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

Após a aceleração do feixe de elétrons entre catodo e alvo presente no anodo, os elétrons acelerados (apresentando uma certa energia cinética devido a aceleração) irão interagir os átomos constituintes do material do alvo. Matematicamente:

Este efeito é conhecido por stopping power. Neste processo de interação, duas situações possíveis podem ocorrer:

• Elétrons acelerados interagindo com os núcleos atômicos: elétrons possuem carga negativa e núcleos dos átomos apresentam carga positiva. Assim haverá uma interação eletrostática (por efeito coulombiano) e o elétron terá a sua trajetória alterada (Figura 1). Neste processo de alteração de trajetória, elétron também sofrerá uma desaceleração. Entretanto, pelo princípio de conservação da energia, parte da energia cinética será transformada em energia eletromagnética na forma de radiação de frenamento (devido a interação eletrostática e a desaceleração). A radiação de frenamento pode apresentar valores de energia em um intervalo que corresponde próximo a zero e até o valor máximo de ddp (ou tensão de tubo) aplicado durante a exposição;

Figura 1 - Interação elétron acelerado - núcleo do átomo

• Elétrons acelerados interagindo com elétrons presentes nos átomos do material do alvo: os elétrons acelerados podem interagir com os elétrons que estão eletrostaticamente ligados aos núcleos dos átomos constituintes do material do alvo (normalmente é utilizado o tungstênio para este propósito). Assim, dependendo em qual camada eletrônica (ou eletrosfera) em que ocorra essa interação elétron-elétron os resultados finais são (i) a produção de uma vacância (ou buraco de carga "positiva" no orbital) devido a ejeção do elétron e (ii) produção de radiação característica, a qual surge devido ao preenchimento da vacância por um elétron de outro orbital. A diferença de energia entre os orbitais em que o elétron transitou gerará uma radiação característica e também apresentará uma energia definida (Figura 2).

Figura 2 - Interação elétron - elétron e a produção de vacância e radiação característica

Assim, quando os elétrons acelerados interagem com os átomos constituintes do material do alvo (seja com o núcleo ou com a camadas eletrônicas) haverá a produção das radiações:

• Característica: de espectro discreto (valores definidos), que dependerá em qual orbital ocorreu a interação elétron-elétron e

• Frenamento (ou bremsstrahlung): de espectro contínuo e que será resultante da interação entre elétron-núcleo atômico (devido ao processo de desaceleração do elétron) e a conservação da energia. Com isso, energia cinética é convertida em radiação eletromagnética (radiação X, no nosso caso). 

Analisando graficamente as duas formas de produção de radiação, teremos um espectro único formado pela sobreposição dos espectros contínuo e discreto (Figura 3).

Figura 3 - Espectro de emissão presente no feixe de Raios X. Convém lembrar que este espectro varia conforme a energia do feixe (kV), intensidade (mAs) e material constituinte do alvo 

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Prof. João H. Hamann