros pesquisadores como: Hertz, Hittorf e Crooks e, com eles desenvolveu experiências que permitiram comprovar os efeitos desses raios sobre placas fotográficas. E

m 8 de novembro de 1895, Roentgen repetiu a experiência de Lenard empregando um tubo de Crookes provido com um tipo de máscara. Trabalhando em seu laboratório caseiro verificou que uma parte dos raios catódicos produzidos escapava do tubo passando pela máscara.

Da mesma forma que Lenard fizera, colocou uma lâmina de alumínio delgada, revestida com uma película de platinocianeto de bário, próxima da máscara do tubo de Crookes comprovando que através da máscara haviam escapado raios catódicos suficientes para provocar uma leve fluorescência. Intrigado com o fenômeno, Roentgen começou a pesquisar se seria necessário abrir uma janela na parede de vidro do tubo para que os raios catódicos escapassem.

Como os raios catódicos eram invisíveis, pensou que seria necessário usar um tipo de tela para a sua detecção. Entretanto, como achava que haveria uma menor fluxo de raios catódicos emanando da parede de vidro do que através da mascara coberta com tiras delgadas de alumínio devido à intensa luminosidade do tubo de Crookes, talvez não seria possível observar a tênue fluorescência da tela.

Assim, Roentgen cobriu o tubo de Crookes, talvez não seria possível observar a tênue fluorescência da tela. Assim, Roentgen cobriu o tubo de Crookes com um cartão negro para impedir toda a luminosidade indesejada alem de obscurecer o ambiente do seu laboratório.

Ao excitar o tubo, verificou uma emanação amarelo-esverdeada cintilando intensamente. Incrédulo, repetiu a experiências por diversas vezes concluindo que o catodo do tubo não era responsável pela fluorescência convencendo-se finalmente que se tratava de um raio desconhecido o qual foi por ele denominado de raios-X.fig 1

Na realidade os raios-X são um tipo de onda eletromagnética alocada em uma determinada porção do espectro de radiofreqüência, consistindo de uma rápida variação dos campos de força e eletromagnético. Logo após a descoberta dos raios-X, concentrou-se esforços para sua aplicação em medicina.

Originalmente, o diagnóstico por Raios-X era indicado apenas para ortopedia. Os primeiros anos da sua descoberta foram de tentativas e erros devido à precariedade dos equipamentos e, principalmente do desconhecimento dos seus efeitos sobre os seres humanos.

Entretanto, já na segunda década do século XX registraram-se grandes avanços como do aparecimento de dispositivos geradores de raios-X, conhecidos como ampolas, agora mais elaboradas, além de sistemas de cálculos para controle da dosagem. Fig. 2. Assim, para roentengrafias de qualidade satisfatória do sistema ósseo a excitação do aparelho exigia respectivamente baixa tensão e corrente, cerca de 70 kV.


Fig. 2 - Uma moderna ampola de raios-X

À medida que o conhecimento da técnica roentengráfica se aprofundava começou a ser aplicada para diagnósticos em outras áreas como, gastroenterologia e pneumologia. No diagnóstico de doenças do tórax, como por exemplo da tuberculose, em virtude das áreas em observação serem móveis e profundas, exigia excitações com tensões mais elevadas e menor tempo de exposição surgindo assim a fluoroscopia.

Os novos aparelhos advindos desta crescente tecnologia aliados com o processo de contraste eram agora capazes de focalizar a área em observação com grande precisão, permitindo identificação de abscessos profundos como tumores malignos, fraturas etc.

A descoberta de Roentgen foi a primeira grande aplicação dos fenômenos elétricos em medicina sendo a precursora da moderna radiologia e, do diagnóstico por imagem com a invenção em 1972 da tomografia axial transversa computadoriza.

Como visto os raios-X foi uma conseqüência direta da avançada evolução da Física no campo da Eletrologia ocorrida no final do século XIX, que paralelamente abriu novas possibilidades de pesquisa e, assim, permitindo agora que as tênues correntes de origem biológica começassem a ser medidas e registradas com maior precisão.

Fonte: www.fazano.pro.br

Raios X

A descoberta

Contexto da época: experimentos com raios catódicos


Raios catódicos

Como ocorreu a descoberta

A sua perplexidade com a descoberta: cautela na sua divulgação.

Divulgação da descoberta: espanto da comunidade científica, principalmente dos médicos.

Por que raios X?

Desvendando a natureza dos raios X: radiação eletromagnética.

