Cristalografia e Difração dos Raios - X - Introdução

Aluna : Fabiana Kelly de Medeiros

2ª Aula

Raios X

Os raios X foram descobertos em 8 de novembro de 1895, quando o físico alemão Wilhelm Conrad Roentgen realizava experimentos com os raios catódicos. Raios X são radiações eletromagnéticas de comprimento de onda (λ) entre 0,1 a 100 Å (1 Å = 10-10 m), produzidas pela desaceleração de elétrons de alta energia e/ou transições de elétrons nas órbitas mais internas dos átomo. Quando colide com o material, a grande parte da energia cinética é transformada em calor com menos de 1% da energia transformando-se em raios X. Quando há energia cinética suficiente nos elétrons essa radiação são raios X.

Ec = ½ mv2 = eV

A radiação gerada pela desaceleração e colisão é constituída por uma mistura de comprimentos de onda (radiação contínua e a característica), O espectro contínuo aparece quando elétrons de alta energia sofrem desaceleração ao se chocarem com os átomos do anodo do tubo de raios X (colisões inelásticas). Um elétron pode sofrer uma série de colisões até finalmente perder toda a sua energia.

A radiação representada pelas curvas suaves mostradas na Figura 1 (correspondendo a voltagens de até 20 kV) é chamada de contínua, ou radiação branca, já que ela é constituída, como a luz branca, de raios de vários comprimentos de onda. Quando a voltagem em um tubo de raios-X é aumentada acima de um certo valor crítico, característico do metal do alvo, máximos de intensidade bem definidos aparecem em certos comprimentos de onda, superpostos no espectro contínuo.

Logo a partir de determinada tensão surge a radiação característica, as linhas referem-se aos níveis de energia K, L, M, etc. As linhas estão associadas ao preenchimento de níveis energia vazios do nível K.

[pic 1]

Figura 1: Espectro de raios-X de um alvo de Molibdênio, em função da voltagem aplicada.

O espectro característico é calculado por I = Bi (V – Vk)n onde B = constante, i = corrente, V = tensão de aplicada, Vk = tensão de excitação. Já o espectro contínuo é calculado pela equação I= AiZVm  onde A= constante, m + 2, i = corrente, Z = número atômico do alvo, V = tensão aplicada.

Por volta de 1913, Meseley mediu as frequências das linhas espectrais dos raios X característicos de cerca de 40 elementos. Moseley estabeleceu a base para análise espectro-química qualitativa e quantitiva. A partir do gráfico da raiz quadrada da frequência versus o número atômico Z do elemento, ele obteve a seguinte relação

f1/2=An(Z-b),

onde An e b são constantes que dependem da linha espectral.

A absorção da radiação pela matéria ocorre devido a interações entre a radiação incidente e os átomos do material. Os fenômenos físicos relacionados com a absorção pelo material são: efeito fotoelétrico, espalhamento Compton e Rayleight, e efeito de produção de pares. O coeficiente de absorção de massa é calculado por μ/ρ = k λ3 Z3.