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Como funciona o raio x?

Embora muita gente não saiba, a tecnologia que encontramos numa máquina de raio x foi um completo acidente, que deu muito certo por sinal. Por volta do ano de 1895, um homem que designava seus interesses ao estudo, alemão de nome Wilhelm Roentgen, realizou uma das descobertas mais interessantes.

Enquanto estava numa experiência de cunho diferente utilizando feixes de elétrons e um tubo de descarga de gás, constatou uma espécie de luz florescente vindo de uma tela, que pairava por todo o complexo de seu laboratório sempre que havia a ligação dos feixes de elétrons.

Entretanto, isso não era tudo. O que ele sabia até então era que o material fluorescente em sua normalidade brilha diante de uma reação com radiação eletromagnética, mas o que intrigou o físico fora que o tubo estava totalmente encapado com papelão grosso e de cor escura, preta. A suposição que ele então fez, foi que isso era o fator bloqueante da radiação presente.

Para continuar sua experiência, ele então resolveu colocar vários objetos entre o tubo e a tela, mas nada fez com que a luz deixasse de brilhar. Dessa forma, descobriu-se o raio x e consequente a isso, o desenvolvimento de suas aplicações que hoje nos é extremamente importante.

A história da humanidade começou um dos seus primeiros avanços nesse momento, com essa luz é possível que os médicos vejam o corpo humano através dos tecidos. Isso facilitou o exame de ossos quebrados, cavidades e objetos que porventura podem estar alojados no interior do corpo.

Além disso, a modificação mínima do raio x, tem poder de identificação de outras partes como os vasos sanguíneos, os pulmões e até mesmo os intestinos.

Curiosidade: Segundo uma votação realizada no Museu Ciência da cidade de Londres, a máquina de raio x é a melhor das invenções de todos os tempos. 

O que são os raios x?

Você poderia basicamente trocar a palavra “raio x” por “raio de luzes visíveis” exceto por um motivo, essas são formas únicas de ondas específicas de energia eletromagnética. Especialmente carregadas por partículas que chamamos de fótons.

E por falar em fótons, a energia de fótons é a principal responsável pela separação entre raio de luz visível e raio x. Cada um possui uma espécie individual de energia de fótons. Pelos físicos, isso é chamado de comprimento de onda dos raios.

Os nossos olhos são totalmente sensíveis a esse comprimento de onda e luz visível. A movimentação ocorrente entre elétrons e átomos é o que faz a produção de fótons de luz visível e fótons de raio x. A ocupação dos elétrons então é feita em níveis de energia diferentes ou também chamado de orbitais, tudo acontecendo especialmente envolto ao núcleo do átomo. Passando então para orbital menor um elétron, há a necessidade de liberação de energia, que nesse caso é liberada em forma de fóton. O que irá definir essa mesma energia é o quanto fora decaído o elétron entre os orbitais.

A colisão que ocorre entre um fóton e um átomo, faz com que haja absorção a energia de fóton, fazendo então a promoção do elétron para que esse esteja em um nível de energia acima. obtendo sucesso, é necessário que a energia do fóton combine perfeitamente com a diferença em energia entre duas distintas posições do elétron.

Quando isso não ocorre, então não há a deslocação dos elétrons entre os chamados orbitais. No nosso corpo, os tecidos que fazem nossa composição absorvem rapidamente os fótons de luz visível. A energia encontrada nesses, então é combinada a outras diferentes energias sobre a posição dos elétrons.

Então as ondas e rádio não possuem energia suficientemente satisfatória a fazer movimentação dos elétrons entre as áreas orbitais em átomos de tamanhos grandes ou maiores, isso faz com que consigam passar tranquilamente pela maior parte dos materiais. Fótons de raio x são capazes de atravessar objetos variados.

É possível ainda que eles façam o arranque de um elétron de um átomo. Parte da energia presente no fóton do raio x faça o trabalho de separação entre o elétron e o átomo, o que sobra disso é utilizado no processo de movimentação fora do átomo. Aquele átomo que é maior tem chances a mais de absorver um fóton de raio x.

Isso acontece porque em relação a átomos maiores, existem diferenças de energia entre os orbitais que também são maiores, o ajuste dessa energia só pode ser feito de maneira perfeita ao passo que há energia presente no fóton. Já os átomos menores, que fazem separação dos orbitais de elétrons estarão separados.

