A descoberta dos raios X em novembro de 1985 foi feita por um físico alemão Wilhelm Roentgen e este foi o começo da física da radiação.

Roentgen estava estudando a luminescência provocada dentro de uma ampola de vidro contendo gás a baixa pressão em que era emitido feixes de elétrons e através de um ddp (diferença de potencial).

A ddp era aplicada entre os eletrodos, que estavam nas extremidades da ampola (Ampola de Crookes) e os elétrons eram acelerados devido a essa diferença de potencial.

Por que raios catódicos?

No eletrodo de onde saiam os elétrons foi chamado de cátodo, e assim, denominados de raios catódicos.

Os raios catódicos provocavam uma luminescência na extremidade da ampola e Roentgen, quando ele  estava trabalhando, demonstrou que os raios catódicos tinham trajetória em linha reta, pois ao colocar uma cruz de malta de cristal de mica entre o cátodo e a parte frontal da ampola aparecia, exatamente, uma sombra em forma de cruz.

A descoberta dos Raios x  

Muitas das descobertas da ciência foram feitas ao acaso, ou seja, um cientista estava fazendo algum estudo, observando algo de seu interesse e acidentalmente fez observação de outras coisas e terminou descobrindo algo que não estava no seu foco. Temos alguns exemplos:

• Forno de micro-ondas
• O campo magnético por Oersted
• O núcleo atômico por Ernest Rutherford

Os raios x foram descobertos quando, observando os raios catódicos produzidos na ampola esses produziam uma florescência em uma tela, mesmo que essa tela estivesse um pouco distante do tubo, fora do alcance dos raios catódicos.

Ele então disse que o fenômeno era provocado por algum tipo de raio desconhecido, pois os raios catódicos tinham trajetórias retilíneas e, assim,  o chamou de raios x. Hoje sabemos que  são radiações eletromagnéticas de frequência na faixa de 3×10¹⁶ Hz a 3×10¹⁹ Hz.

Com poucos dias observando o tal raio x, Roentgen verificou o poder de penetração desses raios em materiais como: papel, madeira, folha fina de alumínio e outros. O entusiasmo foi grande, que ele fotografou a mão de sua esposa com os raios-x, revelando a estrutura óssea da mão dela.

Como se origina a radiografia?

Devido ao tecido que é mole e o osso é denso, composto por cálcio a radiação passa através do tecido e é barrado pelo osso, deixando uma macha com a sua forma em uma chapa fotográfica. Com essa propriedade a medicina começou a usar os raios-x para fazer diagnóstico.

Fica fácil, por exemplo, verificar fraturas, pois diante de uma fratura  a radiação passa através da fissura mostrando assim a parte do osso que ocorreu a lesão.

Produção de Raios x

Os raios x são ondas eletromagnéticas de alta energia e, portanto, com comprimento de onda pequeno e da ordem de 10^-12m (um picômetro  1pm= 10^-12m) e a sua frequência é da ordem de 10¹⁶Hz.

A  sua produção  ocorre quando um feixe de elétrons que é liberado do filamento de tungstênio (cátodo) são acelerados até o ânodo e colidindo com esse, onde parte da sua energia cinética é transformada em calor e energia de radiação (raios x).  Nesse processo surgem dois tipos de raios x, radiação característica e a radiação devido a desaceleração (“Bremsstrahlung”) ou radiação de fretamento.

O cátodo possui um filamento, que é aquecido com a passagem de uma corrente elétrica e devido ao aquecimento gera uma “nuvem” de elétrons (emissão termiônica), que são acelerados pela grande voltagem (ddp) que há entre o cátodo e o ânodo.

Nesse processo da aceleração os elétrons adquirem grande energia cinética e colidem com o alvo de tungstênio (ânodo) e  gerando, assim, fótons , que saem através de uma janela com espessura menor que o resto da ampola com pouca absorção e são direcionados para radiografar o objeto em estudo, que pode ser o tecido humano ou até mesmo para investigar malas suspeitas em aeroportos.

Os raios x são muitos usados na indústria e engenharia para verificar possíveis fissuras em chapas ou concretos.

A energia dos fótons dos raios x liberados durante a colisão dos elétrons contra o ânodo é dada por: E=nhν (n= n° de fotons, h = constante de planck e ν é a frequência da radiação)

EXERCÍCIO

• A tensão (ddp) ente o cátodo e o ânodo é de 100KV. Determine a energia adquirida por um elétron que é liberado do cátodo.
• Se 90% dessa energia aquece o ânodo durante o choque, que quantidade dessa energia é transformada em calor?
• Sendo a massa do ânodo de 500g e calor específico é de 132J / (kg.°C) . Determine a variação da temperatura sofrida pelo ânodo.

 RESOLUÇÃO

 

 

 

 

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