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2
INTERAÇÃO DA RADIAÇÃO COM A MATÉRIA
Notas de aula baseadas nas referências:
(1) Knoll, G. F., Radiation Detection and 
Measurement, 2nd Edition, John Wiley & Sons, New 
York Chischester Brisbane Toronto 
Singapore, 1989, Capítulo 2.
(2) Tauhata, L., Salati, I. P.A., Prinzio, R.D. 
Prinzio, A R.D., Radioproteção e Dosimetria : 
Fundamentos \u2013 5a v. abril/2003 \u2013 Rio de Janeiro \u2013
IRD/CNEN, Capítulo 3.
3
O entendimento da interação da radiação com a matéria é
importante para o estudo de:
\u21d2Detectores (Presença de radiação)
\u21d2Blindagem (Proteção radiológica)
\u21d2Dosimetria das radiações (Corpo humano)
\u21d2 Efeitos biológicos (Proteção radiológica)
4
Detectores de Radiação
É um dispositivo que, colocado em um meio onde existe um 
campo de radiação, seja capaz de indicar sua presença.
A interação das radiações com os gases provoca excitação e ionização dos seus átomos
5
10B + 1n \u2192 [11B]
4He2+ (1,78 MeV) R = 9,7 µm
7Li3+ (1,01 MeV) R = 4,8 µm(6,3%)
4He2+ (1,47 MeV) R = 8,0 µm
7Li3+ (0,84 MeV) R = 4,2 µm
\u3b3 (0,44 MeV)
(93,7%)
em que, R é o alcance da partícula.
Detector de Nêutrons
n
B-10
7Li
\u3b1
6
7 7
8
Simulação e Caracterização de Feixes produzidos em aceleradores lineares
9
Salas de Radioterapia
10
Salas de Radioterapia
11
Salas de Radioterapia
12
13
Informações 
detalhadas
da anatomia do
corpo humano
Dados em forma
Digital
Níveis de cinzas
14
Exemplos de Simuladores Voxel
15
BNCT - Boron Neutron Capture Therapy
(Terapia por Captura de Nêutrons pelo Boro)
16
10B + 1n \u2192 [11B]
4He2+ (1,78 MeV) R = 9,7 µm
7Li3+ (1,01 MeV) R = 4,8 µm(6,3%)
4He2+ (1,47 MeV) R = 8,0 µm
7Li3+ (0,84 MeV) R = 4,2 µm
\u3b3 (0,44 MeV)
(93,7%)
em que, R é o alcance da partícula.
BNCT - Boron Neutron Capture Therapy
(Terapia por Captura de Nêutrons pelo Boro)
n
B-10
7Li
\u3b1
17
18
BNCT - Boron Neutron Capture Therapy
(Terapia por Captura de Nêutrons pelo Boro)
19
20
Densidade de Ionização
IRD WebSite \u2013 www.ird.gov.br/oque.htm
As densidades de ionização \u2013 distribuições microscópicas \u2013
ao longo dos traços das radiações gama e alfa são diferentes
21
Podemos dividir em duas classes de radiações : 
a) Radiação de partículas carregadas \u2013 Diretamente ionizantes
- partículas pesadas ( M \u2265 mp\u21d2 p, d, \u3b1, f.f.)
- elétrons rápidos (e-, \u3b2-, \u3b2+ )
Interação de longo alcançe (Coulombiana c/ e- do meio)
Energia perdida em múltiplas interações
b) Radiação sem carga \u2013 Indiretamente ionizantes
- Radiação eletromagnética ( raios X e \u3b3 )
- Nêutrons ( n )
Interação tipo catastrófica envolvendo átomos e núcleos. Poucos contatos alteram
Drasticamente a radiação. Pode atravessar a matéria sem interagir.
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Fragmentos de fissão (f.f) são íons de átomos de número de massa 
médio, com alta energia cinética e carga elevada, oriundos da fissão nuclear
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PARTÍCULAS 
CARREGADAS
RADIAÇÃO NÃO 
CARREGADA
Partículas Pesadas 
distância característica: 10-5 m
Nêutrons
\u21d0
distância característica : 10-1 m
Elétrons Rápidos 
distância característica : 10-3 m
Raios \u3b3 e X 
\u21d0
distância característica : 10-1 m
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Interação de Partículas 
Carregadas Pesadas e 
elétrons com a matéria
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Densidade de Ionização
IRD WebSite \u2013 www.ird.gov.br/oque.htm
As densidades de ionização \u2013 distribuições microscópicas \u2013
ao longo dos traços das radiações gama e alfa são diferentes 
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Interação de Partículas Carregadas Pesadas
Com a matéria
Partículas com massa maior ou igual a do próton
p, d, \u3b1, frag.de fissão
O elétron é
\u201carrancado\u201d
do átomo
-
-
-
-+
+
Partícula alfa
Raios \u3b4
Raios \u3b4 = 103 eV
EK = Ekalfa - I
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Interação de longo alcançe (Coulombiana c/ e- do meio)
Energia perdida em múltiplas interações
Partícula colide várias vezes com elétrons até perder 
completamente sua energia e parar
A partícula está sempre interagindo com muitos 
elétrons e vai perdendo energia continuamente até
parar
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Representação dos traços das partículas \u3b1
provindas de uma fonte monoenergética
CURVA DE BRAGG
1. Grande v, interage pouco tempo, ionização 
pequena e quase constante
2. Poder de ionização máximo, qdo. Captura um
elétron do meio e passa de íon +2 para íon +1
3. Cai de +2 para +1, poder ionização cai
rapidamente até o íon +1 capturar um outro 
elétron e se tornar um átomo de hélio neutro
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Poder de freamento linear
(Linear stopping Power)
( ) ]2[lnNZ4 2
2
o
24
I
vm
vm
ze
dx
dE o\u3c0=\u2212
É a perda de energia da partícula incidente, no material absorvedor, por unidade de comprimento. 