Essa separação é feita por níveis de energia que estão consideravelmente baixos, fazendo então que sejam possuidores de menores chances de absorção em relação aos fótons de raio x.

Vale ressaltar que aqueles tecidos que fazem composição de nosso corpo são macios e possuem átomos menores, dessa forma encontram facilidade para absorver fótons de raio x. Os átomos onde encontraremos cálcio, por sua vez, são bem maiores (esses são encontrados em nossa parte óssea) e consequente a isso absorvem fótons de raio x deixando marcado o resultado final (como nossos ossos saírem brancos no negativo do raio x).

Curiosidade: O mundo da medicina evoluiu com as máquinas de raio x, desempenham hoje um papel crucial e importantíssimo para resolução de problemas relacionados a fraturas no corpo humano. Fora os consultórios, muitos outros estabelecimentos fazem uso das máquinas, bem como na indústria com scanners de raios X, além de ser equipamento padrão nos aeroportos para reconhecimento de armas.

Máquina de raio x

Para entender uma máquina de raio x, nós precisaremos começar pelo “coração” dela, é composta por dois eletrodos, um cátodo e um ânodo. Esmiuçando isso, saiba que o cátodo é uma espécie de filamento super aquecido, exatamente como visto em uma lâmpada comum fluorescente.

A máquina então faz um processo de passar a corrente pelo filamento, fazendo o aquecimento. O calor então faz a expulsão dos elétrons da superfície do filamento. Então entra a ação ânodo que é uma espécie de disco carregado positivamente totalmente feito de tungstênio, isso faz a atração de elétrons através do tubo.

A voltagem entre um cátodo e o ânodo é muito alta, isso permite que haja movimentação entre os elétrons pelo presente tubo com uma força extrema. Quando em alta velocidade o elétron entra em choque com um átomo de tungstênio, um outro elétron que se encontra presente numa camada mais profunda do átomo é liberado.

Com o acontecimento, um elétron presente em um orbital que possui energia, faz sua migração em direção ao nível de energia mais baixo (internamente), fazendo a liberação de energia em forma de fóton. Temos então um fóton de raio x, que é o chamamos de energia liberada em choque de elétrons.

Outro ponto interessante é o elétron livre que tem o poder de fazer a geração de fóton sem que necessariamente tenha que atingir um átomo. É possível que haja também a atração de um elétron através do núcleo de um átomo e com uma velocidade precisa é capaz de fazer alterações no curso.

Um bom exemplo disso, é compará-lo a um cometa fazendo sua giração entorno do Sol, com a diminuição do elétron em relação a velocidade, a direção se transforma a cada minuto que a medida passa pelo átomo. Com esse presente freio, o elétron começa a fazer emissão de energia em formato de fóton de raio x.

Quando ocorrem as colisões de impacto profundo ao produzir raios x, é gerado muito calor. Um motor faz o giro do ânodo de forma que ele não venha a derreter. Fora isso, existe uma espécie de ampola capaz de absorver calor já que ela possui uma camada de óleo frio.

O mecanismo é totalmente protegido por uma blindagem feita em chumbo de espessura grossa. Fazendo com que dessa forma não haja o escape dos raios. Em pequenas aberturas é possível que os fótons de raio escapem, encontrando o corpo e delineando-o ao médico.

O feixe por onde é passado os fótons se encontra numa sucessão de filtros antes de chegar ao paciente, uma câmera que se localiza de um outro lado é capaz de fazer a gravação dos raios que passam pelo corpo. A câmera é considerada comum, parecida com as cinematográficas.

Contudo a reação química quando acionada sempre faz a passagem de luz de raio x. O mais comum é que os médicos prefiram o negativo da imagem, ou seja, entendemos então que as áreas que se encontraram mais expostas ficam mais escuras, já que as áreas que estiveram menos expostas aparecem mais claras no negativo.

Quando há um material duro, como no caso dos ossos humanos, o branco é que se torna a coloração dessa área. Enquanto materiais mais macios, como a pele e tecidos musculares acabam por obter as cores preto ou cinza. De acordo com a variação dos raios, é possível que um médico visualize diferentes materiais utilizando o raio x.