Radioatividade: Estrutura Atômica e Aplicações

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Radiações ionizantes
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Radioatividade 
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Introdução
ROENTGEN (1895) – descoberta dos raios catódicos – feixes de elétrons (THOMPSON, 1894).
BECQUEREL (1896) – sal de urânio impressionara chapa fotográfica
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Chapa fotográfica
Cartolina preta
Sulfato de urânio e potássio
Chapa impressionada
Raios espontâneos , não diminuíam com o tempo e tinha propriedades similares aos Rχ 
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Mme. CURIE (1897 - 1898)
Estudo dos raios de Becquerel
“outros elementos emitiam raios semelhantes espontaneamente”
Tório
Polônio
“pechblenda” – mineral de urânio 
Rádio – 400 X mais radioativo que urânio
Massa atômica do rádio
RUTHERFORD (1903)
Raios de Becquerel
Partículas α e β
PAUL VILLARD (1904) 
Radiação γ
IRENE CURIE & FREDERIC JULIOT (1934)
Elementos artificiais (P30 e N13) – bombardeio com partículas α do polônio.
Propôs os termos rádio –elementos, radioatividade e transmutação radioativa
Elementos comuns não radioativos em elementos radioativos
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 Radioatividade
Emissão espontânea de energia em forma de partículas e radiação – de origem no núcleos.
É um fenômeno natural ou artificial, característico de algumas substâncias ou elementos químicos, chamados radioativos.
Elementos radioativos são instáveis e perde energia e matéria (partículas α, β e radiação γ) para estabilizar-se. 
Transmutação radiativa
Transformação de um elemento em outro após emissão de radiação. 
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Aplicações das radiações
Medicina
Radioterapia
Radiologia diagnóstica
Medicina nuclear – radiofármaco (Na24)
Diagnose
Tratamento
Estudo de doenças
Biologia
Estudo de transporte em plantas 
	e metabolismo
Divisão de cromossomos
Volume de compartimento
Conservação de alimentos
Produção de energia elétrica 
Auto-radiografia e uso de traçadores radioativos
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Estrutura atômica e nuclear
Átomo 
Central – núcleo (prótons, nêutrons, partículas subatômicas)
Periférica – eletrosfera (elétrons)
Núcleo: r 10 a 100.000 < eletrosfera
Núcleo: 99,95% da massa do átomo
Partículas subatômica 
Partículas
Símbolos
Massa
Carga
Négatrons
1e1
0
-1
Pósitrons
1e1
0
+1
Neutrinos
0n0
0
0
Mésonsπ
Múons
Dêuterons
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Caracterização da estrutura atômica
Número atômico (Z)
Número de massa (A = Z + N)
Número de nêutrons (N)
 
Nuclídio:
ZSA = Z + N
1H1; 2He4; 11Na23; 92U238 
Isótopos 
Mesmo Z; diferença de A (# N) – átomos do mesmo elemento
1H1; 1H2; 1H3
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Isóbaros
Mesma A; diferença Z e N – átomos de elementos diferentes
28Ti50 22 = N = 26 24Cr50
Isótonos 
Mesmo N; diferença Z e A – átomos de elementos diferentes
14Si30; 15P31; 16S32
Emissões radiativas
Emissões primárias – partículas α, β e radiação γ 
Originadas no núcleo 
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Partícula α
2He4 – átomo de hélio duplamente ionizado (He++)
Emissão de elementos pesados
ZSA -----------------------> Z-2SA-4 + 2He4 (α)
92U238 ----------------------> 90Th234 + α
88Ra226 --------------------> 86Rn222 + α + γ 
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Partículas β
Nêutrons prótons 
Elétrons de origem nuclear
Excesso de nêutrons em relação a estrutura estável
6C14 ---------------> 7N14 + -β
15P32 ---------------> 16S32 + -β
oN1 ---------->1P1 + -β (Elétron negativo = négatron)
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Excesso de prótons em relação a estrutura estável
