O que são raios-X?

Se nossos olhos pudessem ver formas de radiação eletromagnética, como raios X, olhar para o corpo de pessoas ou animais seria uma experiência completamente fantasmagórica. Seríamos capazes de olhar diretamente para dentro da pele e entrar diretamente nos ossos. Talvez seja bom que não tenhamos essa capacidade, mas ainda assim colhemos os benefícios dos raios X. Eles são de imensa importância no diagnóstico médico, úteis em pesquisas científicas e adequados em diversas aplicações industriais. Antes de entrarmos em detalhes do que exatamente são os raios X e como eles são usados, vamos primeiro olhar para a fascinante história por trás da descoberta dos raios X.

Descoberta de Raios-X

Em 1895, o físico alemão Wilhelm Roentgen estava fazendo um experimento com um tubo catódico – um recipiente de vidro no qual um feixe de elétrons ilumina uma superfície fluorescente. Roentgen então embrulhou papelão ao redor do tubo para evitar que a luz fluorescente escapasse. Depois de um tempo, ele notou algo estranho … outra tela do lado de fora do tubo estava brilhando!

Em outras palavras, raios invisíveis vazaram através do vidro, contornaram o papelão e chegaram a uma tela do lado de fora. Roentgen não foi capaz de descobrir o que eram esses raios de luz, então, devido à sua natureza desconhecida , ele os chamou de raios-X. De fato, por sua descoberta de raios-X, Roentgen foi premiado com o primeiro prêmio Nobel em 1901.

Hoje, sabemos o que estava acontecendo em seu laboratório todos esses anos atrás.

Quando elétrons de alta energia no tubo do cátodo atingem um componente metálico, eles são impedidos e liberam energia extra ou expelem elétrons dos átomos atingidos, provocando um rearranjo, que também libera energia. Em ambos os casos, a energia emitida está na forma de raios-X, um tipo de radiação eletromagnética com mais energia que a luz visível.

Raios-X

Para simplificar, os raios X são uma forma superpoderosa de luz comum – ondas que viajam em linhas retas à velocidade da luz, mas têm energia muito alta.

Se você pudesse fixar os raios X em um pedaço de papel e medi-los, descobriria que o comprimento de onda de um raio X era milhares de vezes menor do que os comprimentos de onda da luz comum. Isso implica que a frequência deles (com que freqüência eles se mexem) é correspondentemente maior. A energia das ondas eletromagnéticas está diretamente relacionada à freqüência dessas ondas; Raios-X, sendo ondas de alta frequência (no intervalo de 3 × 10 16 Hz a 3 × 10 19Hz) são altamente energéticos e, portanto, mais penetrantes que as ondas de luz comuns. Como resultado, as ondas de luz têm uma capacidade restrita de atravessar; ao ser atingido por um material sólido (opaco), ele deixa de viajar mais. No entanto, os raios X podem viajar muito mais profundamente do que a luz comum, graças à sua natureza energética; embora eles possam ser interrompidos por um material com um número muito alto de elétrons (um número atômico maior).

Agora, vamos dar uma olhada detalhada nos poderes penetrantes e limitações dos raios-X.

Quando se trata de luz comum, sabemos que alguns materiais (transparentes), como vidro ou plástico, permitem que as ondas de luz passem através deles facilmente. No entanto, alguns outros materiais (opacos), como madeira e metal, absorvem os raios de luz, impedindo-os de ir mais longe. Da mesma maneira, há materiais que permitem que os raios X passem por eles, enquanto outros dificultam a dispersão dos raios X através deles. Existem até alguns materiais que impedem completamente os raios X de desaparecerem. Por que isso acontece?

Bem, quando os raios X entram em qualquer material, eles precisam forçar seu caminho através de uma multidão de átomos, a fim de emergir do outro lado do material. São os elétrons que representam o maior desafio para os raios X passarem pelo material. Quanto mais elétrons, mais difícil se torna para os raios X viajarem, à medida que mais e mais energia é absorvida pelos elétrons em colisão do material. No entanto, os raios X são fortes o suficiente para passar através de material com menos elétrons. Nossa pele, feita de moléculas à base de carbono, é um bom exemplo de um material que permite que os raios X se desviem. Pelo contrário, quando os raios X encontram um material forte com muitos elétrons (maior número atômico), eles são bloqueados. O chumbo (Pb), um metal pesado com 82 elétrons, é particularmente eficaz na interrupção dos raios X.

Agora que entendemos a base científica dessa forma de radiação eletromagnética, vamos dar uma olhada em algumas das aplicações mais úteis dos raios X.

Aplicações de raios-X

Medicamentos

Os raios X encontraram pela primeira vez sua aplicação em medicamentos há um século; hoje, milhões de exames de raios-X são realizados a cada ano em todo o mundo. Eles são uma das ferramentas mais úteis na ciência médica para diagnóstico e tratamento. Ossos e dentes, feitos principalmente de cálcio, são muito duros e não permitem que os raios X passem por eles. No entanto, nossa pele e músculo são feitos de tecidos moles, compostos de material orgânico como carbono, hidrogênio, oxigênio, etc., todos com um número atômico menor, o que significa que é mais fácil para os raios X contorná-los. É por isso que, ao olhar para um relatório de raio-x, parece que há sombras de várias coisas dentro do corpo, mas isso é realmente muito útil no diagnóstico médico. Raios-X podem detectar fraturas nos ossos, tumores nas células e certas condições pulmonares, como enfisema e tuberculose.

Segurança

Assim como os raios X podem ajudar a escanear as principais áreas dentro do nosso corpo, eles também podem ser úteis para verificar o que está dentro de nossas malas nos pontos de verificação de segurança nos aeroportos. Os raios X podem fluir através de materiais macios, como plástico ou couro, mas são absorvidos por materiais pesados, que são freqüentemente usados ​​em armas e munições, incluindo facas, armas e outras armas. Geralmente, os funcionários de segurança têm uma tela de monitoramento de computador, que transmite o interior das malas e sacos em tempo real para que o policial possa observar qualquer material suspeito / proibido.

Pesquisa científica

Além da medicina, um dos primeiros usos para os raios X foi estudar a estrutura interna dos materiais. Quando um feixe de raios X é disparado em um cristal, os átomos espalham o feixe de maneira precisa, projetando uma sombra virtual do padrão interior do cristal. Desta forma, os pesquisadores podem medir a distância entre os átomos. Isso é chamado de cristalografia de raios-X ou difração de raios-X. Essa técnica desempenhou um papel crucial na descoberta da estrutura do DNA na década de 1950.

Referências:

1. Universidade de Stanford
2. Universidade de Harvard
3. FDA dos EUA