As diversas aplicações

Chapas fotográficas

Difração dos raios X

Determinação de quantidade de substância em um corpo.

Áreas de segurança

Fronteiras, aeroportos, portos.

A descoberta da radioatividade


Antoine Henri Becquerel
(1852-1908)

Interesse pela fosforescência e fluorescência dos materiais.

Procura de uma relação entre a fluorescência dos materiais e a emissão de raios X.

A experiência com o sal de urânio: hipótese.

Um nova experiência com o sal de urânio: raios de Becquerel.

O casal Curie


Marie Curie
(1867 – 1943)


Pierre Curie
(1859 – 1906)

Estudos concentrados no urânio

Emissão de raios é uma propriedade do elemento.

Descoberta de um novo elemento que emite raios semelhantes ao urânio

Tório.

Proposta da palavra para designar essa emissão

RADIOATIVIDADE

Descoberta de dois elementos mais radioativos do que urânio

POLÔNIO e RÁDIO

Duas questões em aberto

  • Qual é a origem da energia emitida por esses elementos radioativos?
  • Qual é a natureza das radiações emitidas?
  • Nova figura em cena


    Ernest Rutherford
    (1871-1937)

    Dedicava-se a medir a ionização nos gases provocadas pelos raios X e pelas radiações do urânio.

    Percebeu a existência de dois tipos de raios: raios alfa a e raios beta b.

    Villard descobre uma terceira forma de radiação: raios gama y.

    Principais diferenças entre os raios: poder de penetração e desvio.

    A natureza das radiações

    Radiação alfa

    - Átomos de hélio (He) ionizado.
    - Transmutação dos elementos.

    Radiação beta

    Elétrons.

    Radiação gama

    Radiação eletromagnética.

    Questão em aberto

    Como eram produzidos essas radiações?

    A queda do status elementar do átomo


    Joseph John Tomson
    (1856-1940)

    Contexto da época: descarga elétrica em gases.

    Influências pelos trabalhos de Maxwell e a descoberta do raios X: raios catódicos formados por partículas (corpúsculos).

    - Partículas presentes nos raios catódicos: elétron.

    - Determinação da razão carga/massa.

    Robert Millikan - 1907

    - determinação da carga elétrica

    - determinação da massa: 2000 vezes Hidrogênio.

    - Átomo perde seu status elementar

    - Uma nova imagem da natureza.

    Fonte: nupic.incubadora.fapesp.br

    Raio X

    Física dos raios X

    Os raios X são radiações da mesma natureza da radiação gama (ondas eletromagnéticas), com características semelhantes. Só diferem da radiação gama pela origem, ou seja, os raios X não são emitidos do núcleo do átomo.

    Os raios X são radiações de natureza eletromagnética, que se propagam no ar (ou vácuo). Essa radiação é produzida quando ocorre o bombardeamento de um material metálico de alto número atômico (tungstênio), resultando na produção de radiação X por freamento ou ionização.

    Propriedade dos raios X

    Os raios X são produzidos quando elétrons em alta velocidade, provenientes do filamento aquecido, chocam-se com o alvo (anodo) produzindo radiação. O feixe de raios X pode ser considerado como um “chuveiro” de fótons distribuídos de modo aleatório. Os raios X possuem propriedades que os tornam extremamente úteis.

    - Enegrecem filme fotográfico;

    - Provocam luminescência em determinados sais metálicos;

    -São radiação eletromagnética, portanto não são defletidos por campos elétricos ou magnéticos pois não tem carga;

    - Tornam-se “duros” (mais penetrantes) após passarem por materiais absorvedores;

    - Produzem radiação secundária (espalhada) ao atravessar um corpo;

    - Propagam-se em linha reta e em todas as direções;

    - Atravessam um corpo tanto melhor, quanto maior for a tensão (voltagem) do tubo (kV);

    - No vácuo, propagam-se com a velocidade da luz;

    - Obedecem a lei do inverso do quadrado da distância (1/r2), ou seja, reduz sua intensidade dessa forma;

    Podem provocar mudanças biológicas, que podem ser benignas ou malignas, ao interagir com sistemas biológicos.

    As máquinas de raios X foram projetadas de modo que um grande número de elétrons são produzidos e acelerados para atingirem um anteparo sólido (alvo) com alta energia cinética. Este fenômeno ocorre em um tubo de raios X que é um conversor de energia. Recebe energia elétrica que converte em raios X e calor.

