Qual é O tipo de radiação usada pelo dispositivo descrito nesse texto

Em um tubo de raios X, existem dois eletrodos:

🍀 Catodo: polo negativo, onde pelo efeito termiônico (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, que está pronto para ser "acelerado" em direção ao alvo;

🍀 Anodo: polo positivo, que 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). Apresenta grande dissipação de calor (lembrando que apenas 1% de toda energia cinética depositada no alvo é convertida em radiação X, o restante é transformada em energia térmica ou é 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 dele.

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. Essa diferença de potencial é próximo ao kV selecionado no painel do console do equipamento (valor de técnica para estudo de determinada área anatômica).

Fatores interessantes:

♣ Os elétrons acelerados em 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;

♣ 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), que apresenta um alto valor e uma baixa ddp; e a corrente de tubo, responsável pela produção da radiação conforme a necessidade da projeção radiográfica;

♣ Junto à região de catodo, temos uma capa focalizadora, que é responsável por fazer com que o feixe de elétrons não sofra um processo de espalhamento (repulsão eletrostática devido aos elétrons apresentarem a mesma carga negativa);

♣ 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 contenção da região de alvo para a produção da radiação eletromagnética;

♣ Catodo apresenta dois filamentos, 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.

O efeito fotoelétrico é um fenômeno de origem quântica que consiste na emissão de elétrons por algum material que é iluminado por radiações eletromagnéticas de frequências específicas. Os elétrons emitidos por esses materiais são chamados de fotoelétrons.

Veja também: Teoria quântica
 

Tópicos deste artigo

• 1 - Quem descobriu o efeito fotoelétrico?
• 2 - Como funciona o efeito fotoelétrico?
• 3 - Aplicações tecnológicas do efeito fotoelétrico

Quem descobriu o efeito fotoelétrico?

O efeito fotoelétrico foi descoberto em 1886 pelo físico alemão Heinrich Hertz (1857-1894). Na ocasião, Hertz percebeu que a incidência da luz ultravioleta em chapas metálicas auxiliava a produção de faíscas. A explicação teórica para o efeito fotoelétrico, entretanto, só foi apresentada pelo físico alemão Albert Einstein, em 1905.

A dúvida que existia na época estava relacionada com a energia cinética dos elétrons que eram ejetados do metal: essa grandeza não dependia da intensidade da luz incidente. Einstein percebeu que o agente responsável pela ejeção de cada elétron era um único fóton, uma partícula de luz que transferia aos elétrons uma parte de sua energia, ejetando-o do material, desde que sua frequência fosse grande o suficiente para tal. Para tanto, Einstein muniu-se das ideias do físico alemão Max Planck (1858-1947).

Planck afirmava que a luz irradiada por um corpo negro era quantizada, isto é, apresentava um valor mínimo de energia, como em pequenos pacotes. Einstein ampliou a ideia para todas as ondas eletromagnéticas e conseguiu resolver o problema do efeito fotoelétrico. Einstein e Planck receberam mais tarde o prêmio Nobel de Física por suas descobertas relacionadas à quantização da luz.

Veja também: O que são fótons?
 

Como funciona o efeito fotoelétrico?

O efeito fotoelétrico consiste na ejeção de elétrons de um material exposto a uma determinada frequência de radiação eletromagnética. Os pacotes de luz, chamados de fótons, transferem energia para os elétrons. Se essa quantidade de energia for maior do que a energia mínima necessária para se arrancar os elétrons, estes serão arrancados da superfície do material, formando uma corrente de fotoelétrons.

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A energia de cada fóton depende de sua frequência (f), portanto, existe uma frequência mínima necessária para arrancar os elétrons do material. A energia mínima que cada fóton deve ter para promover o efeito fotoelétrico é chamada de função trabalho. A equação a seguir permite calcular a energia de um único fóton de frequência f:

Na equação acima, h é uma constante física chamada constante de Planck, de valor igual a 4,0.10-15 eV.s. A energia cinética que o elétron adquire após ser atingido por um fóton é determinada pela diferença da energia do fóton com a função trabalho (Φ):

A função trabalho é uma característica de cada material e depende do quão ligados estão os elétrons no material. Confira uma tabela com valores de função trabalho, em unidades de eV (elétrons-volts - cada eV equivale a 1,6.10-19 J), para alguns metais:

Veja também: Exercícios sobre efeito fotoelétrico
 

Aplicações tecnológicas do efeito fotoelétrico

A mais famosa aplicação tecnológica baseada no efeito fotoelétrico é a célula fotovoltaica, utilizada nos painéis solares para gerar energia elétrica limpa e renovável.

Por Rafael Helerbrock
Graduado em Física

Qual é o tipo de radiacao usada pelo dispositivo descrito nesse texto?

Qual é o tipo de radiação utilizada na produção das imagens?