Os raios x

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Os raios X
Regina Helena Porto Francisco
Professora Dra. do IQSC-USP - Instituto de Química de São Carlos da Universidade de São Paulo
e-mail: porto@iqsc.usp.br
Os raios X foram descobertos casualmente por Roëntgen em 1895, recebendo este nome devido às suas características que logo de início surpreenderam a todos. Ao longo de um século eles têm sido usados em várias aplicações.
Elesconstituem um tipo de luz, ou seja, uma radiação eletromagnética, isto é, de uma vibração de dois campos, um elétrico e outro magnético, num movimento ondulatório. Como tal, não requerem um meio material para a sua propagação, pois a luz se propaga no vácuo com velocidade de 300 mil quilômetros por segundo.
As radiações eletromagnéticas têm sempre a mesma natureza e se caracterizam pela sua energia,ou pela sua freqüência, ou pelo seu comprimento de onda, uma vez que estas três características estão interrelacionadas. O conjunto de todos os valores possíveis de uma destas três propriedades constitui o espectro eletromagnético. O espectro apresenta radiações de energias e freqüências muito altas, e comprimentos de onda muito curtos, que vão variando e chegam a regiões de energia e freqüênciamuito baixas e comprimentos de onda grandes.
Na região de altíssima energia do espectro, encontram-se os raios gama, que são usados, por exemplo, nos processos de radioterapia para tratamento de câncer. A alta energia desta luz, que não é visível, atinge e destrói o tecido dos tumores. O grande problema é que destrói também o tecido saudável, apresentando efeitos colaterais perversos.
Ao ladodos raios gama, com valores de energia um pouco menores, estão os raios X. Depois deles, ainda em ordem decrescente de energia, encontram-se a radiação ultravioleta e a região visível do espectro, que recebeu este nome porque pode ser detectada pelo olho humano.
Com energias menores do que a da luz visível estão as radiações infravermelhas, que aquecem nosso corpo, as microondas, utilizadas paraaquecimento em fornos e também em comunicação telefônica, e as ondas de rádios e de televisão.
Para se obter uma fonte de raios X, aplica-se uma diferença de potencial enorme, de cerca de 30 a 100 mil volts, entre dois eletrodos. Um deles, o cátodo, é um filamento metálico, geralmente de tungstênio. O outro, o ânodo, é uma placa metálica, geralmente de cobre ou molibdênio. Este sistema deve estarsubmetido a altíssimo vácuo.
Um vez aplicada a diferença de potencial, o cátodo passa a emitir elétrons que são acelerados e vão em direção ao ânodo em altas velocidades. Ao atingir a placa, eles perdem velocidade e liberam uma quantidade enorme de energia. A maior parte desta energia é dissipada na forma de calor, mas parte dela é consumida em outros processos. Uma pequena fração da energialiberada na superfície do ânodo é usada para arrancar elétrons de camadas bem internas dos átomos que compõem a placa. Assim, são geradas vacâncias eletrônicas em níveis de energia muito baixos, próximos do núcleo.
Os sistemas tendem sempre ao mínimo de energia. Assim, se foi consumida energia para arrancar elétrons de determinadas posições internas, gerando os vazios nos átomos, energia seráliberada quando elétrons de níveis mais altos, e, portanto, associados a regiões mais externas dos átomos, saltarem para preencherem os vazios.
No caso de ânodo metálico em geradores de raios X, são arrancados elétrons de vários níveis de energia, inclusive das primeiras camadas dos átomos, consumindo parte da energia liberada durante o choque dos elétrons contra a placa. Quando elétrons das camadasimediatamente superiores vão preencher os vazios gerados, liberam uma quantidade de energia que corresponde à diferença entre as energias das diferentes camadas. O valor desta diferença pode ser suficientemente alto para haver emissão de luz na região dos raios X.
Uma fonte de raios X com ânodo de cobre emite luz com comprimento de onda da ordem de 0,0001 milésimo de milímetro. Apenas para...
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