    O calor é um subproduto indesejável no processo. O tubo de raios X é projetado para maximizar a produção de raios X e dissipar o calor tão rápido quanto possível.

    Elementos do tubo de raios X

    O tubo de raios X possui dois elementos principais e que serão a partir de agora objeto de estudo: catodo e anodo.

    O catodo é o eletrodo negativo do tubo. É constituído de duas partes principais: o filamento e o copo focalizador. A função básica do catodo é emitir elétrons e focalizá-los em forma de um feixe bem definido apontado para o anodo.

    Em geral, o catodo consiste de um pequeno fio em espiral (ou filamento) dentro de uma cavidade (copo de focagem) como mostrado na figura anterior.

    O filamento é normalmente feito de Tungstênio (com pequeno acréscimo de Tório) Toriado, pois esta liga tem alto ponto de fusão e não vaporiza facilmente (a vaporização do filamento provoca o enegrecimento do interior do tubo e a conseqüente mudança nas características elétricas do mesmo). A queima do filamento é, talvez, a mais provável causa da falha de um tubo.

    O corpo de focagem serve para focalizar os elétrons que saem do catodo e fazer com que eles “batam” no anodo e não em outras partes. A corrente do tubo é controlada pelo grau de aquecimento do filamento (catodo).

    Quanto mais aquecido for o filamento, mais elétrons serão emitidos pelo mesmo, e maior será a corrente que fluirá entre anodo e catodo. Assim , a corrente de filamento controla a corrente entre anodo e catodo.

    O anodo é o pólo positivo do tubo, serve de suporte para o alvo e atua como elemento condutor de calor. O anodo deve ser de um material (tungstênio) de boa condutividade térmica, alto ponto de fusão e alto número atômico, de forma a otimizar a relação de perda de energia dos elétrons por radiação (raios X) e a perda de energia por aquecimento.

    Existem dois tipos de anodo: anodo fixo e anodo giratório.

    Os tubos de anodo fixo são usualmente utilizados em máquinas de baixa corrente, tais como: raios X dentário, raios X portátil, máquinas de radioterapia, raios X industrial, etc.

    Os tubos de anodo giratório são usados em máquinas de alta corrente, normalmente utilizadas em radiodiagnóstico. Ele permite altas correntes pois a área de impacto dos elétrons fica aumentada. Como exemplo, tomemos um alvo fixo, cuja área de impacto é de 1mm x 4 mm, isto é, 4 mm2.

    Se este alvo girar com um raio de giro igual 30mm, a área de impacto seria aproximadamente: 754mm2; nestas condições, o tubo giratório teria cerca de 200 vezes mais área do que o tubo fixo.

    O anodo e o catodo ficam acondicionados no interior de um invólucro fechado (tubo ou ampola), que está acondicionado no interior do cabeçote do RX. A ampola é geralmente constituída de vidro de alta resistência e mantida em vácuo, e tem função de promover isolamento térmico e elétrico entre anodo e catodo.

    O cabeçote contém a ampola e demais acessórios. É revestido de chumbo cuja função é de blindar a radiação de fuga e permitir a passagem do feixe de radiação apenas pela janela radiotransparente direcionando desta forma o feixe. O espaço é preenchido com óleo que atua como isolante elétrico e térmico.

    Radiação de Freamento (Bremsstrahlung)

    Essa radiação é produzida quando um elétron passa próximo ao núcleo de um átomo de tungstênio, sendo atraído pelo núcleo deste e desviado de sua trajetória original. Com isto, o elétron perde uma parte de sua energia cinética original, emitindo parte dela como fótons de radiação, de alta e baixa energia e comprimento de onda diferentes, dependendo do nível de profundidade atingida pelo elétron do metal alvo.

    Isto significa dizer que, enquanto penetra no material, cada elétron sofre uma perda energética que irá gerar radiação (fótons) com energia e comprimento de onda também menores. Se formos considerar percentualmente a radiação produzida, veremos que 99 por cento dela é emitida como calor e somente 1 por cento possui energia com características de radiação X.

    Existem situações (raras) em que alguns elétrons muito energéticos se chocam diretamente com os núcleos, convertendo toda a sua energia cinética em um fóton de alta energia e freqüência (a rigor, esta seria uma outra forma de geração de radiação, onde a energia do fóton gerado é igual à energia do elétron incidente, o que se configura como um fóton de máxima energia).

    Durante o bombardeamento do alvo, todas as possibilidades em termos de geração de fótons acontecem, na medida que temos interações diferentes entre elétrons incidentes com o material do alvo, gerando fótons de diferentes energias.

