Produção e emissão de Raios-X

De Física Computacional
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     Basicamente, os raios-X são produzidos pela colisão de elétrons, com energia cinética da ordem de keV, contra o anodo em um tubo de raios-X.

     Elétrons são arrancados do cátodo e acelerados contra o anodo, geralmente de tungstênio, devido uma alta diferença de potencial estabelecida entre ambos. Com a desaceleração sofrida no impacto com o anodo, raios-X são emitidos pelo alvo.

     A emissão de raios-X pode ser analisada através de seu espectro (Figura I), que consiste em um gráfico contínuo de intensidade de emissão por comprimento de onda com picos característicos.

     A parte contínua refere-se ao tipo de emissão chamado Bremsstrahlung (do alemão; brems = frenagem, strahlung = radiação) e é devido aos elétrons que são desacelerados pela interação e colisões com os átomos do alvo. À medida que o elétron penetra no alvo, vai perdendo energia e emitindo raios-X em diversos comprimentos de onda, aos quais, as intensidades em que cada comprimento de onda é emitido são explicitadas no espectro. Analisando o espectro verifica-se um comprimento de onda mínimo para a emissão que ocorre quando o elétron incidente perde toda sua energia cinética em uma única colisão, e emitindo um fóton com energia correspondente. Logo, utilizando o como referência a equação do efeito fotoelétrico de Einstein () temos que: ; onde podemos escrever a energia cinética, adquirida devido a diferença potencial do tubo de raios-X, como () e isolando o comprimento de onda mínimo obtendo:

     Os picos no gráfico devem a outro tipo de emissão chamada Emissão Característica, pois a localização dos picos depende do material do anodo. Quando o elétron do feixe provindo do catodo penetra no anodo ele pode colidir com um elétron de uma subcamada mais interna fornecendo energia suficiente para expeli-lo do átomo, deixando o átomo excitado. Assim, para completar novamente a camada mais interna, um elétron de camada mais externa salta para a camada mais interna emitindo um fóton com energia igual a diferença de energia entre as camadas envolvidas. Esse processo de desexcitação pode ocorrer em várias etapas e com transições entre diferentes níveis de energia emitindo mais de um fóton representando diferentes picos no espectro de raios-X.