Revisão de Física - Radiação Eletromagnética (G ou X)

4ª aula de revisão para provas e concursos das matérias aprendidas nos cursos de Tecnólogo em Radiologia.

Radiação Eletromagnética (G ou X)

A interação da radiação G ou X com a matéria é marcadamente diferente da que ocorre com partículas carregadas. A penetrabilidade dos raios G ou X é muito maior devido ao seu caráter ondulatório, e sua absorção depende do tipo de interação que provoca.

Há vários processos que caracterizam a interação (absorção ou espalhamento) da radiação G ou X com a matéria. Esses processos dependem essencialmente da energia da radiação, e do meio material que ela atravessa. Os fótons não tem massa propriamente dita (massa de repouso nula) e não transportam carga elétrica, portanto produzem ionização somente indiretamente quando incidem sobre os átomos. Quando o fóton G ou X interage com a matéria, sua energia é transferida para esta por uma variedade de mecanismos alternativos, sendo que os 3 (efeitos secundários) mais importantes são: Efeito Fotoelétrico, Efeito Compton e Formação de Pares.

Esse conhecimento permitirá ao Tecnólogo condições de compreender melhor como se dá o processo de formação da imagem, por que todo exame radiográfico é nocivo ao paciente e como funcionam as barreiras e os equipamentos individuais de proteção.

a) Efeito fotoelétrico

O efeito fotoelétrico é caracterizado pela transferência total da energia da radiação gama ou X (que desaparece) a um único elétron orbital, que então é expulso (expelido) do átomo absorvedor (processo de ionização). Nesse efeito, toda a energia do fóton incidente é transferida ao elétron, que então é expelido com energia cinética: T = hv - Be, sendo Be a energia de ligação do elétron ao seu orbital (energia que foi dissipada para desfazer a ligação do elétron ao átomo).

Este elétron expelido do átomo (denominado fotoelétron, radiação secundária ou ainda emissão corpuscular associada), poderá perder a energia recebida do fóton, produzindo ionização em outros átomos.

A direção de saída do fotoelétron com relação à de incidência do fóton, varia com a energia deste. Assim, para altas energias (acima de 3 MeV), a probabilidade do fotoelétron ser ejetado para frente é bastante grande; para baixas energias (abaixo de 20 keV) a probabilidade de sair para o lado é máxima para q ~ 70°.

O efeito fotoelétrico é predominante em baixas energias e para elementos de elevado número atômico Z. O efeito fotoelétrico decresce rapidamente quando a energia aumenta (outros efeitos começam a se tornar predominantes), e é observado para energias tão baixas quanto a da luz visível.

O efeito fotoelétrico é proporcional a Z5, e por esse motivo deve ser usada blindagem de chumbo para absorção de raios gama ou X de baixas energias.

Acontece como os raios X característicos e são considerados uma radiação secundária. A radiação secundária não tem nenhuma contribuição para a qualidade do diagnóstico da imagem radiográfica, uma vez que tenderá a borrar mais a imagem. O fato do fóton não atravessar totalmente o paciente, porém, é necessário para que seja feito o contraste da imagem. Logo, a imagem só é obtida se realmente houver a ionização de um átomo que interaja com o fóton, o que resultará sempre em um dano à saúde do paciente.

b) Efeito Compton

Quando a energia da Radiação gama ou X cresce, o espalhamento Compton torna-se mais freqüente que o efeito fotoelétrico. No efeito Compton, o fóton incidente é espalhado por um elétron periférico, que recebe apenas parcialmente a energia do fóton incidente. O fóton espalhado terá uma energia menor e uma direção diferente da incidente.

Dessa forma, a interação do fóton é descrita como um espalhamento por um elétron livre, inicialmente em repouso. O efeito Compton depende ainda da densidade do elemento (número de elétrons/cm³), e decresce em função da energia dos fótons, porém não tão rapidamente como no efeito fotoelétrico. Este é inversamente proporcional à energia do fóton, e proporcional ao número atômico Z do material absorvedor.

Os raios X que são espalhados de volta em direção à sua origem são chamados de radiação refletida ou retroespalhada. Na radiografia, a radiação refletida por objetos imediatamente atrás do chassi pode causar artefatos (manchas) na imagem como o aparecimento das travas do chassi no filme.

No geral, o efeito Compton é necessário para a formação da imagem quando o ângulo de desvio do fóton for baixo e contribui para o aumento da penumbra ou borramento quando o ângulo é grande. 

c) Formação de Pares

Uma das formas mais importantes da radiação eletromagnética de alta energia ser absorvida é a produção de pares. No entanto, a produção de pares ocorre somente quando fótons de energia igual ou superior a 1,02 MeV passam próximos a núcleos de elevado número atômico. Nesse caso, a radiação gama ou X interage com o núcleo e desaparece, dando origem a um par elétron-pósitron.

Como os fótons produzidos nos equipamentos radiográficos convencionais geram fótons com energia não superior a 0,2 MeV, a interação por produção de pares é impossível na faixa de raios X diagnóstico. Por isso, esse fenômeno só é considerado em radioterapia e medicina nuclear.

Fonte: Nós e as Radiações, Flávio Augusto P. Soares e Henrique Batista M. Lopes - Radiodiagnóstico Fundamentos Físicos (com adaptações).