    A radiação de freamento, ou Bremsstrahlung, se caracteriza por ter uma distribuição de energia relativa aos fótons gerados, bastante ampla, como mostra a figura a seguir.

    Como se pode observar pelo gráfico ao lado, a maioria dos fótons obtidos possui baixa energia, sendo que somente uns poucos têm a energia equivalente à diferença de potencial (voltagem) aplicada ao tubo.

    Esse gráfico mostra que são gerados muitos fótons de baixa energia, o que pode ser perigoso para o paciente irradiado, pois estes fótons de baixa energia interagem com os tecidos vivos, sem contribuir para a formação da imagem radiográfica.

    O espectro, distribuição das energias dos fótons gerados por uma radiação de freamento, é mostrado na figura a seguir, onde se pode observar que a radiação não é monoenergética, mas sim polienergética, pois temos fótons de diferentes energias, em quantidades diferentes.

    Radiação característica

    Pelo visto anteriormente, alguns fótons interagem diretamente com os núcleos, convertendo toda sua energia em radiação, sem modificar o átomo alvo, ou seja, sem ionizá-lo.

    Existem situações, no entanto, em que elétron pode interagir com um átomo quebrando sua neutralidade (ionizando-o), ao retirar dele elétrons pertencentes à sua camada mais interna (K). Ao retirar o elétron da camada K, começa o processo de preenchimento dessa lacuna (busca de equilíbrio), por elétrons de camada superiores. Dependendo de camada que vem o elétron que ocupa a lacuna da camada K, teremos níveis de radiação diferenciados.

    Como exemplo, vamos considerar que um elétron da camada L ocupe a lacuna da camada K, emitindo uma radiação da ordem de 59 keV; se o elétron ocupante vem da camada M, a energia gerada é da ordem de 67 keV; se o elétron ocupante vem da camada N, teremos uma radiação da ordem de 69 keV.

    Quando se usa como alvo um material com o tungstênio, o bombardeamento por elétrons de alta energia gera uma radiação com características específicas (radiação característica), pois esse material possui um número atômico definido (bastante alto), necessitando um nível alto de energia para retirar os elétrons de sua camada K.

    A energia da radiação gerada por um alvo de tungstênio é da ordem de 70 keV. A condição necessária e imprescindível para que se produza a radiação característica do tungstênio é que os fótons devem ter uma energia máxima superior a 70 keV, já que a energia de ligação da camada K é da ordem de 70 keV.

    Como se da o processo de geração da radiação característica do tungstênio?

    Exemplo: Quando bombardeamos um alvo de tungstênio com elétrons submetidos a uma tensão de 100 kV, serão gerados fótons com energia de poucos keV até 100 keV, mas uma grande parte deles terão energia da ordem de 70 keV, característica do tungstênio.

    Cada material emite um nível definido de radiação característica, dependendo de seu número atômico, como são os casos do tungstênio (radiologia convencional) e molibidênio (mamografia), que possuem radiações características da ordem de 70 keV e 20 keV, respectivamente.

    Essa figura é o resultado da superposição da radiação característica do tungstênio com o espectro contínuo gerado com 100 kVp. Nela se pode observar que, além de fótons, com energia baixas e altas, temos um grande número deles com energias correspondentes somente ao tungstênio. Quando o alvo bombardeado é de molibidênio, a radiação característica se situa na faixa de 20 keV.

    Efeito anódico

    Descreve um fenômeno no qual a intensidade da radiação emitida da extremidade do catodo do campo de raios X é maior do que aquela na extremidade do anodo. Isso é devido ao ângulo da face do anodo, de forma que há maior atenuação ou absorção dos raios X na extremidade do anodo.

    A diferença na intensidade do feixe de raios X entre catodo e anodo pode variar de 30% a 50%.

    Na realização de estudos radiológicos do fêmur, perna, úmero, coluna lombar e torácica deve-se levar em conta a influência do efeito anódico na realização das incidências radiológicas pertinentes a estes estudos.

    Luciano Santa Rita Oliveira

    Fonte: www.tecnologiaradiologica.com

    Raio X

    Roentgen e a descoberta dos Raios-X

    Em 8 de novembro de 1895, o professor e físico alemão Wilhelm Conrad Roentgen (1845-1923) trabalhava em seu escuro laboratório de Wurzburg. Seus experimentos focavam o fenômeno da luz e outras emissões geradas pela descarga de corrente elétrica em tubos de vidro a vácuo.

