RAIOS X E SUAS APLICAÇÕES, Trabalhos de Física

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ATIVIDADE PRÁTICA SUPERVISIONADA

2º SEMESTRE

RAIOS X E SUAS APLICAÇÕES NA CIÊNCIA E

TECNOLOGIA

NOME: MATEUS DE SOUZA SILVA

RA: T98229-

CURSO: ENGENHARIA MECÂNICA

SUMÁRIO

• 1. INTRODUÇÃO...........................................................................................................................
• 2. REVISÃO....................................................................................................................................
• 3. APLICAÇÕES NA CIÊNCIA E TECNOLOGIA..................................................................................
  • 3.1 - Raio-X (radiografia)...........................................................................................................
  • 3.2 - Tomografia computadorizada........................................................................................
  • 3.3 - Ressonância magnética..................................................................................................
  • 3.4 - Ultrassonografia.............................................................................................................
• 4. IMPACTOS PRODUZIDOS NA SOCIEDADE...............................................................................
• 5. EFEITO DO TRABALHO NA FORMAÇÃO DO ALUNO................................................................
• 6. CONCLUSÃO...........................................................................................................................
• Figura 1: A primeira radiografia humana da mão da Sra. Rõntgen...............................................
• Figura 2: Fotografia de Wilhelm Conrad Rõntgen........................................................................
• Figura 3: Fotografia de Anna Bertha.............................................................................................
• Figura 1: A primeira radiografia humana da mão da Sra. Rõntgen.................................... ÍNDICE DE FIGURAS
• Figura 2: Fotografia de Wilhelm Conrad Rõntgen................................................................
• Figura 3: Fotografia de Anna Bertha.......................................................................................

A propriedade dos raios x de possuírem maior energia do que a luz visível é o que os torna interessantes para as aplicações citadas anteriormente e muitas outras. Nesta perspectiva, este trabalho procurar dissertar sobre a descoberta dos raios X e suas aplicações que são de suma importância para a sociedade, principalmente dentro da medicina.

2. REVISÃO

Os raios X, tal como é conhecido, foram descobertos no dia 8 de Novembro de 1895, na cidade de Wüsburg, Alemanha, pelo cientista alemão Wilhelm Conrad Röntgen, quando este fazia experiências com descargas de alta tensão em tubos contendo gases. Enquanto trabalhava em seu laboratório, Röntgen observou que um cartão recoberto pela substância fosforescente platino cianureto de bário (que se encontrava próximo) apresentava um brilho, durante a aplicação de alta tensão na ampola. Surpreso com o fenômeno, ele recobriu a ampola com diferentes materiais e repetiu procedimento de aplicação de tensão sobre o gás por várias vezes e a distâncias diferentes, assim então, que o brilho não desaparecia em si, este sofria apenas pequenas alterações, concluindo que algo “saía da ampola” e sensibilizava o papel. A essa radiação desconhecida, ele resolveu dar o nome de raios X (onde X representa a incógnita matemática, o desconhecido). No dia 1 de janeiro de 1896, Rõntgen enviou em torno de 70 cartas, contendo separatas de seu trabalho realizado e a foto da primeira radiografia humana, da mão de sua esposa (Figura 1), para os mais conhecidos físicos da Alemanha, Suíça, Áustria, Holanda, França, Inglaterra e Suécia. A febre dos raios X havia apenas começado. Figura 1 : A primeira radiografia humana da mão da Sra. Rõntgen

Ele foi aprovado nas provas admissionais, mas foi matriculado de forma provisória, e devido à insegurança e precárias perspectivas a qual ele se submetia, no final do ano de 1866 ele se mudou para Zurique, Suíça, onde se matriculou na Escola Politécnica. No ano de sua chegada em Zurique, 1866, Rõntgen conheceu Anna Bertha Ludwig, que se tornaria sua futura esposa em 19 de janeiro de 1872. Este foi um casamento feliz, onde não tiveram filhos e que durou até a morte de Bertha em Munique, em 1919. Em 1868, Wilhelm Conrad Rõntgen concluirá seus estudos e receberá seu diploma de engenheiro mecânico, porém este ano acabou por se tornar um ano crítico para ele, pois seu professor em física, August Kundt, despertou e estimulou o interesse do jovem e inseguro Rõntgen pela física experimental. Este fato foi confirmado em uma carta enviado ao seu amigo Albert, onde Rõntgen escreveu: "você ainda lembra, de que por seu intermédio eu tive o meu primeiro contato com Kundt, que me introduziu na física e dissipou as minhas incertezas acerca do meu futuro". Figura 3 : Fotografia de Anna Bertha

