Ionização por Raios X: Efeito Fotoelétrico, Espalhamento de Compton e Produção de Pares

As interações dos raios X com a matéria causam ionização via três mecanismos primários:

1. Efeito Fotoelétrico (Baixa Energia, Alto Z)

• O fóton transfere toda a energia para um elétron de camada interna → ejetado (fotoelétron).
• O átomo se torna íon positivo; a vacância é preenchida por elétron externo → raio X característico/elétron de Auger.
• Dominante <50 keV; probabilidade ∝ Z³/E³.
• Base do contraste radiográfico (osso vs. tecido mole).

2. Espalhamento de Compton (Energia Intermediária)

• O fóton colide com elétron externo fracamente ligado → compartilha energia.
• Fóton espalhado (menor energia) + elétron de recuo.
• Dominante 50 keV–5 MeV; probabilidade ∝ Z/E.
• Principal fonte de radiação espalhada (neblina em imagens, dose da equipe).

3. Produção de Pares (Alta Energia >1,022 MeV)

• O fóton próximo ao núcleo → par elétron-pósitron.
• O pósitron aniquila → dois fótons de aniquilação de 511 keV.
• Dominante >10 MeV; probabilidade ∝ Z².
• Relevante em radioterapia (aceleradores lineares), não em imagem diagnóstica.

Aplicações

• Imagem médica (contraste via efeito fotoelétrico).
• Radioterapia (ionização mata células tumorais).
• NDT industrial, cristalografia de raios X.

Compreender as interações otimiza a qualidade da imagem, dose e segurança.