    Estes tubos, conhecidos genericamente como “ampola de Crookes”, em homenagem ao pesquisador britânico William Crookes (1832-1919), já estavam largamente disponíveis. Roentgen estava interessado nos raios catódicos e analisava o alcance desses raios no lado de fora da ampola.

    Para sua surpresa, Roentgen notara que quando sua ampola, embalada por uma caixa de papelão, era carregada, um objeto posto no outro lado da sala começava a brilhar.

    Era uma tela revestida de platinocianato de bário colocada a uma distância tal que seria impossível a interação com os raios catódicos emitidos pela ampola. Assim ele pensava.

    Sabemos pouco sobre a seqüência de suas experiências a partir daí, exceto que, enquanto ele segurava algum material entre a ampola e a tela para testar os raios recentemente descobertos, notou os ossos de sua mão vividamente presentes na tela.

    Obviamente que é impossível para todos nós, acostumados que estamos a ver as modernas imagens médicas nos dias atuais, imaginar o misto de espanto e incredulidade que tomara conta de Roentgen naqueles momentos.

    Roentgen mergulhou durante as sete semanas seguintes em meticulosos experimentos a fim de determinar a natureza daqueles raios. Ele trabalhou enclausurado em seu laboratório. Contou a um amigo que havia descoberto algo interessante, mas que não sabia ainda se suas observações estavam corretas.

    Em 28 de dezembro de 1895, Roentgen entregou seu relatório preliminar sobre a sua descoberta ao presidente da Sociedade de Física Médica de Wurzburg, acompanhado de radiografias experimentais, entre elas a da imagem da mão de sua esposa. No dia do Ano Novo ele mandou relatórios impressos para vários Físicos amigos seus por todo a Europa.

    Já em janeiro do novo ano o mundo teve a sua atenção voltada para a nova descoberta e Roentgen aclamado como o descobridor de um milagre médico. Roentgen recebeu o primeiro prêmio Nobel de Física em 1901. Ele recusou o direito de patente e propriedade de sua descoberta e até mesmo dispensou homenagens do tipo epônimo. Assim mesmo, até hoje, a radiografia é chamada por alguns de roentnografia.

    Wilhelm Conrad Roentgen (1845-1923) in 1896. Ironicamente (devido à natureza de sua descoberta), Roentgen não gostava de ser fotografado. Existem relativamente poucas imagens de Roentgen após a grande descoberta, a maioria em pose rígida e solene.

    O lugar da descoberta, Instituto de Física da Universidade de Wurzburg, em 1896. Os Roentgens viveram em apartamentos no andar superior, com os laboratórios e salas de aula no porão e primeiro andar.

    Laboratório do Instituto de Física onde Roentgen notou pela primeira vez e investigou os raios-X.

    A famosa radiografia da mão da esposa de Roentgen, realizada em 22 de dezembro de 1895 e enviada ao Físico Franz Exner em Viena. Esta é tradicionalmente conhecida ser “a primeira radiografia”.

    Fonte: www.radscan.com.br

    Raio X

    Os exames de raios X são usados para diagnosticar fraturas e doenças, mas também podem ser aplicados a materiais. Eles são usados no tratamento de câncer e no estudo das estruturas de cristais.

    Os raios X são ondas eletromagnéticas de alta freqüência produzidas em tubos de vácuo, nos quais um feixe de elétrons é submetido a uma rápida desaceleração ao colidir contra um alvo metálico. Os raios X foram descobertos acidentalmente em 1895 pelo físico alemão Wilhelm Roentgen, enquanto estudava um fenômeno de luminescência.

    Roentgen usou a denominação raios X por não conhecer a natureza das radiações que havia descoberto. Hoje, sabe-se que os raios X são uma radiação eletromagnética com comprimentos de onda entre 0,001 e 10 nanômetros, consideravelmente menor, portanto que o comprimento de onda da luz - que mede cerca de 500 nanômetros.

    A produção de raios X

    Quando uma partícula se move no vácuo, com ausência de força, sua energia se conserva. Se, porém, ela se choca com um obstáculo, ou é freada, parte de sua energia se transforma em radiações eletromagnéticas, mais precisamente em um fóton de radiação.

    O comprimento de onda da radiação emitida depende da quantidade de energia perdida pela partícula. Quanto maior essa energia, maior a freqüência da radiação emitida (e menor, portanto, seu comprimento de onda). Um elétron livre, movendo-se no espaço, ao ser acelerado por um canhão eletrônico ou outro tipo de acelerador, pode assumir qualquer valor de energia cinética. Inversamente, pode perder uma quantidade de energia ao sofrer um frenamento.

