p Os raios X são basicamente a mesma coisa que os raios de luz visíveis. Ambos são formas ondulatórias de energia eletromagnética transportados por partículas chamadas fótons (veja Como funciona a luz para obter detalhes). A diferença entre os raios X e os raios de luz visível é o nível de energia dos fótons individuais. Isso também é expresso como o Comprimento de onda dos raios.
p Nossos olhos são sensíveis ao comprimento de onda específico da luz visível, mas não para o comprimento de onda mais curto das ondas de raios-X de alta energia ou para o comprimento de onda mais longo das ondas de rádio de baixa energia.
p Fótons de luz visível e fótons de raios-X são produzidos pelo movimento de elétrons em átomos. Os elétrons ocupam diferentes níveis de energia, ou orbitais, em torno do núcleo de um átomo. Quando um elétron cai para um orbital inferior, ele precisa liberar alguma energia - ele libera a energia extra na forma de um fóton. O nível de energia do fóton depende da distância que o elétron caiu entre os orbitais. (Veja esta página para uma descrição detalhada deste processo.)
p Quando um fóton colide com outro átomo, o átomo pode absorver a energia do fóton ao impulsionar um elétron para um nível mais alto. Para que isso aconteça, o nível de energia do fóton tem que partida a diferença de energia entre as duas posições do elétron. Se não, o fóton não pode deslocar elétrons entre orbitais.
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p Os átomos que compõem o tecido do corpo absorvem muito bem os fótons da luz visível. O nível de energia do fóton se ajusta a várias diferenças de energia entre as posições dos elétrons. As ondas de rádio não têm energia suficiente para mover elétrons entre orbitais em átomos maiores, então eles passam pela maioria das coisas. Os fótons de raios-X também passam pela maioria das coisas, mas pelo motivo oposto:eles têm muita energia.
p Outros usos de raio-x As contribuições mais importantes da tecnologia de raios-X têm sido no mundo da medicina, mas os raios X também desempenharam um papel crucial em várias outras áreas. Os raios X têm sido fundamentais na pesquisa envolvendo a teoria da mecânica quântica, cristalografia e cosmologia. No mundo industrial, Scanners de raios-X são freqüentemente usados para detectar falhas mínimas em equipamentos de metal pesado. E os scanners de raios-X se tornaram equipamentos padrão na segurança de aeroportos, claro.
p Eles podem, Contudo, expulsar um elétron de um átomo. Parte da energia do fóton de raios-X funciona para separar o elétron do átomo, e o resto envia o elétron pelo espaço. Um átomo maior tem maior probabilidade de absorver um fóton de raios-X desta forma, porque átomos maiores têm diferenças de energia maiores entre os orbitais - o nível de energia corresponde mais de perto à energia do fóton. Átomos menores, onde os orbitais de elétrons são separados por saltos relativamente baixos de energia, são menos propensos a absorver fótons de raios-X.
p O tecido mole do seu corpo é composto de átomos menores, e, portanto, não absorve fótons de raios-X muito bem. Os átomos de cálcio que constituem seus ossos são muito maiores, então eles são melhores em absorvendo fótons de raios-x .
p Na próxima seção, veremos como as máquinas de raio-X fazem esse efeito funcionar.
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A máquina de raio-x
p O coração de uma máquina de raio-X é um par de eletrodos - um cátodo e um ânodo - que fica dentro de um tubo de vácuo de vidro . O cátodo é um filamento aquecido , como você pode encontrar em uma lâmpada fluorescente mais antiga. A máquina passa corrente através do filamento, aquecendo-o. O calor expele elétrons da superfície do filamento. O ânodo carregado positivamente, um disco plano feito de tungstênio , atrai os elétrons através do tubo.
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p A diferença de tensão entre o cátodo e o ânodo é extremamente alta, então os elétrons voam através do tubo com muita força. Quando um elétron em alta velocidade colide com um átomo de tungstênio, ele solta um elétron em um dos orbitais inferiores do átomo. Um elétron em um orbital superior cai imediatamente para o nível de energia inferior, liberando sua energia extra na forma de um fóton. É uma grande queda, portanto, o fóton tem um alto nível de energia - é um fóton de raios-X.
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O elétron livre colide com o átomo de tungstênio, derrubando um elétron de um orbital inferior. Um elétron orbital mais alto preenche a posição vazia, liberando seu excesso de energia como um fóton.
p Os elétrons livres também podem gerar fótons sem atingir um átomo. O núcleo de um átomo pode atrair um elétron em alta velocidade apenas o suficiente para alterar seu curso. Como um cometa girando em torno do sol, o elétron desacelera e muda de direção à medida que passa velozmente pelo átomo. Essa ação de "frenagem" faz com que o elétron emita energia em excesso na forma de um fóton de raios-X.
