Fisica das Radiacoes Modo de Compatibilidade

Prévia do material em texto

1
Física das RadiaçõesFísica das Radiações
UFBA – INSTITUTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE 
Depto de Biofunção 
Disciplina Biofísica – Biotecnologia 
Profa. Dra. Franciane Marques
2015.1
O tubo de Crookes – 18...
• Sir William Crookes (inglês)
• Tubo de Crookes
• Vácuo interno
• Feixe de raios catódicos
• (eram os elétrons!)
• Não saíam do tubo
• Propagação só no vácuo
Um pouco de história
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Os raios misteriosos -1895
• Wilhelm Conrad Rontgen (alemão)
• Experimentos com o tubo de Crookes
• Alguns raios saem do tubo (acidentalmente)
• Nem tudo “barrava” eses raios
• Chumbo, sim...
• Ossos? + ou - ....
• Músculo, tendões (tecidos moles), não.....
Um pouco de história
Wilhelm Conrad Röntgen R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Um pouco de história 
• Primeiro uso médico dos raios X
(1896): usado para localizar um
pedaço de faca nas costas de um
marinheiro bêbado.
• Pedido do Dr. Röentgen
• Uma assistente de T.
Edson - Clarence Doll -
talvez tenha sido a
primeira que
sabidamente morreu de
câncer induzido por raios
X.
• Marie Curie
• Faleceu de anemia
aplástica
• The Nobel Prize in
Physics 1903
• The Nobel Prize in
Chemistry 1911
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
O que é radiação?
• Radiação é energia que se difunde de uma fonte, natural ou artificial, 
propagando-se através de um meio material ou do vácuo.
Conceitos
Radiação é energia na forma de partículas ou ondas 
Radiação Particulada
• massa: leve ou pesada
• Carga: neutra ou carregada
• Velocidade: lenta ou rápida
Radiação Eletromagnética
• Amplitude 
• Frequência de oscilação
• Comprimento de onda (λ)
• Freqüência (Hz) (No. ciclos/seg)
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Conceitos
2
•
Conceitos
Radiação ionizante
Radiação não-ionizante
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Classificação da radiação
• Podemos classificar a radiação (ionizante e não ionizante) 
quanto à sua:
Conceitos
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Radiações ionizantes
Conceitos
ELETROMAGNÉTICAS
ou
ONDULATÓRIA
PARTICULADAS 
ou 
CORPUSCULARES
Raios X: extra-nuclear (desaceleração de e- )
Raios Gama: intra-nuclear (Isótopos radioativos)
Elétrons, prótons, partículas alfa, nêutrons e íons
pesados carregados
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Radiação emitida de átomos 
excitados
• Partícula alfa: núcleo de hélio
• Partícula beta: elétron (ou pósitron)
• Nêutron
• Gama: sem massa (energia)
Tipos e características
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Representação das Partículas Atômicas. 
• Ajuda a compreensão dos fenômenos radioativos.
Tipos e características
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Isótopos radioativos
• Isótopos - classificação periódica 
• Estáveis - não se modificam - não radioativos
• Instáveis - emitem partículas, energia - Radionuclídeos
Tipos e características
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3
Isômeros radioativos
• Isômeros - diferem apenas no conteúdo de energia
• Metaestável (m) - excesso de energia
• Fundamental - após emissão da energia
Tipos e características
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Emissão alfa
• Núcleo do gás hélio - 2p e 2n / A e Z modificados
• “Quando um radionuclídeo emite uma partícula alfa, 
seu número de massa diminui 4 unidades e seu número 
atômico diminui 2 unidades”
Tipos e características
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Emissão alfa
• É uma radiação ionizante de baixa 
penetração.
• É produzida pelo decaimento 
radioativo de elementos químicos, 
como urânio e rádio.
Tipos e características
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Emissão beta
• É composta por elétrons ou 
pósitrons de alta energia e são 
emitidos por núcleos atômicos como 
o do potássio 40.
• Negatron (elétron), positron (anti-
elétron)/Zmodificado
• Possui um poder de penetração 
maior que das partículas alfa.
• A produção de partículas beta é 
chamada decaimento beta.
Tipos e características
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Quando um radionuclídeo emite 
uma partícula beta (β-), seu número 
de massa permanece constante e 
seu número atômico aumenta 1 
unidade. 