    Por isso, pode emitir raios X dotados de qualquer valor de freqüência. Freiando diversos elétrons, todos dotados de energias diferentes (o que se consegue muito simplesmente mediante o choque com um sólido), obtém-se uma radiação X que contêm todos os comprimentos de onda. Ela é denominada radiação contínua.

    Pode-se imaginar que os elétrons de um átomo giraram em torno do núcleo em diversas órbitas circulares. Os elétrons cujas órbitas estão mais próximas ao núcleo são ligados mais fortemente a ele. Retirando um desses elétrons, o átomo fica instável e, rapidamente, outro elétron, que anteriormente estava livre ou situado em uma órbita mais externa, toma seu lugar.

    Nesse processo libera-se energia, que é emitida pelo átomo sob forma de radiação X. A freqüência dessa radiação depende da estrutura atômica e da posição de onde provinha o elétron livre ou ligado que efetuou a troca.

    Átomos iguais emitem raios X de mesmo comprimento de onda quando o elétron próximo ao núcleo é extraído. As radiações emitidas possuem comprimentos de onda bem definidos, e não em toda a faixa, como é o caso da radiação de frenamento.

    Observa-se então que o espectro de emissão da radiação característica dos átomos é composto de diversas radiações distintas, de comprimentos de onda bem definidos, em contraposição ao espectro de radiação de frenamento, que é um espectro contínuo.

    O tubo de raios X

    A figura acima mostra a estrutura de um tubo de raios X e a blindagem dentro da qual é montado. O feixe de elétrons é produzido pelo aquecimento de um filamento por meio da passagem de uma corrente elétrica, filamento esse colocado no cátodo (eletrodo negativo).

    Acelerados por um campo elétrico em direção ao ânodo (eletrodo positivo), os elétrons vão se chocar contra um alvo de tungstênio (inserido no ânodo, que é de cobre). No choque, cerca de 1% do feixe de elétrons transforma-se em radiação X, que escapa do tubo através de uma janela. Os 99% restantes convertem-se em calor, motivo que explica o sistema de resfriamento a água de que é dotado o cátodo.

    A intensidade da radiação X depende da intensidade da corrente que passa pelo filamento, enquanto o comprimento de onda é inversamente proporcional à diferença de potencial existente entre cátodo e ânodo. Esta característica é importante, uma vez que quanto menor é o comprimento de onda, maior é o poder de penetração dos raios X.

    Aplicações dos raios X

    Os raios X têm a propriedade de atravessar, com certa facilidade, os materiais de baixa densidade, como a carne de uma pessoa, e de ser mais absorvidos por materiais de densidade mais elevada, como os ossos do corpo humano, que contém cálcio (material de alta densidade).

    Em virtude desta propriedade, logo após a sua descoberta os raios X passaram a ser amplamente usados para se obter radiografias. Somente os raios que ultrapassam o corpo alcançam a chapa fotográfica e a impressionam. Obtém-se, desse modo, uma imagem na qual as "sombras" correspondem aos ossos.

    Os raios X têm grande uso na vida moderna. Além do seu emprego nas radiografias, seu poder de penetração é muito útil também na verificação da qualidade e localização de defeitos estruturais em peças e materiais.

    Os inspetores de alfândega usam os raios X para examinar embrulhos. Os objetos densos, contidos no embrulho, absorverão mais raios X que os objetos menos densos; o que permite localizar armas ou objetos metálicos.

    Os raios X são usados ainda no tratamento do câncer, tomografia computadorizada, no estudo da estrutura cristalina da matéria, inclusive a do DNA, na industria e em quase todos os campos da ciência e da tecnologia. Algumas fontes extremamente quentes, tais como algumas estrelas, podem emitir raios X naturalmente, aqueles que alcançam a Terra geralmente são absorvidos pela atmosfera.

    Como podemos detectar os raios X?

    Os raios X são invisíveis mas podemos detectá-los de três maneiras: Primeiro, eles ionizam o ar e outros gases; por conseguinte, podemos usar um detetor. Segundo, enegrecem os filmes fotográficos, do mesmo modo que a luz. Terceiro, eles fazem alguns materiais fluorescer, isto é, emitir luz.

    Fonte: br.geocities.com

    Sobre o Portal | Política de Privacidade | Fale Conosco | Anuncie | Indique o Portal