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Física das radiações

Comente as principais fontes de radiações naturais e artificiais:
As principais fontes de radiação natural são: os raios cósmicos, responsáveis por cerca de 25% da dose de radiação que recebemos por ano, materiais existentes no solo, vidros, cerâmica, materiais de construção (como o concreto que contém potássio), água, alimentos que ingerimos, dentro de plantas e animais, etc. Encontramos substancias radioativas até mesmo dentro de nosso próprio corpo, onde há fósforo 32, carbono14, cálcio 45, etc.
Dentre as fontes artificiais de radiação, existem os raios-x (de uso industrial, medico, odontológico ou aqueles gerados pela TV), as fontes de radioterapia ou “fallout”, que consistem na precipitação de substancias radioativas, provenientes das camadas mais altas da atmosfera, que foram geradas por explosão de testes nucleares, militares ou acidentes nucleares, dentre outras.
Quais as radiações nucleares e quais aqueles que tem origem na eletrosfera. Dê a composição de cada uma.
As principais radiações nucleares são: alfa, beta, gama e nêutrons. São emitidas pelo núcleo de um átomo devido a acomodação de seus prótons e nêutrons que compõe o núcleo, sendo que, nesta acomodação, eles emitem “sobras” de energia em forma de radiações. Já os raios-x são fótons que originam-se na eletrosfera, e como são radiações eletromagnéticas, não tem carga nem massa. Os fótons são constituídos de energia pura, como a luz que enchergamos.
Radiação alfa: é constituída de dois prótons e dois nêutrons que o núcleo perde ao emiti-la. Tem pouco poder de penetração, atravessam alguns centímetros no ar e poucos milímetros no tecido, portanto, não constituem perigo serio como fonte externa de radiação.
Radiação beta: há dois tipos de radiação beta:
Beta menos: que são elétrons
Beta mais: que são pósitrons, idênticos aos elétrons porem com carga elétrica positiva.
Radiação gama e os raios-x: os raios-x são fótons que tem origem na eletrosfera de um átomo. Os raios gama também são fótons, mas emitidos pelo núcleo de um átomo durante uma transição e surgem após o núcleo emitir uma partícula (radiação alfa, beta, nêutrons etc.). Ambos são muito penetrantes sendo necessário pesadas blindagens para detê-los.
Os raios-x têm origem na eletrosfera nos átomos do alvo (anodo). No anodo incidem elétrons espelidos de um filamento aquecido (catodo), que foram acelerados por um campo elétrico proporcional ao KV.
Comente o poder de penetração desses principais tipos de radiação.
A radiação alfa tem pouco poder de penetração, atravessam alguns centímetros no ar e poucos milímetros nos tecidos, portanto não constituem perigo serio como fonte externa de radiação. As que alcançam a pele não conseguem atravessar a camada superficial. Os feixes de maior energia tem maior penetração, e podem causar danos a pele. Porém, a inalação ou ingestão de partículas alfa é muito perigosa.
Quando se trata de um material radioativo beta-emissor, é necessária a colocação de uma blindagem entre o operador e a fonte. Nesse caso, uma simples folha plástica de 1 a 2cm de espessura é capaz de absorver totalmente as partículas beta e radiações secundárias provenientes do emissor.
Os raios gama também são fótons, mas emitidos pelo núcleo de um átomo durante uma transição, e surgem após o núcleo emitir uma partícula. Ambos são muito penetrantes sendo necessárias pesadas blindagens para detê-los (chumbo, concreto, aço ou ferro).
Explique como são gerados os raios-x.
Os raios-x têm origem na eletrosfera (anodo). No anodo incidem elétrons espelidos de um filamento aquecido (catodo), que foram acelerados por um campo elétrico proporcional ao KV. Esses elétrons, ao interagirem com os elétrons no ponto de incidência no anodo, geram um feixe de raio-x composto por radiação de frenagem e raios-x característicos.
Explique o que são e qual a origem dos raio x característicos e da radiação de bremsstrahlung. Qual desses dois é mais abundante no feixe?