11Na22 -----------------> 10Ne22 + +β
 
1P1 ----------> oN1 + +β (Elétron positivo = pósitrons)
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Emissão Rγ
Radiações eletromagnética
Excesso de energia, após emissão α e β
88Ra226 ---------------> α + γ
11Na24 ---------------> -β + γ
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Emissões secundárias – emissão Rγ e R χ
Captura K
Captura de elétrons da camada K pelo núcleo que tem excesso de energia e produção de Rγ e Rχ
Na22; Cl36; Cr51; Fe55; Se75; Hg197
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Transição isomérica
Rearranjo energético das partículas intranucleares devido a um excesso de energia do núcleo. O preenchimento dos orbitais vazios ocorre com liberação de R χ
mTc99; mI133
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Captura isomérica
Elétrons orbitais absorvem Rγ (transição isomérica) e são ejetados. O preenchimento dos orbitais vazios ocorre com liberação de R χ
 
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32Ge71 + γ ------------> 32Ge71 + e- + R χ 
Velocidade de decaimento radioativo
Tempo de meia vida (t½): tempo para que a metade de uma população de átomos de um elemento radiativos seja transmutado em outro elemento.
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Atividade (A) – velocidade de desintegração
Número de emissões radioativas por unidade de tempo.
Número de átomos que se decompõe em determinado intervalo de tempo.
Curie (Ci) 
Nº de desintegração por unidade de tempo.
1 Ci = 3,7 x 1010 dps (pulsos por segundos)
1 Ci = 2,2 x 1012 dpm (pulsos por minutos)
Quantidade da desintegração de Ra226 – quantidade grande
Becquerel
1 Bq = 1 dps
1 Bq = 1 Ci/3,7 x 1010 = 2,7 x 10-11 Ci
Atividade e massa do elemento
Atividade específica
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1 Ci = 3,7 x 1010 Bq
Atividade específica
Dps/massa
Ci/g
3,7 x 1010/g
mCi/mg
3,7 x107/mg
Ci/mol
3,7 x 1010/mol
mCi/mmol
3,7 x 107/mmol
Ci/l
3,7 x 1010/l
mCi/ml
3,7 x 107/ml
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Interação das emissões radiativas com o meio material
Energia das emissões radiativas
Forma de energia cinética chamada elétrons-volt (eV)
1 eV – energia cinética final que 1 elétron adquire quando acelerado entre dois pontos com V. 
Matéria 
Emissões 
Matéria ionizada 
Tipo de radiação e do meio material
p (A – B) = 1 volt
A
B
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Interação α (2He4)
Massa = 4
Velocidade de propagação (deslocamento) = 1/30 a 1/15 da luz
Penetração mínima – atinge apenas a pele humana
Carga = +2
Elevada densidade de ionização
Modos de interação
 Arraste de elétrons
Atração eletrostática devido a colisão
Perde, em media, 33,85 eV por ionização
α de 4,8 MeV (Ra226) => 142.000 ionizações no ar em 3,5 cm.
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Interação β
Massa = ínfima
Velocidade de propagação = próxima à da luz
Poder de penetração maior em relação α
Carga
 Menor em relação a α
Densidade de ionização menor em relação a α
 Vida curta (10-9s)
Modos de interação
Repulsão de elétrons – elevada Ec.
Aniquilação de matéria
Radiação de frenagem – aceleradores de elétrons
β de 3 MeV (Ra226) => 142.000 ionizações no ar em 3,5 cm.
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Interação Rγ
Radiações eletromagnética – velocidade de propagação = luz
Elevado poder de penetração – paredes de chumbo
Menos ionizantes em relação à α e β
Modos de interação
Efeito fotoelétrico – energia até 1 MeV
Efeito Compton – energia superior a 1,02 MeV
Formação de par iônico – superior a 1,02 MeV
Formação de prótons e anti-prótons – superior a 9 MeV
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Raios χ
Introdução
Wilhelm Conrad Röentgen 
1895 – produziu RE correspondentes aos atualmente chamados Raios X.