Em maio de 1894, Rõntgen teve sua atenção chamada para um trabalho publicado por Phillip Lenard (físico em Berlim) sobre os denominados raios catódicos, que são basicamente produzidos pela passagem de uma corrente elétrica em um tubo especialmente desenhado, onde o vácuo era produzido. A partir deste trabalho, Rõntgen iniciou então uma série de experimentos, em que teve que solicitar a construção e envio de diversos tipos de tubos de vidro a vácuo na firma Müller-Unkel. Em junho de 1894, Rõntgen menciona ter feito deveras observações muito entusiasmadoras baseadas nos experimentos feitos por Lenard. Deste período em questão até a descoberta dos raios X em novembro de 1895, Rõntgen vivenciou um período de absoluto silêncio e mistério, não havendo qualquer menção mais específica sobre o que ocorreu nos experimentos e estudos feitos por ele nesta época. No final do ano de 1895, a esposa de Rõntgen escreveu uma carta à sua família, onde nesta expressava sua preocupação com a saúde do seu marido, que quase não falava sobre seu trabalho, ficava muito irritado e permanecia até altas horas da noite trancado no seu laboratório (local onde ele inclusive fazia suas refeições), porém todo este esforço do físico não foi em vão, pois no final de dezembro, Rõntgen publicava o resultado de tamanha dedicação, esforço e estudo, a descoberta dos raios X. A partir desta descoberta e de estudos mais posteriores, pode se afirmar que os raios X são um tipo de radiação eletromagnética com frequências superiores à radiação ultravioleta (maiores que 10^18 Hz). Os raios X são obtidos por meio de um aparelho chamado de Tubo de Coolidge , que é basicamente um tubo oco que contém um cátodo em seu interior. Quando uma corrente elétrica (fornecida por um gerador) aquece esse cátodo, ele emite uma grande quantidade de elétrons, que a partir disto são fortemente atraídos pelo ânodo, chegando a este com grande energia cinética. Ao se chocarem com o ânodo, transferem energia para os elétrons que estão nos átomos dos ânodos, e assim os elétrons com energia são acelerados e emitem ondas eletromagnéticas, os raios X.

3. APLICAÇÕES NA CIÊNCIA E TECNOLOGIA

Os raios X são uma espécie de radiação que apresenta uma alta energia, com a capacidade de penetrar em organismos vivos e também de atravessar tecidos de menor densidade, sendo absorvido pelas partes mais densas do corpo, como os ossos e os dentes, e por causa dessa característica, o principal uso dos raios X é em radiografias para diagnóstico médico. Além de diagnósticos médicos, os raios X vem sendo utilizados em diversas áreas da sociedade atual, como por exemplo: os alimentos são irradiados por raios X para prolongar o período de conservação (utilizados nas indústrias); a análise de estruturas de engenharia (como determinar trincas internas ao concreto); nas ciências os raios X auxiliam a entender como os átomos e moléculas estão ligadas, o que tem ajudado e facilitado muito o desenvolvimento dos dispositivos eletrônicos, aplicados amplamente em computadores e nos mais variados aparelhos eletrônicos; monitoração ambiental; terapias e demais outras aplicações. Dentro da Medicina, além do uso na obtenção de radiografias, os raios X também são utilizados na radioterapia, pois devido à alta energia e poder de penetração desse tipo de radiação, os raios X são usados para destruir células cancerosas. Atualmente, sofisticados programas de computador conseguem localizar com alta precisão a região onde o tumor está localizado e definem a dosagem adequada de radiação que deverá ser aplicada, contribuindo para diminuir os efeitos colaterais desse tratamento. Dentro destes tratamentos e diagnósticos que são feitos através da utilização dos raios X, podem se citar alguns exemplos. 3.1 - Raio-X (radiografia) Para os exames de radiografia são utilizadas doses muito pequenas de radiação ionizante para produzir as imagens das estruturas do corpo humano. Trata-se da forma mais antiga de imagens médicas. É utilizado principalmente

