Produção da Radiação (Ampola de Raios X) - Parte I

Em um tubo de raios X, internamente temos a presença de dois eletrodos:

• Catodo: pólo negativo, onde pelo efeito termoiônico (gerado pela passagem de uma alta corrente elétrica e uma baixa diferença de potencial), temos uma nuvem eletrônica gerada nas camadas mais externas do fio do filamento, a qual está pronta para ser "acelerada" em direção ao alvo;
• Anodo: pólo positivo, onde contém o alvo. Normalmente projetado em cobre, com  a região de alvo em tungstênio (material metálico com maior resistência a altas temperaturas além de apresentar boa condutividade térmica e alto número atômico, o que contribui para uma melhor qualidade do feixe de raios X), é do tipo rotatório (com giro variando de 3.000 a 10.000 rpm), com isso apresenta uma maior dissipação de calor (lembrando que apenas 1% de toda energia cinética depositada no alvo é convertida em radiação X, o restante é transformado em energia térmica ou dissipado na forma de calor em uma pequena área denominada de ponto focal). O alvo rotatório faz com que o feixe de elétrons incida em vários pontos, aumentando a vida útil do tubo;

Para que ocorra o processo de deslocamento dos elétrons gerados pelo efeito termoiônico no catodo em direção ao anodo, haverá uma diferença de potencial (ddp) que é aplicada entre os dois eletrodos. Esta diferença de potencial é próximo ao kV selecionado no painel do console do equipamento (valor de técnica para estudo de determinada área anatômica).

Tubos de raios desenvolvido em 1896 por Jackson Focus

Existem aqui alguns fatos interessantes:

• Os elétrons acelerados em seu curto trajeto entre catodo e anodo chegam próximos a velocidade da luz (0,99c, onde c é a velocidade da luz). Com isso existem efeitos relativísticos acontecendo dentro do tubo de raios X;
• Com a utilização frequente do tubo, parte do material do alvo começa a evaporar e a criar uma capa metálica interna na ampola. Este novo "eletrodo" começa a gerar uma diferença menor de potencial entre catodo e anodo (reduzindo o valor de kV  selecionado no painel do equipamento) e correntes de fuga. Com isso, haverá  falhas de tubo. Atualmente tubos de raios X são feitos parcial ou totalmente em metal para evitar este processo e, consequentemente, falhas de tubo;
• Dentro de uma ampola de raios X existem dois tipos de corrente: corrente de filamento (responsável pelo efeito termiônico e por controlar também a corrente de tubo), a qual apresenta um alto valor e uma baixa ddp; e a corrente de tubo, a qual é responsável pela produção da radiação conforme a necessidade da projeção radiográfica;
• Junto a região de catodo temos uma capa focalizadora, a qual é responsável em fazer com que o feixe de elétrons não sofra um processo de espalhamento (repulsão eletrostática devido aos elétrons apresentarem a mesma carga negativa), fazendo com que atinjam uma pequena área no alvo;
• Tubos de raios X de alta capacidade apresentam uma liga de tungstênio e rênio (maior resistência mecânica para suportar os estresses da alta rotação e dilatação / contração térmica);
• Tubos de raios X de alta capacidade também podem apresentar a região de alvo constituída de molibdênio e grafite e sobre estes dois materiais uma camada de tungstênio funcionando como alvo para a interação do feixe de elétrons para a produção da radiação X;
• As funções do anodo são: condução elétrica, dissipação de calor e conter a região de alvo para a produção da radiação eletromagnética;
• Catodo apresenta dois filamentos, os quais são responsáveis pelo foco fino e foco grosso. Porém, quanto menor a área focal (foco fino), menor é o borramento geométrico e assim, maior é a dissipação de calor em um pequeno ponto.

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Prof. João H. Hamann