Taxa de perda de energia - FÓRMULA DE BETHE \u2013 Caso não relativístico
v = velocidade da partícula
z = carga da partícula incidente
mo = massa de repouso da partícula.
N = átomos/cm3 do material absorvedor = NA.\u3c1 / A
Z = número atômico do material absorvedor
I = potencial de excitação e ionização médio
e = carga do elétron
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]2[ln4
2
2
42
I
mv
mv
NZez
dx
dE \u3c0=\u2212
Se \u3b2<< 1 (v<<c = caso não relativístico)
2v
1
dx
dE \u221d\u2212
Partícula com mesma velocidade v : 2z
dx
dE \u221d\u2212
Para absorvedores ... \u3c1Z
dx
dE \u221d\u2212 \u2192 Alta densidade e número atômico 
faz-se um bom absorvedor
Para partícula : 
31
F.F., Z > 20
Partículas alfa, Z = 2 
Prótons, Z=1 
Mesma velocidade ! otonFF Pr
dx
dE
dx
dE
dx
dE \u239f\u23a0
\u239e\u239c\u239d
\u239b\u2212>\u239f\u23a0
\u239e\u239c\u239d
\u239b\u2212>\u239f\u23a0
\u239e\u239c\u239d
\u239b\u2212
\u3b1
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Alcance da partícula \u3b1 no ar (CNTP) pode ser estimado semi-
empiricamente por expressão do tipo :
<R> (cm) = 0,56 E para E \u2264 4 MeV
<R> (cm) = 1,24 E \u2013 2,62 para 4 \u2264 E \u2264 8 MeV
<R> valor médio do alcance, E energia da partícula
Alcance em qualquer outro material (meio) pode ser calculado 
utilizando-se a fórmula: 
( ) ><\u239f\u239f\u23a0
\u239e\u239c\u239c\u239d
\u239b×= \u2212 R1A102,3R 2/14m \u3c1
Onde: 
A = número de massa do meio
\u3c1 = densidade do meio em g/cm3
33
Exemplo: 86Rn222.
\u2192222 218 4 86 82 2Rn Po + He 
( ) 2radon poloniumQ = m - m - m c\u3b1
( )\u239b \u239e\u239c \u239f\u239d \u23a0
931MeVQ = 222.017574 u- 218.008930 u- 4.002603 u
u
Q = 5.587 MeV
A - 4K = Q
A\u3b1
 222 - 4K = Q = 5.486 MeV
222\u3b1
34
 
Energia (MeV) Alcance (cm) 
Partícula \u3b1 Ar Tecido humano Alumínio 
1,0 
2,0 
3,0 
4,0 
5,0 
0,55 
1,04 
1,67 
2,58 
3,50 
0,33×10-2 
0,63×10-2 
1,00×10-2 
1,55×10-2 
2,10×10-2 
0,32×10-3 
0,61×10-3 
0,98×10-3 
0,50×10-3 
2,06×10-3 
 
Alcance de partículas alfa no tecido humano e alumínio
Alcance é menor para materiais mais densos e aumenta com a energia da partícula.
A penetração das partículas \u3b1 é muito reduzida, incapaz de ultrapassar
a espessura da pele humana
35
36
INTERAÇÃO DE ELÉTRONS COM A MATÉRIA
37
Interação de Elétrons Rápidos
Partículas com massa igual a do elétron
Partículas carregadas \u2192 Interação Coulombiana
Mesma massa que os elétrons orbitais grandes fração de energia podem ser 
perdida.
Trajetória até parar é tortuosa
O Alcance não é bem 
definido
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INTERAÇÃO DE ELÉTRONS RÁPIDOS
COM A MATÉRIA
-
-
-
-
Ìon posítivo
Partícula Beta 
-
Colisão
Coulombiana
Elétron ejetado
EK = Ekbeta - I
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Poder de Freamento - Elétrons Rápidos
)1()112)(2ln(
)1(2
[ln2)( 22222
2
o
2
o
4
ßß
I
Evm
vm
NZe
dx
dE
c \u2212+\u2212\u2212\u2212\u2212\u2212
\u3c0=\u2212 \u3b2\u3b2
])11(
8
1)1( 222 \u3b2\u2212\u2212+\u2212+ ß
+
]
3
42ln4[
137
)1(
dx
dE
2
o
42
o
4
r
\u2212+=\u239f\u23a0
\u239e\u239c\u239d
\u239b\u2212
cm
E
cm
eZNEZ
2EZ
dx
dE \u221d\u2212 Importante para elétrons de alta energia e para materiais absorvedores de alto Z
( )
( ) 700
EZ
dE/dx
dE/dx =
col
radA razão da perda específica 
da energia é :
40
+
+ +
-
Fóton
-
+
+ +
+