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O elétron livre é atraído para o núcleo do átomo de tungstênio. À medida que o elétron passa velozmente, o núcleo altera seu curso. O elétron perde energia, que ele libera como um fóton de raios-X.
p Mídia de contraste Em uma imagem anormal de raios-X, a maioria dos tecidos moles não aparece claramente. Para focar nos órgãos, ou para examinar os vasos sanguíneos que compõem o sistema circulatório, os médicos devem apresentar mídia de contraste no corpo.
Os meios de contraste são líquidos que absorvem os raios X com mais eficácia do que o tecido circundante. Para colocar em foco os órgãos do sistema digestivo e endócrino, um paciente engolirá uma mistura de meio de contraste, normalmente um composto de bário. Se os médicos quiserem examinar os vasos sanguíneos ou outros elementos do sistema circulatório, eles injetarão meios de contraste na corrente sanguínea do paciente.
Meios de contraste são frequentemente usados em conjunto com um fluoroscópio . Em fluoroscopia, os raios X passam pelo corpo em uma tela fluorescente, criando uma imagem de raio-X em movimento. Os médicos podem usar a fluoroscopia para controlar a passagem do meio de contraste pelo corpo. Os médicos também podem gravar as imagens em movimento de raios-X em filme ou vídeo.
p As colisões de alto impacto envolvidas na produção de raios X geram muito calor. Um motor gira o ânodo para evitar que derreta (o feixe de elétrons nem sempre está focado na mesma área). Um banho de óleo frio ao redor do envelope também absorve calor.
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p Todo o mecanismo é cercado por uma espessa blindagem de chumbo. Isso impede que os raios X escapem em todas as direções. Uma pequena janela no escudo permite que alguns dos fótons de raios-X escapem em um feixe estreito. O feixe passa por uma série de filtros a caminho do paciente.
p Uma câmera do outro lado do paciente registra o padrão da luz do raio X que passa por todo o corpo do paciente. A câmera de raios-X usa a mesma tecnologia de filme que uma câmera comum, mas a luz do raio X desencadeia a reação química em vez da luz visível. (Veja Como funciona o filme fotográfico para saber mais sobre este processo.)
p Geralmente, os médicos mantêm a imagem do filme como um negativo . Isso é, as áreas expostas a mais luz parecem mais escuras e as áreas expostas a menos luz parecem mais claras. Material duro, como osso, parece branco, e o material mais macio parece preto ou cinza. Os médicos podem colocar diferentes materiais em foco, variando a intensidade do feixe de raios-X.
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Raios-X são ruins para você?
p Os raios X são uma adição maravilhosa ao mundo da medicina; eles permitem que os médicos examinem o interior de um paciente sem qualquer cirurgia. É muito mais fácil e seguro olhar para um osso quebrado usando raios X do que abrir um paciente.
p Mas os raios X também podem ser prejudiciais. Nos primeiros dias da ciência de raios-X, muitos médicos exporiam os pacientes e a si próprios aos feixes por longos períodos de tempo. Eventualmente, médicos e pacientes começaram a desenvolver doença da radiação , e a comunidade médica sabia que algo estava errado.
p O problema é que os raios X são uma forma de radiação ionizante . Quando a luz normal atinge um átomo, não pode mudar o átomo de maneira significativa. Mas quando um raio X atinge um átomo, pode retirar elétrons do átomo para criar um íon , um átomo eletricamente carregado. Os elétrons livres então colidem com outros átomos para criar mais íons.
p A carga elétrica de um íon pode levar a reações químicas não naturais dentro das células. Entre outras coisas, a carga pode quebrar cadeias de DNA. Uma célula com uma fita quebrada de DNA morrerá ou o DNA desenvolverá uma mutação. Se muitas células morrem, o corpo pode desenvolver várias doenças. Se o DNA sofrer mutação, uma célula pode se tornar cancerosa, e esse câncer pode se espalhar. Se a mutação for em um espermatozóide ou óvulo, pode levar a defeitos de nascença. Por causa de todos esses riscos, os médicos usam raios-X com moderação hoje.
p Mesmo com esses riscos, A varredura de raios-X ainda é uma opção mais segura do que a cirurgia. As máquinas de raios-X são uma ferramenta inestimável na medicina, bem como um ativo em segurança e pesquisa científica. Eles são realmente uma das invenções mais úteis de todos os tempos.
p Para obter mais informações sobre raios-X e máquinas de raios-X, confira os links na próxima página.
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