Faça uma breve descrição sobre os raios-x.
Vimos em sala de aula que os raios-x têm duas origens: i) desaceleração dos elétrons do catodo enquanto estes entram na nuvem eletrônica dos átomos do anodo e ii) choque direto de alguns elétrons do catodo com os
elétrons das camadas mais internas dos átomos do anodo (camadas K e L). Faça uma breve descrição acerca deste tema, destacando as principais características dos raios-x produzidos em cada um deles.
Vimos em sala de aula que os raios-x têm duas origens: i) desaceleração dos elétrons do catodo enquanto estes entram na nuvem eletrônica dos átomos do anodo e ii) choque direto de alguns elétrons do catodo com os
elétrons das camadas mais internas dos átomos do anodo (camadas K e L). Faça uma breve descrição acerca deste tema, destacando as principais características dos raios-x produzidos em cada um deles.
Passo 1
O enunciado pede uma descrição dos dois mecanismos de produção de raios-X vistos em sala: i) emissão contínua por desaceleração (bremsstrahlung) dos elétrons do cátodo ao interagir com o campo nuclear do ânodo; ii) emissão característica por ejeção de elétrons das camadas internas (K e L) dos átomos do ânodo. Vamos explicar a origem e as principais propriedades de cada um.
Passo 2
No bremsstrahlung (ou radiação de freio), um elétron incidente se aproxima do núcleo atômico do ânodo e é desacelerado pelo forte campo elétrico dele. Como resultado dessa desaceleração, parte da energia cinética do elétron é emitida em forma de fótons X com um espectro contínuo, que vai de energia zero até um valor máximo igual à energia do elétron incidente, isto é,
, em que
é a tensão aceleradora. Em termos de comprimento de onda mínimo temos
Características principais:
- espectro contínuo, sem picos definidos;
- intensidade cresce para comprimentos de onda mais longos;
- valor de corte
depende somente de ; - pode produzir radiação “dura” (alta energia) ou “branda” (baixa energia) ajustando-se a tensão.
Passo 3
Na radiação característica, alguns elétrons de alta energia do cátodo colidem diretamente e ejetam elétrons das camadas internas (principalmente K e L) dos átomos do ânodo. Quando um elétron de camada mais externa preenche essa vacância, emite-se um fóton de energia igual à diferença dos níveis ligados, por exemplo
Características principais:
- linhas discretas no espectro, como
, , etc.; - energias fixas, determinadas pela estrutura eletrônica do material do ânodo;
- só aparecem se a tensão
exceder a energia de ligação da camada interna visada; - permitem identificação do material pelo conjunto de linhas.
Passo 4
Comparando os dois mecanismos, temos:
- bremsstrahlung gera um fundo contínuo ajustável pela tensão, mas sem picos definidos;
- radiação característica gera picos agudos com energias bem definidas, independentemente da tensão (desde que
ultrapasse o limiar); - a combinação dos dois forma o espectro de um tubo de raios-X típico, com um contínuo de fundo e linhas superpostas.
Resposta
Bremsstrahlung: espectro contínuo de fótons até
, intensidade crescente para comprimentos de onda longos e corte em
, resultado da desaceleração de elétrons pelo campo nuclear.
Radiação característica: conjunto de linhas discretas (por ex. ,
) cuja energia é igual à diferença entre níveis atômicos (como
), dependente do material do ânodo e só ocorrendo se
exceder a energia de ligação da camada interna.
Radiação característica: conjunto de linhas discretas (por ex.