Radiação de frenagem (bremsstrahlung): são fótons com energias distribuídas em uma faixa de valores próximo de zero até um Maximo. Eles são gerados pelo espalhamento (ou desaceleração) de elétrons que incidem sobre um alvo (anodo).
Os raios-x característicos são fótons resultantes da perda de energia dos elétrons em torno dos átomos do alvo que foram excitados quando interagiram com os elétrons acelerados advindos do catodo. Alguns elétrons do anodo sobem de uma determinada órbita para outra de maior energia deixando nela lacunas. Para preencher as vagas deixadas no orbital inferior descem elétrons das órbitas adjacentes. Um elétron excitado deve liberar seu excesso de energia para poder preencher uma lacuna nas órbitas inferiores, e o faz emitindo um fóton (raio-x), cuja energia tem um valor especifico que caracteriza a órbita superior e inferior pelas quais passou.
O que é um isótopo radioativo?
São substancias radioativas que não tem relação com equipamentos geradores de radiação. Alguns deles são de grande importância na Medicina Nuclear. Quando se refere a um elemento químico potencialmente radioativo, além do nome do elemento, deve vir associado o valor do seu numero de massa. O seu nome e o numero de massa revelarão se a substancia é radioativa ou estável.
Explique o conceito de meia-vida de uma fonte de radiação e sua relação com equipamentos geradores de raios-x.
Como a atividade, a meia-vida radioativa é definida também apenas para substancias radioativas. Também não se aplica a equipamentos emissores de radiação. A meia-vida é definida como o tempo necessário para que a metade dos átomos de uma atmosfera emita radiação. Cada fonte de radiação tem um valor de meia-vida característico, tal qual uma impressão digital da substancia radioativa.
Refere-se a um feixe de raios x como tendo energia de KVp = 100KV. Qual o significado, em relação à energia dos fótons, dessa indicação? Qual é, aproximadamente, o valor médio da energia desse feixe?
O KVp é definido como a energia dos fótons de raios x de maior energia, e esta energia é numericamente igual à voltagem aplicada no tubo de raio x. Pode-se afirmar, como aproximação, que a grandeza exposição (à radiação) é diretamente proporcional ao quadrado do KVp, ou seja, dobrando o KVp, quadruplica-se a exposição no paciente.
O que é o processo de excitação atômica?
As radiações interagem transferindo parte ou toda sua energia para os elétrons dos materiais alvo. A energia transferida não é suficiente para retirar esses elétrons do átomo. O elétron que agora tem maior energia, passa de uma camada eletrônica próxima do núcleo para outra mais distante. Passado um tempo o elétron se desexcita produzindo um fóton. Esse fóton pode ser de luz na faixa do visível, ou na faixa dos raios x.
O que é ionização, e quais os processos através dos quais ela pode ser gerada?
No processo de ionização, as radiações interagem com os materiais arrancando dos átomos alguns elétrons ao seu redor. Ao serem ionizados os elementos químicos ficam ávidos por reagir com outros elementos, modificando as moléculas das quais fazem parte.
Efeito fotoelétrico: um fóton transfere toda a sua energia, desaparecendo e fazendo surgir um elétron.
Efeito Compton: ocorre quando um fóton cede parte de sua energia para um elétron de um alvo. Este sai de sua órbita e, ao mesmo tempo, surge na interação um outro fóton com energia mais baixa, propagando-se em outra direção dentro do material. Este efeito contribui significativamente para o aumento da radiação que é espalhada pelo corpo do paciente e que atinge o filme radiográfico.
Explique o fenômeno da fluorescência e fosforescência.
O processo de fluorescência consiste na emissão imediata de luz por uma substância após seus elétrons terem sido excitados, por exemplo, pela incidência de radiação ionizante.
O processo de fosforescência consiste também na emissão de luz visível, mas com duas diferenças:
A luz emitida tem comprimento de onda maior em relação a luz emitida na fluorescência.
A emissão da luz se dá após um tempo longo depois da excitação dos elétrons da substância, em relação a fluorescência.
Explique como um filme de raio-x é impressionado no momento do exame.
