Capítulo 2
Natureza e Produção dos Raios X
Rômulo Simões Angélica
DGP-CG-UFPA
Sumário
2. NATUREZA E PRODUÇÃO DOS RAIOS-X
2.1 Histórico: Röntgen, Laue, Bragg
2.2 Comprimento de onda, freqüência, energia
2.3 O espectro eletromagnético
2.4 A produção de Raios-X em laboratório –
O tubo de Raios-X
2.5 O espectro dos Raios-X: Contínuo e Característico
2.6 Absorção
2.1 Histórico: Röntgen, Laue, Bragg
• 1895 – Wilhelm K. Röntgen
• 1912 – Max von Laue
• 1913 – Os Bragg
Prêmio Nobel de Física, em 1901 (US$ 40.000,00)
Além de não aceitar o valor em dinheiro ele também
se recusou a patentear a sua descoberta, apesar
das diferentes pressões recebidas (Nitske, 1971)
“Röntgen’s discovery is the perfect example of serendipity”
(capacidade de demonstrar descobertas por acaso)
“The value of basic research has seldon been better
illustrated”
“Imagine if some hospital or health ministry had made a contract
with Röntgen to invent a device for inspecting broken bones”
(Moore & Reynolds Jr., 1997)
1912 – A Experiência de Max von Laue
Início da Cristalografia de Raios-X
Vesuvianita
4/m 2/m 2/m
Experiência de Laue irradiando um cristal
estacionário com um feixe de raios-X e
colocando uma chapa fotográfica atrás.
Difratograma Laue de um cristal
tetragonal, orientado com o eixo c
paralelo ao feixe de raios-X
Chapas fotográficas comuns são capazes de registrar os raios X, e durante
muito tempo elas foram o único detector usado pelos pesquisadores.
1912 – Conceitos de Max von Laue
1. As partículas atômicas dentro dos cristais formam um arranjo
tridimensional, ordenado, em padrões que se repetem
2. Este arranjo regular tem espaçamento com dimensões
semelhantes aos comprimentos de onda dos raios x
3. Os raios x são de natureza ondulatória
1913 – W.L. Bragg & W.H. Bragg
A difração de raios x pode ser interpretada como uma
reflexão em planos paralelos e idênticos internos do cristal
θ
θ
d
Lei de Bragg  n
= 2d sen
1913 – W.L. Bragg & W.H. Bragg

The Braggs:
Nobel Prize 1915
O que são Raios-X ?
2.2 Comprimento de onda, freqüência, energia
Raios-X  Radiação eletromagnética de alta energia
e de comprimento de onda relativamente pequeno
Onda
Partícula
photons
2.2 Comprimento de onda, freqüência, energia
 = 0,1 à 100 Å
E = 0,1 à 100 keV
E = h = hc/

E = 12.398/
Onde:
 = comprimento de onda (Å) (Distância entre os picos/cristas)
 = freqüência (Hz) (No de picos/cristas passando por um ponto por unidade de tempo)
E = energia do fluxo de elétrons (KeV)
c = velocidade da luz no vácuo (3 x 1018 Å/s)
h = Constante de Planck (4,135 x 10-15 eVs)
2.3 O Espectro Eletromagnético
Comprimento de Onda ()
Frqüência ()
0,1 – 100 Å
2.3 O Espectro Eletromagnético
2.4 O A produção de Raios-X em laboratório –
O tubo de Raios-X
Laboratório de Difração de Raios-X
Centro de Geociências – UFPA
2.4 O A produção de Raios-X em laboratório –
O tubo de Raios-X
earthed metal
target
(Cu, Co, Fe,..)
2.5 O espectro de Raios-X: Contínuo e Característico
 min 
hc 12 .398

V
V
(bremsstrahlung)
2.5 O espectro de Raios-X: Contínuo e Característico
2.5 O espectro de Raios-X: Contínuo e Característico
Energias de Transição e Espectro do Cu
 (Å)
E (KeV)
Diferença entre E /  e Intensidade:
• K (M  K): grande quantidade de energia de transição; pequeno ; baixa intensidade
• K (L  K): pequena quantidade de energia de transição; grande ; alta intensidade
2.6 Absorção
É fundamental que a radiação seja monocromática (single x-ray wavelength). Como
as linhas K e K são emitidas simultaneamente, há necessidade de filtrar o feixe para
eliminação da radiação indesejável  Filtros () ou Cristal Monocromador.
 Filters for Common Anodes
Target
K (Å)
filter
Cr
2.291
V
11
6.00
58
3
Fe
1.937
Mn
11
7.43
59
3
Co
1.791
Fe
12
7.87
57
3
Cu
1.542
Ni
15
8.90
52
2
Mo
0.710
Zr
81
6.50
44
1
Thickness
(m)
Density
(g/cc)
% K
% K
Note: Thickness is selected for max/min attenuation/transmission Standard practice
is to choose a filter thickness where the  :  is between 25:1 and 50:1
1. As radiações mais usadas na difração de raios-x são as K,
com os seguintes comprimentos de onda:
Anodo
Vantagens - Desvantagens
kV
(condições ideais)
Ag = 0,5609 Å
-
Mo = 0,7107 Å
80

Cu = 1,5406 Å
45

Co = 1,7902 Å
40

Fe = 1,9373 Å
40

Cr = 2,2909 Å
40

Pequeno , ideal para celas unitárias pequenas. Baixa
resolução em espaçamentos (d) grandes
 Ideal para análise quantitativa de austenita retida
 As condições de kV ideais excedem a capacidade da
maioria dos equipamentos
Ideal para a maioria dos materiais inorgânicos
 Problema de fluorescência com Fe e Co
Ideal para amostras ricas em Fe
Ideal para amostras ricas em Fe (Fluoresce fortemente
amostras com Cr)
Alta resolução para espaçamentos (d) grandes,
particularmente orgânicos
 Análise de stress em ferro metálico
2. Cu K1 = 1,54056 Å  1,54060 Å
Cu K2 = 1,54439 Å
(IUCr – International Union of Crystallography)
3. A radiação K constitui a média ponderada entre K1 e K2  1/3
(K2 + 2 K1), sendo atribuído peso 2 para K1 , por ter o dobro da
intensidade de K2
4. Não há como “filtrar” o K2  a “remoção” pode ser feita através
de softwares
5. Não há necessidade filtro K se estiver utilizando monocromador
6. Em resumo: A natureza dos raios x depende:
- Do metal alvo (Cu, Co, Fe...)
- Da voltagem aplicada