AULA 1 FÍSICA APLICADA II_RADM2_AF2

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FÍSICA APLICADA II
AULA 1
Profª. Letícia Araújo Vasconcellos
Física Aplicada I
• Profª. Dra. Letícia Araújo Vasconcellos
Prof.Leticia.HCPA@gmail.com
ou leticia.vasconcellos@icloud.com
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Avaliações
• Lista de Exercícios – 30% da nota final/3,0
pontos;
• Trabalhos e/ou resumos – 20% da nota
final/2,0 pontos;
• Avaliação – 50% da nota final/5,0 pontos.
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BIBLIOGRAFIA
• GARCIA, EDUARDO A.C. Biofísica. 1. ed. São Paulo: Sarvier,
2002.
• OKUNO, Eumico; CALDAS, Iberê Luis; CHOW, Cecil. Física
para as ciências biológicas e biomédicas. São Paulo: Harper e
Row do Brasil, 1992.
• PATTABHI, V.; GAUTHAM, N. Biophysics. 1. ed. Nova Iorque:
Springe, 2002.
• GLASER, R. Biophysics. 5. ed. Berlin: Springer, 2001.
• JACKSON, M. B.. Molecular and cellular biophysics. 1.ed.
Londres: Cambridge University, 2006.
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1895 – Wilhelm 
Conrad Roengten
descobre a radiação 
X, após a descoberta 
dos raios catódicos 
pelo físico Philip 
Lenard.
1896 – Antoine Henri 
Bequerel descobriu 
que determinado 
material emitia 
radiações 
espontâneas –
radioatividade 
natural.
Em 1898 o casal 
Curie descobre o 
elemento radioativo 
Polônio e, em 1903, 
o Rádio.
Algum tempo 
depois, Ernest 
Rutherford e 
Frederick Soddy
demonstraram que 
ocorre uma 
transmutação de 
elementos no 
processo radioativo.
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• Em 08/11/1895, algo inusitado aconteceu: perto 
do tubo, uma placa de um material fluorescente 
(platino cianeto de bário) brilhou. 
• Ele desligou o tubo e o brilho sumiu. Ligou de novo 
e lá estava novamente o brilho. 
• A luminosidade persistiu mesmo quando Röntgen
colocou um livro e uma folha de alumínio entre o 
tubo e a placa. 
• Algo saía do tubo, atravessava barreiras e atingia o 
platino cianeto. Por seis semanas o físico viveu em 
seu laboratório buscando entender que 
acontecimento era aquele e o que podia explicá-lo. 
O “Pai dos raios X” - Röntgen 
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Primeira radiografia, da mão da 
esposa de Roentgen, com seu 
anel de casamento. 
• No dia 22/12/1895 o professor
alemão conseguiu que a radiação
atravessasse por 15 minutos a mão
de sua mulher, Bertha, atingindo, do
outro lado, uma chapa fotográfica.
• Revelada a chapa, nela podiam ser
vistas as sombras dos ossos de
Bertha, e esta é considerada a
primeira radiografia da história.
Fascinado, mas ainda confuso,
Röntgen decidiu chamar os raios
de "X" - símbolo usado em
ciência para designar o
desconhecido. Assim nasceu o
aparelho de raios X que
revolucionou a ciência.
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Introdução
• Conceito: O
fenômeno da
radioatividade
consiste na
emissão
espontânea de
partículas ou
energia pelo
núcleo de um
átomo.
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Espectro Eletromagnético
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Elétron
Núcleo
(Prótons + Nêutrons)
O Que é Radioatividade?
• RADIOATIVIDADE é um processo no qual um núcleo
com Z prótons e N nêutrons pode se transformar em
outro núcleo com Z e N diferentes;
• Transformação é chamada desintegração nuclear,
sendo acompanhada por emissão de radiação;
• Por este motivo, estes núcleos instáveis são chamados
radioativos.
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• Matéria é formada por elétrons, prótons e
nêutrons;
• Diferença entre um elemento químico e outro
são os n° de prótons que tem no núcleo
(isótopos);
• Diferentes tipos de núcleos chamando-os de
nuclídeos.
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• Exemplo: o Cs-137 tem A = Z + N = 137, isto é,
tem 55 prótons e 82 nêutrons;
• Quando ele emite um elétron (β) passa a ter
Z = 56 e N = 81 continuando com o mesmo
número de massa;
• Quem tem Z = 56 é o elemento Ba-137. Diz-se
então que o Cs-137 ao emitir uma partícula beta
decai para Ba-137.