O filme de raios-x é cerca de 100 vezes mais sensível à luz do que aos raios-x. Por isso, os filmes radiográficos são acoplados às telas intensificadoras fluorescentes usadas para converter os raios-x na luz que impressionam o filme radiográfico.
Por que deve-se utilizar as grades em raiodiagnóstico e que benefícios trazem?
Qual a utilidade das telas intensificadoras?
Os filmes radiográficos são acoplados às telas intensificadoras fluorescentes usadas para converter os raios-x na luz que impressionam o filme radiográfico. Não fossem as telas, a exposição à radiação do paciente teria que ser pelo menos 100 vezes maior.
Explique os conceitos CSR e CDR.
Camada semi-redutora: é definida como a espessura de material de blindagem necessária para reduzir à metade a intensidade de um feixe dos fótons incidentes, sendo que há um valor específico de CSR para cada energia dos fótons;
Camada deci-redutora: é definida como a espessura de material de blindagem necessária para reduzir em 10 vezes a intensidade de um feixe dos fótons incidentes, sendo que também há um valor de CDR para cada energia dos fótons.
Explique para que serve a filtração do feixe.
Os fótons de baixa energia têm capacidade de penetração muito baixa, não contribuem com informações sobre o paciente na chapa de raio-x e só aumentam a dose no paciente. Por isso há necessidade de filtragem desses raios-x que não contribuem para a formação de imagem. O material geralmente usado para esse propósito é o alumínio.
Qual a diferença entre mA e mAs?
Freqüentemente as unidades mA e mAs são confundidas ou tomadas como termos sinônimos. Não são. Cada uma dessas unidades refere-se a uma grandeza diferente.
A unidade mA refere-se à grandeza física “corrente elétrica” (i). A corrente elétrica é definida como a quantidade de carga elétrica Q, dada em Coulomb (C), que passa por um meio qualquer, dividido pelo intervalo de tempo em que ocorre esta passagem, em segundos (s). A corrente elétrica i é medida na unidade denominada Ampere (A), que é um nome especial para C/s.
A corrente elétrica chamada de mA no radiodiagnóstico, deve ser entendida como o numero de elétrons que partem do catodo e que incidem no anodo a cada segundo. O número de elétrons que atingem o anodo dependerá, portanto, do tempo de existência do mA dentro do tubo, em geral frações de segundo. Em resumo: mA representa o numero de elétrons que incidem no anodo a cada segundo; mAs representa o numero total de elétrons que atingem o anodo.
Como é gerada a radiação espalhada e qual sua influência da qualidade da imagem.
Após parte do feixe atravessar o paciente, alguns fótons, ao invés de serem removidos da direção do feixe primário, sofrem múltiplos espalhamentos e retomam esta direção, o que deteriora a qualidade da imagem radiográfica.
Cite pelo menos três formas de reduzir a radiação espalhada.
Reduzir o KVp, reduzir a área do feixe de raios-x (ou área de campo), reduzir a espessura do corpo.
Explique como é a constituição de uma grade utilizada em radiodiagnóstico. O que é fator de grade?
A grade é constituída de tiras de matérias bons absorvedores de raios-x, como o chumbo. A penetração da radiação espalhada na grade é determinada, principalmente pelas dimensões  das tiras de chumbo e dos interespaços. A altura das tiras de chumbo é, em geral, igual à espessura da chapa variando de 2 a 5mm. A largura do espaço entre duas tiras é denotada por d, e em geral, tem valores na faixa de 0,25 a 0,40mm.
Qual a composição de um filme radiográfico convencional? Quais as diferenças deste para o filme de mamografia?
Um filme de radiografia convencional, basicamente, é constituído de uma base de poliéster transparente de aproximadamente 150micrometro de espessura, com as duas faces recobertas por uma emulsão sensível aos raios x com espessura de 10micrometros em cada face. Os filmes usados em câmeras de fotografia e mamografia têm emulsão em apenas uma das faces.
A emulsão é composta de pequenos cristais de haletos de prata suspensos em gelatina. Dentre os diferentes tipos de cristais, o mais usado em radiografia é o brometo de prata.

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