• Se emitir um pósitron (β+), seu 
número de massa permanece 
constante e seu número atômico 
diminui de 1
Tipos e características
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tipos e características
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4
Radiação gama
• Energia eletromagnética após emissão alfa, beta
• É uma radiação eletromagnética de alta energia
• É produzida em processos nucleares tais como aniquilação de pares 
elétron-pósitron
• Radiação gama forma a parte mais energética do espectro 
eletromagnético 
Tipos e características
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Propriedades das Emissões Radioativas
• ALFA
• Massa 4 e carga elétrica + 2 - altamente ionizante
• Rastro espesso de íons positivos e negativos
• Mínima penetração - poucos cm de ar - não atravessa folha de papel
• Perigoso - alimentos contaminados
• BETA
• Elétron - massa ínfima - carga negativa
• Ionizam menos que alfa
• Atravessam vários cm de ar e folha de papel
• b+ anti-elétron - existência 10-9 seg
• b+ + b- = radiação gama
Tipos e características
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Propriedades das Emissões Radioativas
• GAMA
• Altamente penetrantes - paredes de chumbo
• A menos ionizantes das radiações
• Dificuldade de proteção
• Não possui carga elétrica
Tipos e características
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tubo de Raios X
Maquina geradora de Raios X
Radiação eletromagnética emitida quando um feixe de elétrons, 
acelerados pela ddp, incide sobre o anodo (polo +), deslocando 
elétrons orbitais = convecção eletrônica
Gera um 
campo que 
contrapõe a 
repulsão 
dos raios 
catódicos
Importante: a ddp define o grau de ionização do Raio X
Radiação X
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fatores que controlam a intensidade e a qualidade do Raio X:
• ddp
• aquecimento do filamento
5
Sistemaemissor de Raios X
Filamento helicoidais de 
tungstênio que suporta 
acima de 2000º C
Libera elétrons que vão se 
chocar contra o anódio –
emissão termiônica
Placa metálica feita de 
liga tungstenio-
molibdenio
Alta capacidade de 
dissipar calor
Produz os Raios X 
Sistema emissor de Raios X
Sistema emissor de Raios X
1
2
3
Intensidade do Raios X 
~intensidade corrente
Formação do Raios X
Deflexão do elétron incidente faz com que parte da 
energia cinética seja convertida em Raios X
Radiação de frenamento
Formação do Raios X
Vacância orbitalar provoca transiçao eletrônica com 
emissão de Raios X característicos
Radiação característica
Sistema emissor de Raios X
Qualidade do Raios X ~ 
tensão ddp
Maior tensao > maior 
aceleração dos elétrons 
> penetração do feixe > 
qualidade do feixe
6
Emissão
Absorção
Atenuação
Emergência
Interação dos Raios X com a matéria Raio x 
Pulmão de Gato
Chumbo – elevado nº de elétrons (detém fótons)
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Emissões secundárias
• Captura de Elétron - órbita K ou L, M - gama e Rx orbital
Núcleos com deficiência de energia negativa
Radiações Eletromagnéticas
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Emissões secundárias
• Transição Isomérica – emissão gama
Núcleo excitado 
Radiações Eletromagnéticas
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Emissão Gama x Transição isomérica
* Na transição isomérica não há a necessidade de emissão de partículas
Emissões secundárias
• Captura Isomérica – energia gama emitida na Transição Isomérica 
desloca e-
Radiações Eletromagnéticas
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Elétrons de Auger (absorve o Raio X) 
Efeito Fotoelétrico Interno
Energia das emissões
• Intensidade e quantidade de energia p/ dimensionar danos
• Emissão e energia de alguns radioisótopos usados em biologia
Tipos e características
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7
Meia-vida
• Desintegração Radioativa em Função do Tempo - t1/2
• Radioatividade diminui com o tempo – decaimento
• 131I = 8,1 dias e 
• 14C = 5600 anos (t1/2) – grande importância para datações antigas
• Unidades da constante de decaimento e meia-vida
• Elementos usados em biologia devem ter meia-vida curta
Decaimento
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Meia vida de um Radioisótopo
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Decaimento de átomos instáveis
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Decaimento
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Atividade radioativa
• Atividade Radioativa e Unidades de Medida (Curie e Becquerel)
• Medida de atividade - emissões por unidade de tempo
• Emissão, desintegração, pulso ou impulso.
• Bq (Becquerel) = uma desintegração por segundo (dps)
• Ci (Curie) = 3,7 x 10¹º Bq
• Na biologia usa-se submúltiplos do Ci
Unidades de medida
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dose absorvida
• Dose da radiação: quando a energia da radiação é depositada nos seus 
tecidos; 
• Quanto maior a energia depositada, maior a dose; 
• Dose Equivalente 
• Sievert - leva em conta o efeito biológico em tecidos vivos, produzido 
pela radiação absorvida 
o Resumindo as unidades:
 Atividade radioativa: bequerel ou curie
 Dose absorvida: gray ou rad
 Dose equivalente: sievert
Unidades de medida
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8
Relações das unidades de atividade
• Antigas e novas
• Diferentes aplicações
Unidades de medida
1 Ci = 3,7 x 1010 BqBqbequerelCiRadioatividade
1 rem = 0,01 SvSvsievertremDose 
equivalente
1 rad = 1cGyGygrayradDose
Antiga Nova Símbolo Relação
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Interação da Radiação eletromagnética ionizante
•Efeito fotoelétrico
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Interação da Radiação eletromagnética ionizante
> Ângulo < energia do fóton
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Interação da Radiação eletromagnética ionizante
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
> Ângulo de desvio > energia transferida para o e- < energético será o fóton emergente.
Interação da Radiação eletromagnética ionizante
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Interação da Radiação eletromagnética ionizante
R
ad
io
at
iv
id
ad
e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9
Bibliografia
• GARCIA, E. A. C. Biofísica, 1 ed. São Paulo, Sarvier. 2000.
• HENEINE, Ibrahim F., Biofísica Básica, Editora Atheneu, 2008.
• Mourão Júnior , C. A & Abramov, D. M. Curso de Biofísica. Editora Guanabara Koogan, 2009.
•YOSHIMURA, E. M. Física das Radiações: interação da radiação com a matéria.
Revista Brasileira de Física Médica.3(1):57-67, 2009.
R
ad
io
at
iv
id
ad
e