São emissões eletromagnéticas.
Seu comprimento de onda vai de 0,05 Å (5 pm) até centenas de Å (1 nm). 
A energia dos fótons é de ordem do keV. 
A geração de Rχ se deve à transição de elétrons nos átomos, ou da desaceleração de partículas carregadas.
Produção de Rχ
Dois mecanismos
Rχ orbital
Rχ de frenagem
Desaceleração de elétrons em eletrosferas de átomos
Amperagem
Corrente elétrica – quantidade de Rχ 
Voltagem 
Diferença de potencial elétrico – energia dos Rχ 
Classificação dos Rχ 
Duros 
Médios
Moles 
Capacidade de penetração 
Uso de Rχ em exames do sistema biológico
Baseia-se na absorção diferencial dos tecidos
“A absorção é proporcional à densidade estrutural dos tecidos”
Uso de contrastes
Vasos sangüíneos
São radio transparentes e requerem contrastes 
Soluções contendo iodo (I), que forma ligações covalente entre si.
Lúmen do sistema digestivo
Sais de bário (Ba)
Alguns fatores
Escolha da Kilovoltagem – qualidade da imagem
Espessura do tecido
 tórax de 12 a 20 cm – 50 a 62 KV 
Ossos e cartilagem absorvem mais. Os demais tecidos formam sombras na imagem
Escolha do produto mA.s – quantidade de Rχ
Fornece a dose equivalente de exposição
Rχ secundários
Rχ formados nos sistemas biológicos prejudica a imagem
Eliminados pelo uso de diafragmas absorventes impedem que o filme seja atingido 
Geração de Rχ
O dispositivo é chamado de tubo de Coolidge. 
Tubo oco e evacuado, possui um catodo incandescente que gera um fluxo de elétrons de alta energia. Estes são acelerados por uma grande diferença de potencial e atingem ao ânodo ou placa.
O ânodo é confeccionado em tungstênio – suporta calor. 
O tungstênio suporta até 3340 °C e possui um razoável valor de número atômico (74) o que é útil para o fornecimento de átomos para colisão com os elétrons vindos do catodo (filamento). 
Radiações Ultravioleta
Introdução 
Radiação excitante dos tecidos, podendo ionizar a matéria no meio biológico
Radiação eletromagnética com λ entre o Vis e Rχ
 λ: 380 a 1 nm. 
Subdivisão: espectroscopistas 
UV próximo (λ de 380 até 200 nm)
UV distante (λ 200 até 10 nm) 
UV extremo (λ de 1 a 31 nm).
Subdivisão - efeitos à saúde humana e ao meio ambiente: 
UVA (λ de 400 – 320 nm), também chamada de "luz negra" ou onda longa)
Sofre pouca absorção pelo O3 estratosférico. 
Síntese da vitamina D no organismo
Queimadura com excesso de exposição
Envelhecimento precoce com excesso de a longo prazo.
UVB (λ de 320–280 nm), também chamada de onda média
Fortemente absorvida pelo O3 estratosférico. 
É prejudicial à saúde humana, podendo causar queimaduras e, a longo prazo, câncer de pele.
UVC (λ de 280 - 100 nm), também chamada de UV curta ou "germicida")
Completamente absorvida pelo O2 e O3 estratosférico e, portanto, não atinge a superfície terrestre. 
É utilizada na esterilização de água e materiais cirúrgicos.
Produção de UV
Uso das R UV
Em laboratório
Acelerar as reações fotossensíveis
Fotólise – as substâncias absorvem a luz e usam a energia pra quebrar outras moléculas
Acelerar a polimerização de plásticos (Acrilamida e epóxi) 
Tratamento de cáries dentárias
Ester ilização de ambientes 
Caracterização de substâncias orgânicas
Triptofano absorve 280 nm