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• As duas principais na desintegração são pela
emissão de uma partícula alfa (α) ou de uma
partícula (ß);
• Elétron sai do núcleo com alta velocidade;
• Este elétron origina-se no núcleo - nêutron se
desintegra transformando-se em um próton (+),
em um elétron (-);
• O próton permanece no núcleo e o elétron é
ejetado.
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• Em muitos núcleos o decaimento através de
partículas α e β é seguido da emissão de energia
de uma onda eletromagnética.
• Esta onda é chamada radiação gama (γ);
• Uma radiação X e uma radiação gama de mesma
energia - não a diferenciaremos fisicamente;
• Sua caracterização é feita se soubermos se ela se
originou no núcleo ou eletronicamente e/ou
induzida.
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Efeito Fotoelétrico
• A emissão de elétrons por um
material (geralmente metálico)
quando exposto a uma radiação
eletromagnética de frequência alt
a, que depende do material,
exemplo a radiação ultravioleta.
• Ele pode ser observado quando a
luz incide numa placa de metal,
arrancando elétrons da placa.
• Os elétrons ejetados são
chamados fotoelétrons.
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Radioatividade natural ou espontânea: é a que 
se manifesta nos elementos radioativos e nos 
isótopos que se encontram na natureza.
 Radioatividade artificial ou induzida: é aquela 
produzida por transformações nucleares 
artificiais.
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Com a utilização de um campo magnético, 
foram identificados três tipos de radiação 
emitida por elementos radioativos: a partícula 
, a partícula  e a radiação .
Denominam-se os átomos que assim se 
comportam são denominados Radioisótopos 
ou Radionuclídeos.
gama
Capacidade de Penetração
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Partículas Beta
Raios X
Radiação/Raios Gama
Partículas Alfa
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Porque alguns núcleos são estáveis e 
outros radioativos?
• No interior do núcleo, os prótons e os
nêutrons interagem muito intensamente.
RESULTANDO
FORÇA NUCLEAR
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Meia-vida
• A meia vida de um elemento radioativo é o
intervalo de tempo em que uma amostra
deste elemento se reduz à metade;
• Também é chamado de semi-desintegração;
• Por exemplo: para cada intervalo de tempo de
30 anos o n° de átomos radioativos do
elemento Cs-137 será a metade.
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Meia-vida
• É o tempo necessário para a atividade de um 
elemento radioativo ser reduzida à metade da 
atividade inicial.
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Meia-vida
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MEIA-VIDA (T1/2)NUCLÍDEO
30 anosCs 137
4,5x109 anosU 238
7,1x108 anosU 235
5,26 anosCo 60
1,39x1010 anosTh 232
8 diasI 131
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UNIDADES RADIOLÓGICAS
As unidades radiológicas podem ser divididas em dois
grupos:
GRUPO 1: Tratam do tipo de fonte radioativa, quantificando
sua taxa de radiação.
ATIVIDADE (A) que estabelece a razão da variação do
número de eventos ionizantes na unidade de tempo e que é
dada em:
Curie (Ci) - unidade antiga
Bequerel (Bq) - unidade SI
Onde: 1 Ci = 3,7 x 1010 desintegrações/segundo
1 Bq = 1 desintegração/segundo
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UNIDADES RADIOLÓGICAS
GRUPO 2: Tratam dos efeitos produzidos pela radiação 
(ionização e/ou dano) no meio onde ela incide. 
1. ENERGIA : (eV = elétron-volt) é a energia de radiação 
adquirida por um elétron quando acelerado por uma
diferença de potencial (ddp) de 1 Volt.
Onde: 1 eV = 1,6 x 10-19 J (J = Joule)
2. EXPOSIÇÃO (r): quantidade de ionização produzida no ar 
por raios X ou radiação gama e que é dada:
Roentgen (R) ou (r)
Onde: 1 r = 1,6 x 1015 pares de íons/kg = 2,8 x 10 -4 C/kg (C = 
Coulomb)
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UNIDADES RADIOLÓGICAS
4. EQUIVALENTE DE DOSE (rem) - do 
inglês rem = roentgen equivalent
man - que é a quantidade de 
qualquer radiação que, absorvida 
pelo homem é dada em:
rem (rem) - unidade antiga
Sievert (Sv) - unidade SI
Onde: 1 rem = 1x10-2 J/kg
1 Sv = 1 J/kg (1 Sv = 100 rem)
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O símbolo internacional da radiação
• O desenho que representa o símbolo internacional
da radiação é chamado Trifólio, nome também dado
ao trevo de três folhas;
• Segundo o físico americano Paul Frame, da
Universidade de Michigan, o desenho foi rabiscado
pela primeira vez em 1946, por um pequeno grupo
de alunos.