no diagnóstico de fraturas ósseas e identificação de lesões ou infecções (por exemplo, pneumonia). 3.2 - Tomografia computadorizada A tomografia é um método de diagnóstico por imagem que também utiliza o raio-X para criar imagens de altíssima resolução espacial de todo o corpo humano, com destaque para estruturas e órgãos internos, ossos, tecidos de partes moles e vasos sanguíneos. Trata-se de um método de exame rápido, indolor e muito preciso, sendo também bastante utilizado em emergências. 3.3 - Ressonância magnética A ressonância magnética é feita através da utilização de um potente campo magnético, ondas de radiofrequência e computadores, para produzir imagens com alta resolução de contraste das estruturas internas do corpo. É um exame não-invasivo e que não utiliza radiação ionizante. Em muitos casos é possível identificar e caracterizar anormalidades com maior probabilidade que outros métodos de imagem, principalmente das estruturas encefálicas, órgãos abdominopélvicos e sistema musculoesquelético. 3.4 - Ultrassonografia A ultrassonografia é realizada através do uso de um transdutor ou sonda para gerar ondas sonoras e produzir imagens das estruturas internas do corpo. Não utiliza radiação ionizante e não tem efeitos prejudiciais, destacando-se como um método importante para as doenças abdominopélvicas e, principalmente, no monitoramento de mulheres grávidas e seus fetos. É também bastante utilizado como guia para punções e biópsias, bem como condições relacionadas ao fluxo sanguíneo.

A outra escola, pertencia ao alemão Lenard, onde este defendia a ideia de que os raios X eram vibrações longitudinais no éter. Depois de diversos estudos e experimentos, a polêmica foi decidida para o lado da escola inglesa. No ano de 1905, Einstein propôs a ideia do fóton de energia, que era um conceito que admitia um caráter de forma corpuscular para a luz, sendo possível assim calcular o comprimento de onda associado os raios X, mas evidência experimentais sobre este conceito do caráter corpuscular só surgiram depois do ano de 1908, no trabalho feitos por Bragg. Por volta de meados de 1912 surgiram mais confusões, onde naquele ano Max Von Laue e seus estudantes descobriram a difração dos raios X em cristas de sulfeto de zinco, uma experiência que estabelecia o caráter ondulatório dos raios X. A confusão originária dessa dualidade só foi ter seu fim a partir de 1923, após os trabalhos realizados por Broglie para responder tais questões. Nesta perspectiva, a visão que temos hoje sobre os raios X, é que estes pertencem ao espectro eletromagnético, e como tal apresenta dualidade partícula-onda: dependendo das circunstâncias, evidenciam propriedades corpusculares ou ondulatórias. Fundamentalmente, o que diferencia uma radiação de outra é o comprimento de onda (como por exemplo, o comprimento de onda da luz visível é mil vezes maior do que o dos raios X). Além deste enorme interesse que a comunidade cientifica havia despertado sobre os raios X, é interessante também avaliar o interesse despertado dentro da comunidade leiga, que contribuiu muito para a criação de um folclore em torno do fenômeno em questão. Essas questões folclóricas criadas pela comunidade leiga, criou diversas repercussões em diversas cidades, que apresentavam diversas tentativas e ideias (falhas e irreais) sobre as aplicações dos raios X.

Nesta perspectiva é visto como a sociedade teve que ultrapassar barreiras e fazer diversos estudos e trabalhos para que a utilização dos raios X e a compreensão deste fenômeno acontecesse de forma concreta e correta, para que assim se desenvolvesse e fosse utilizado para o bem maior da sociedade como vemos nos dias de hoje.

A “Semana de Iniciação Científica” faz parte do esforço necessário de valorização destas atividades, porque possibilita ao aluno expor suas ideias e projetos aos demais alunos da universidade, trazendo assim mais visibilidade ao aluno e reconhecimento para o mesmo também. A participação de todos os estudantes, com críticas e sugestões aos trabalhos que são apresentados, representa uma grande contribuição para os alunos e para a sua formação acadêmica, podendo melhorar também suas relações pessoas com os demais estudantes, visando então uma melhor formação para um profissional de grande valor.

6. CONCLUSÃO

O conhecimento a respeito do átomo, de sua estrutura e suas características torna possível uma boa compreensão sobre os fenômenos relacionados ao seu núcleo (região mais energética de toda matéria e também é a menor parte do átomo), possuindo praticamente toda a massa do mesmo. Nesta perspectiva, é visto que já possuímos conhecimento suficiente para entender melhor a respeito dos Raios X, e assim então, participar mais efetivamente e ativamente no mundo em que vivemos, onde é perceptível que a utilização dos Raios X dentro da medicina são de suma importância para a sociedade e que vem auxiliando para o desenvolvimento da medicina e dá ciência com o decorrer dos anos.