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INTRODUÇÃO

As radiações ionizantes estão presentes no dia a dia, sendo parte de diversos processos na medicina. Para que estes fenômenos possam ser utilizados em beneficio da humanidade e em condições adequadas de segurança, é muito importante o conhecimento dos processos interação da radiação com a matéria e das diferentes formas de detecção.

INTERAÇÃO DE FÓTONS COM A MATÉRIA

Fótons são partículas indiretamente ionizantes que, ao atravessarem a matéria, podem depositar energia neste em um processo que consiste de duas etapas: transferência de energia para uma partícula carregada (elétron ou pósitron) e posterior deposição da energia transferida à partícula carregada no meio. Há uma dependência correlacionada entre a energia do fóton e o número atômico e a densidade do meio na probabilidade do fóton realizar um dos processos possíveis de interação. Com isto, o fóton pode interagir com o átomo inteiro, com o núcleo atômico ou com um elétron orbital.

Quando um fóton penetra a matéria, podem ocorrer três coisas:

• Transmissão de fóton sem ocorrer nenhuma interação.

• Absorção total do fóton, com transferência total de sua energia para partículas carregadas leves, como elétrons ou pósitrons.

• Espalhamento do fóton.

A descrição dos principais fenômenos de interação de fótons com a matéria, são eles Efeito fotoelétrico, por sua importância como principal fenômeno de absorção da radiação, Efeito Compton e Formação de Pares.

EFEITO FOTOELÉTRICO

O processo de interação entre fóton fortemente ligada a uma átomo é chamado efeito fotoelétrico. Nessa interação, o fóton é completamente absorvido e o elétron é ejetado com energia cinética. Este elétron orbital ejetado é chamado fotoelétron.

No processo de absorção por efeito fotoelétrico, um fóton é totalmente absorvido por um átomo. No sei lugar, um fotoelétron rápido é ejetado do átomo. A interação acontece com o átomo como um todo e não pode ocorrer com elétrons livres, uma vez que um elétron livre não pode absorver um fóton sem o momento não seja conservado.

Sendo o efeito fotoelétrico um átomo livre, se o elétron da camada K é ejetado pelo fóton incidente, outro elétron de um nível de maior energia pode preencher a vacância, resultando na emissão de um fóton com uma energia igual à diferença de energia entre os dois níveis envolvidos.

EFEITO COMPTON

No espalhamento Compton, a interação acontece entre o fóton incidente e o elétron no material absorvedor. Na faixa de energia dos raios gama, o espalhamento Compton é o mecanismo dominante.

A interpretação mais comum para o efeito Compton que o fóton incidente transfere parte de sua energia para o elétron. O fóton é então espalhado em um ângulo, com respeito a sua direção inicial.

Devido ao fato que todos os ângulos de espalhamento são possíveis, a energia transferida para o elétron pode variar de zero até uma fração significativa da fóton incidente.

Este efeito nada mais é do que a variação do comprimento de onda da radiação eletromagnética dispersada por elétrons livres.

O próprio Compton desenvolveu a teoria do espalhamento de raios X pela matéria, baseando-se nas seguintes hipóteses:

• O espalhamento pode ser interpretado como uma colisão entre um fóton de raios-X e um elétron do material alvo;

• Como a energia de um fóton de raios-X é muito maior que as energias cinéticas e potenciais de um elétron na matéria, podemos desprezar estas energias e considerar o elétron como livre e inicialmente em repouso;

• A energia e o momentum linear são conservados na colisão;

• Como a energia inicial do fóton não é muito menor que a energia de massa do elétron.

FORMAÇÃO DE PARES

Produção de par é uma interação do fóton com a matéria que ocorre nos procedimentos diagnósticos de Tomografia por Emissão de Pósitrons (PET), e pode ocorrer apenas com fótons de energia superior a 1.022 MeV. Numa interação de produção de pares, o fóton interage com o campo elétrico do núcleo atômico, de modo que sua energia é convertida em matéria. A interação produz um par de partículas, um elétron e um pósitron (carregado positivamente). Essas duas partículas têm a mesma massa, e energia equivalente à massa de repouso de 0.511 MeV.

A radiação interage com o núcleo e desaparece, dando assim origem a um par de elétrons-pósitron com energia cinética em diferentes proporção, eles perderão sua energia cinética pela ionização e excitação.

IONIZAÇÃO X EXCITAÇÃO

Ionização: Remoção completa de um ou mais elétrons de valência.