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O símbolo 
complementar da 
radiação ionizante
• O novo símbolo de
advertência de radiação
ionizante foi lançado em 15
de fevereiro de 2007, pela
Agência Internacional de
Energia Atômica (IAEA) em
conjunto com a Organização
Internacional para a
Padronização (ISO), com o
objetivo de reduzir as mortes
desnecessárias e os
ferimentos sérios de
exposição acidental às fontes
radioativas de grande porte.
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O que existe na Natureza?
• Existem cerca de340 nuclídeos naturais dentre os
quais, aproximadamente, 70 são radioativos;
• Os elementos radioativos naturais (radioisótopos)
podem ter meia vida longa (U-238, Th-232, K-40, La-
138);
• Ter meia-vida curta, como no caso dos formados a
partir de desintegração dos núcleos pais U-238, Th-232
e U-235;
• São produzidos continuamente através da interação da
radiação cósmica com componentes da atmosfera e da
crosta terrestre (C-14, Be-7). 38
Crosta Terrestre
• A crosta terrestre é constituída por granito e basalto;
• Os elementos radioativos que contribuem em maior parte
para sua radioatividade são o urânio, o tório e o potássio;
• Urânio
– Não existe livre na natureza;
– Abundância: 40x maior que a prata e 800x maior que o
ouro;
– A maioria são insolúveis;
• Tório
– não se encontra livre na natureza;
– possui jazidas;
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• Potássio 40 (K-40)
– não existe livre na natureza;
– encontra-se na maioria dos silicatos;
– É um componente do K-natural que é muito mais 
abundante que o U e o Th;
• O Brasil possui minas de urânio e tório localizadas em
Poços de Caldas, Minas Gerais.
• Guarapari, Espírito Santo, existem as chamadas areias
monazíticas que contém fosfatos de tório.
• Devido à estes materiais, nestes locais a radiação de
fundo é maior do que em outros lugares onde estes
minérios não estão tão concentrados.
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MINAS DE URÂNIO
Poços de Caldas, Minas Gerais
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Guarapari, Espírito Santo-areias 
monazíticas
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Radioatividade e saúde
• Partículas α No tecido humano, sua penetração é de
décimos de centímetros, não constituindo riscos para a saúde.
• Partículas β No tecido humano, os efeitos se limitam à
pele. Maior risco de problemas do que α.
• Partículas γ São muito utilizados no combate ao câncer,
pois podem destruir células com má formação. (mutações).
• Raios x Permite importantes diagnósticos médicos, pode
provocar lesões, manchas de pele e até câncer.
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Efeitos Colaterais em seres vivos
 As células quando expostas à radiação sofrem 
ação de fenômenos físicos, químicos e biológicos.
 A radiação interage somente com os átomos 
presentes nas células denomina-se ionização.
 Ocorrem desde então os fenômenos físico, 
químico e biológico.
 FÍSICO: ionização e excitação dos átomos.
 QUIMICO: ruptura das ligações entre os átomos.
 BIOLOGICO: altera as funções específicas das células.
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Respostas do DNA Radiações
 Os efeitos das radiações no DNA dependem de fatores como
tipo de radiação, pH do meio, temperatura, teor de oxigênio,
características do próprio DNA e a possibilidade de reparação
dos produtos induzidos pela radiação.
Entre os efeitos estão:
 alterações estruturais das bases nitrogenadas
 eliminação de bases 
 rompimento de pontes de hidrogênio entre duas hélices 
 ruptura de uma ou duas cadeias 
 ligações cruzadas entre moléculas de DNA e proteínas.
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Radiodiagnóstico
 Função: conseguir de maneira menos invasiva
possível, uma imagem nítida do interior do corpo
para análise posterior.
 Raios X
 Tomografia Computadorizada
 Ressonância Magnética
 Medicina Nuclear
 Densitometria óssea
 Litotripsia
 Hemodinâmica
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Tomógrafo Raios X
Ressonância 
Magnética
50Câmara de Cintilação
Efeitos Colaterais da radioterapia
• Diarréia
• Dor ao urinar
• Cansaço ou fadiga
• Perda de apetite e dificuldades 
de ingerir alimentos
• Boca seca (xerostomia) 
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