Conceitos Básicos Sobre Radiação Aula 1

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F 107 – Física para Biologia – 1º Semestre de 2010 – Prof.Dr. Edmilson JT Manganote
Aula 1 – Conceitos Básicos 
sobre Radiação
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Introdução
• O que vamos discutir?
– Tipos e características das radiações
– Teoria dos quanta
– Dualidade onda-partícula
– Microscópio eletrônico
A radiação é a propagação de energia sob várias formas, sendo dividida 
geralmente em dois grupos: Radiação Corpuscular e Radiação 
Eletromagnética
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RADIAÇÃO CORPUSCULAR
2
2
1
mvK
É constituída de um feixe de partículas elementares, ou núcleos atômicos, 
tais como: elétrons, prótons, neutrons, deuterons, partículas alfa, etc.
Energia Cinética
v << c
RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
São constituídas de campos elétricos e magnéticos oscilantes e se 
propagam com velocidade constante c no vácuo. Exemplos: Ondas de rádio, 
luz visível, raios infravermelhos, raios ultra-violetas, raios X, raios gama, etc.
f
λ: comprimento de onda
f: frequência
v: velocidade da onda
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Teoria dos Quanta
• Max Planck (1901)
• Albert Einstein (1905)
A radiação eletromagnética é emitida e se propaga 
descontinuamente em pequenos pulsos de energia, 
chamados pacotes de energia, quanta ou fótons.
(Caráter Corpuscular)
O que são Fótons?  Sem carga e Massa de Repouso nula
hfE
h é a constante de Planck e vale 
sj341063,6
Todos os fótons, numa dada 
freqüência, possuem a mesma energia
hc
E
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Dualidade Onda-Partícula
• Louis de Broglie (1924)
A matéria possui características ondulatórias 
e corpusculares...
h
mv
λ é o comprimento de onda de de Broglie
eVMeV
JeV
6
19
101
106,11
Unidade de Energia
eletron-volt
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Aplicação – Microscopia
O microscópio eletrônico supera essa dificuldade, 
pois os comprimentos de onda associados aos 
elétrons são muito menores que o da luz visível
A capacidade de resolução dos microscópios ópticos é limitada pelos 
efeitos da difração da luz (visível 0,4 a 0,7μm)
Microscópio de Hooke,
de uma gravura de seu livro “Micrographia” 
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Microscópio Eletrônico
O funcionamento do microscópio 
eletrônico se baseia nas propriedades 
ondulatórias do elétron !!
São possíveis aumento de 350.000 vezes !!
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Cápsulas de musgo seco liberam seus esporos. Os musgos estão entre os mais 
antigos vegetais do planeta. Essa imagem é a maior já tirada com ajuda de um 
microscópio eletrônico. O original mede 1,5 por 2,5 metros. (© Martin Oeggerli) 
Cápsulas de musgo (escala 16:1)
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Bactérias intestinais E. coli (escala 57'800:1)
As bactérias Escherichia Coli medem cerca de um milésimo de milímetro. Pela facilidade 
de cultura, elas são utilizadas freqüentemente na pesquisa científica. (© Martin Oeggerli) 
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Superfície de uma pteridófita aquática (escala 130:1)
O tamanho dos folíolos das pteridófitas aquáticas não ultrapassa meio centímetro. Sua 
superfície é coberta de uma grande quantidade de asperidades que expelem a água e 
deixam a planta insubmergível. (© Martin Oeggerli) 
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Tipos de Radiação
• Radiação Alfa
– São núcleos de átomos de Hélio (2p + 2n)
– Perdem 33eV por ionização
– A distância que uma partícula percorre até 
parar é chamada alcance. Aumentando-se a 
energia, aumenta-se o alcance.
– O alcance diminui se a densidade do meio 
aumentar
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Como são produzidas as partículas Alfa?
A desintegração Alfa segue o modelo:
Exemplo:
A energia das partículas Alfa tem um caráter discreto, ou seja valores 
próprios para cada decaimento. Por exemplo:
Neste caso 77% das partículas são emitidas com 4,2 MeV, 23% com 4,15 MeV 
e 0,23% com 4,04 MeV.
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• Radiação Beta
– São elétrons (e-) e pósitrons (e+), que são 
muito mais penetrantes que as partículas alfa
– A radiação beta, ao passar por um meio 
material, também perde energia ionizando os 
átomos que encontra no caminho. Para 
blindar a radiação beta pode-se usar plástico 
ou alumínio.
Tipos de Radiação
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Como são produzidas as partículas Beta?
A desintegração Beta segue o modelo:
Exemplo:
Alguns radioisótopos de interesse biológico são:
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Energia (MeV) Alcance (cm) 
Partículas alfa Ar Tecido Humano Alumínio 
1,0 0,55 21033,0 31032,0 
2,0 1,04 21063,0 31061,0 
3,0 1,67 21000,1 31098,0 
4,0 2,58 21055,1 31050,0 
5,0 3,50 21010,2 31006,2 
 
Partículas beta Ar Tecido Humano Alumínio 
0,01 0,23 31027,0 
0,1 12,0 21051,1 3103,4 
0,5 150,0 0,18 2109,5 x 
1,0 420,0 0,50 0,15 
2,0 840,0 1,00 0,34 
3,0 1260,0 1,50 0,56 
 
 
Tabela 1: Alcance das partículas alfa e beta no ar, no tecido humano 
e no Alumínio (OKUNO, E. 1982)
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• Neutrons
– São partículas sem carga e não produzem ionização 
diretamente, mas o fazem indiretamente, transferindo 
energia para outras partículas carregadas que, por 
sua vez, podem produzir ionização
– Os neutrons percorrem grandes distâncias através da 
matéria, antes de interagir com um núcleo dos 
átomos que compõe o meio
– São muito penetrantes, podem ser blindados com 
materiais ricos em hidrogênio como parafina ou água
Tipos de Radiação
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• Radiação Gama
– São ondas eletromagnéticas extremamente 
penetrantes, produzidas por elementos radioativos ou 
em processos subatômicos como a produção de 
pares. Por causa de sua alta energia são muito mais 
penetrantes do que as partículas Alfa ou Beta.
– Interagem com a matéria pelo efeito fotoelétrico, pelo 
efeito Compton ou pela produção de pares (e o que 
acontece?)
– Pode perder toda ou quase toda energia em uma 
única interação. Tudo o que se pode prever é a 
distância em que ela tem 50% de chance de interagir. 
Essa distância se chama semi-redutora.
Tipos de Radiação
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Efeito Fotoelétrico
Espalhamento Compton
Produção e Aniquilação
de Pares
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• Raios X
– São ondas eletromagnéticas, exatamente 
como os raios gama, diferindo apenas quanto 
à origem. Os gamas se originam dentro do 
núcleo atômico, enquanto que os Raios X têm 
origem fora do núcleo,na desexcitação dos 
elétrons
Tipos de Radiação
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Energia (MeV) Camada Semi-redutora (cm) 
Raios X ou gama Tecido humano Chumbo 
0,01 0,13 4105,4 
0,05 3,24 2108,0 
0,1 4,15 2101,1 
0,5 7,23 0,38 
1,0 9,91 0,86 
5,0 23,1 1,44 
 
Tabela 2: Camadas semi-redutoras no tecido humano e 
no chumbo para os raios X e gama (OKUNO, E. 1982). 
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