Como funciona uma máquina de raios X hospitalar?

Senta aí que o papo é longo: no interior da máquina, o primeiro passo é aquecer um filamento de metal – igualzinho acontece em uma lâmpada incandescente. Em resposta, o metal libera elétrons. É que todos os objetos são feitos de átomos, e os átomos são compostos de partículas ainda menores, chamadas prótons, nêutrons e elétrons.

Os prótons e os nêutrons ficam no núcleo, mas os elétrons ocupam a região em torno do núcleo. Geralmente há mais de um elétron, e eles se organizam de uma maneira peculiar, ditada pela equação de Schrödinger da mecânica quântica. É comum que os elétrons, quando estimulados, reajam mudando o lugarzinho que ocupam em torno do núcleo (o que gera liberação ou absorção de energia em forma de radiação eletromagnética). Guarde essa informação, ela será importante. 

Por enquanto, o que interessa é que os elétrons têm carga elétrica negativa – e são atraídos pela carga oposta, a positiva. Quando eles estão no átomo, eles se comportam porque são atraídos pelos prótons, que têm carga positiva. Depois que o filamento é aquecido, porém, os elétrons ficam livres, leves e soltos. E aí eles podem se apaixonar por qualquer carga positiva que aparecer por aí. 

Para a sorte deles, nós estamos em uma máquina de raios X, o que significa que o filamento está dentro de um tubo, e na outra ponta do tubo há uma carga positiva imensa. Ah, o amor. Tecnicamente, o nome da região negativa é cátodo, e da positiva, ânodo. O que existe entre os dois é uma diferença de potencial, que é medida em volts e é a mesma coisa que faz os elétrons correrem na fiação da sua casa. Mas não esquente a cabeça com nomenclatura.

O que interessa é que os elétrons se arremessam em direção a essa carga positiva, e batem com tudo em uma suculenta peça de metal, geralmente feita de tungstênio. Os átomos que compõem o metal atingido perdem seus próprios elétrons (eles são arremessados para longe como bolas de sinuca atingidas por uma bola branca especialmente ensandecida).

Isso gera um rebuliço: os elétrons que sobram se reposicionam em torno do núcleo de seus átomos – liberando raios X, que são um tipo de radiação eletromagnética, no processo.

Outro fenômeno verificado durante a colisão é quando os elétrons kamikazes, atraídos pelos prótons do metal de destino, fazem curvas super fechadas. Eles perdem energia – do mesmo jeito que um carro desacelera para entrar em uma rua –, e também liberam raios X por causa disso.

O metal atingido fica girando, para que o fluxo de elétrons não atinja sempre a mesma região, o que poderia danificá-lo.

Esses raios X então são canalizados e disparados no seu corpo (todo o resto da máquina fica vedado em uma caixote de chumbo grosso). Onde há ossos ou outros tecidos mais densos, eles atravessam em menor quantidade – formando a imagem do esqueleto em uma superfície sensível posicionada do outro lado de você. É como o negativo de uma foto. 

Pergunta de Luiz Macedo Neto, Belém, PA