Como uma máquina de raio x funciona?
A muito tempo os cientistas procuram desvendar o que a luz é, e dessa forma poder descrevê-la utilizando a matemática. Saiba sobre Raio x.
Muitos homens da ciência fizeram estudos sobre a luz, mas poucos realmente conseguiram alcançar algum conhecimento relevante sobre o assunto.
O estudo de ondas eletromagnética se tornou consistente por causa das equações de Maxwell, onde foi unificado a teoria elétrica e a teoria magnética como um todo, mostrando suas relações de equivalência.
Nesse sentido, com o auxílio da teoria eletromagnética, ficou muito mais simples estudar o fenômeno ondulatório da luz, facilitando o desenvolvimento de novas tecnologias.
A radiação eletromagnética só foi melhor entendida com o advento da mecânica quântica, pois é nesse ramo da física que as interações entre radiação e matéria são melhores descritas.
A compreensão desses mecanismos (uma parcela deles, pelo menos) possibilitou o uso desse conhecimento para fins médicos, ainda no século XIX, com a primeira imagem feita utilizando raios x.
De lá para cá muitas coisas foram sendo esclarecidas, e a tecnologia continuou se desenvolvendo cada vez mais rápido, e diversos outros equipamentos surgiram.
A física por trás do raio x
Os conceitos físicos por trás de uma máquina de raio x são muito modernos, e sua compreensão ainda possui algumas lacunas até mesmo hoje em dia.
O mais interessante sobre isso é que, no surgimento da técnica de raio x, os cientistas não faziam a menor ideia de como ela funcionava (na verdade até entendiam a radiação, mas não entendiam suas características).
Isso acontece pois os conceitos físicos que ela utiliza ou não existiam ainda ou estavam em desenvolvimento.
A única coisa que a mecânica clássica fala sobre radiação é que qualquer partícula carregada, quando altera sua trajetória original, emite radiação eletromagnética.
Para entender o raio x era necessário compreender a estrutura atômica, conhecimento este que só seria descoberto nas próximas décadas.
Além disso, era necessário conhecer a noção de quanta, que nada mais é do que a discretização da energia em um átomo.
Isso pois o raio x é produzido pela colisão de elétrons contra um alvo metálico, geralmente de tungstênio, e compreender as interações que ocorriam nesse processo ainda nem passava pela cabeça dos cientistas daquela época (provavelmente com exceção de Planck).
Quando um elétron recebe energia suficiente para se desprender do átomo, ocorre uma vacância na eletrosfera, e elétrons de camadas mais externas procuram preencher este vazio.
Diferença de energia entre as camadas
Ao fazerem isso, a diferença de energia entre as camadas dá origem à radiação x, também chamada, nesse caso, de radiação característica, pois cada elemento possui um determinado valor.
Outra maneira de produzir raios x ocorre quando elétrons acelerados passam próximos ao núcleo atômico, sofrendo uma força coulombiana, emitindo radiação por causa de sua mudança de trajetória.
Diferente da primeira forma, esse espectro será contínuo, pois existem infinitos valores de energia que nossos fótons podem carregar, não sendo bem determinado igual à radiação característica.
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O tubo de raio x
De maneira geral, uma ampola de raio x é constituída, de forma simplificada, como na figura abaixo:
O cátodo (-) nada mais é do que um filamento aquecido, ou seja, um emissor de elétrons.
O ânodo (+) é nosso alvo de tungstênio. Seu formato triangular é muito importante no momento de gerar um feixe de raio x de qualidade.
Entre o cátodo e o ânodo há uma ddp que acelera os elétrons em direção ao alvo, fazendo com que interajam com o material.
É importante ressaltar que a energia máxima do feixe depende da ddp aplicada no tubo de raio x, pois será equivalente a energia máxima que um elétrons estará carregando.
Quando a interação acontece, temos o raio x característico (espectro discreto) e o raio x de espectro contínuo (freamento dos elétrons) sendo emitidos ao mesmo tempo, gerando um espectro sobreposto.
Por conta disso às vezes utilizamos filtros no feixe com o intuito de absorver, alterando alguns parâmetros de nosso espectro.
A imagem do raio x
A imagem que obtemos ao utilizar um aparelho de raio x é sempre em contraste preto e branco.
Isso acontece pois o processo de formação da imagem é por alteração química da substância presente na chapa.
Essa substância química fica escura quando interage com o raio x, e branca quando não absorve radiação.
Como nossos ossos são muito densos, os fótons de raio x não conseguem atravessá-los, de modo a não depositar radiação na chapa.
Já o pulmão, por ter muito ar em seu interior e ser constituído de material de fácil penetração, fará com que todos os fótons depositem radiação na chapa, deixando-a preta.
A imagem abaixo retrata uma chapa de raio x após a irradiação da cabeça do paciente:
Podemos notar que não temos nem vestígios das partes moles do rosto na imagem, mas temos boa definição dos ossos e dos dentes.
