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Radioatividade Prof. Thiago S. Fernandes Roentgen (1895) Mão da Sra. Roentgen. Descoberta dos Raios-X Descoberta da radioatividade • 1896 – Antonie Henri Becquerel Minério uranita (sulfato de urânio e potássio) Descoberta da radioatividade 1898 – o casal Curie estudando Polônio e Rádio observou a mesma emissão espontânea de radiação. Casal Curie RADIOATIVIDADE Introdução à Radioatividade O homem sempre conviveu com a radioatividade: Na superfície terrestre pode ser detectada energia proveniente de raios cósmicos (H-3, Be-7, C-14, Na-22, Kr-85 – emissores de nêutrons) e da radiação solar ultravioleta; Nas rochas, encontramos elementos radioativos, como o urânio-238, urânio-235, tório-232, rádio- 226 e rádio-228; Até mesmo em vegetais pode ser detectada a radioatividade: as batatas, por exemplo, contêm potássio-40. As plantas, o carbono-14; No nosso sangue e ossos encontram-se potássio- 40, carbono-14 e rádio-226. Exposição humana à radiação ionizante Tahuata et al., 2003 MODELO DO ÁTOMO Os modelos atômicos • 1911 – Modelo de Rutherford Muitas partículas atravessaram a folha em linha reta Poucas partículas refletiram O espaço vazio era muito maior que o espaço ocupado Os modelos atômicos A descoberta dos prótons e elétrons para os cientistas Modelo planetário O átomo de RUTHERFORD, 1911 1932 – a descoberta dos nêutrons, CHADWICK Estrutura Nuclear NUCLEONS Partícula Massa Carga (C) Elétron 5,486 x 10-4 uma - 1,60210 x 10 -19 Próton 1,0073 uma + 1,60210 x 10 -19 Nêutron 1,0087 uma xxxxxxxxx Estrutura Nuclear REPRESENTAÇÃO DE UM ATOMO AXZ A= numero de nucleons (A = Z +N) X = elemento considerado OBS: padrão de medida de massa atômica é o 12C 1 eV = variação de energia cinética de um elétron submetido a uma ddp de 1 volt. (Kev; Mev; Gev) 1 ev = 1,6 x 10-19 J O Átomo Todas as coisas existentes na natureza são constituídas de átomos ou suas combinações; Sabe-se que o átomo é composto por ~30 partículas diferentes, mas as principais: prótons e nêutros, no núcleo, e elétrons, na eletrosfera. A estrutura de um átomo consiste de um núcleo, onde fica concentrada a massa, e de partículas eletricamente carregadas girando em seu redor. núcleo elétrons Estrutura do Núcleo O núcleo do átomo é formado, basicamente, por partículas de carga positiva, chamadas prótons, e de partículas de mesmo tamanho mas sem carga, denominadas nêutrons. O número de prótons (ou número atômico = Z) identifica um elemento químico, comandando seu comportamento em relação aos outros elementos. XAZ Número massa Número atômico Al2713 Isótopos Elementos que possuem o mesmo número de prótons. Átomos de um mesmo elemento químico com massas diferentes são denominados isótopos. O hidrogênio tem 3 isótopos: o hidrogênio, o deutério e o trício (ou trítio). A Radioatividade Se um átomo tiver seu núcleo muito energético, ele tenderá a estabilizar-se, emitindo o excesso de energia na forma de partículas e ondas. Radiações ionizantes emitidas por elementos radioativos (radioisótopos) RADIOATIVIDADE TIPOS DE RADIAÇÃO Alfa – Radiação Corpuscular, baixo poder de penetração Beta – Radiação Corpuscular, alcance 10 x maior que alfa Gama – Radiação Eletromagnética, alto poder de penetração Chumbo Partícula Alfa () Um dos processos de estabilização de um núcleo com excesso de energia é o da emissão de um grupo de partículas positivas, constituídas por dois prótons e dois nêutrons (Hélio), e da energia a elas associada. energiaHeYX AZ A Z 4 2 4 2 MeV,HeUPu 2542 235 92 239 94 Partícula Beta (-) Quando existe no núcleo um excesso de nêutrons em relação a prótons, a emissão de uma partícula negativa, um elétron, resulta da conversão de um nêutron em um próton. eNiCo 01 60 28 60 27 eYX AZ A Z 0 11 Pósitron (+) Quando existe no núcleo um excesso de prótons em relação a nêutrons, a emissão de uma partícula positiva, um pósitron, resulta da conversão de um próton em um nêutron. eBC 01 11 5 11 6 eYX AZ A Z 0 11 Radiação Eletromagnética Geralmente, após a emissão de uma partícula alfa () ou beta (), o núcleo resultante desse processo, ainda com excesso de energia, procura estabilizar-se, emitindo esse excesso em forma de onda eletromagnética, da mesma natureza da luz, denominada radiação gama. 00 XX AZAZ00 Espectro Eletromagnético Onda Eletromagnética campo elétrico campo magnético Raios-X Efeito freamento: bremsstrahlung Raios-X característicos Esquema do Aparelho de Raios-X Irradiação vs Contaminação Efeito fotoelétrico ou X transfere sua energia total para um único ē orbital ejetando-o do átomo (ionização). O ē ejetado é o fotoelétron e poderá perder a energia recebida, produzindo ionização em outros átomos Efeito Compton Maior energia de Radiação Parte da energia incidente é transferida para o ē e o restante é cedida para o fóton espalhado O fóton terá energia menor e direção diferente Produção de pares Somente quando fótons de 1,02 MeV passam próximos do núcleo Radiação desaparece, originando um par elétron-pósitron Perderão sua Ec pela ionização e excitação. Interação Radiação com a Matéria Raios gama Radioatividade Atividade de uma Amostra A atividade é a denominação do número de desintegração de uma amostra por unidade de tempo. t N A Tempo de Meia-Vida (T½) É o tempo necessário para a atividade de um elemento radioativo em uma amostra ser reduzida à metade da atividade inicial. teNN 0 2 2 1 ln T Exemplo de Meia-Vida (T½) O iodo-131, utilizado em Medicina Nuclear para exames de tireóide, possui a meia-vida de oito dias. Isso significa que, decorridos 8 dias, atividade ingerida pelo paciente será reduzida à metade. Medicina Nuclear A Medicina Nuclear é a área da medicina onde são utilizados os radioisótopos, tanto em diagnósticos como em terapias. Radioisótopos administrados a pacientes passam a emitir suas radiações do lugar (no caso, órgão) onde têm preferência em ficar. Um exemplo prático bem conhecido é o uso do iodo-131 (I-131), que emite partícula beta, radiação gama e tem meia-vida de oito dias. Medicina Nuclear O tecnécio-99 (Tc-99m) é utilizado, para obtenção de mapeamentos (cintilografia) de diversos órgãos: cintilografia renal, cerebral, hepato-biliar (fígado), pulmonar e óssea; diagnóstico do infarto agudo do miocárdio e em estudos circulatórios; RADIOFÁRMACO TERMINOLOGIA RADIONUCLÍDEO- átomos radioativos RADIOQUIMICOS- radionuclideos+ molécula química com propriedades de localização desejadas. RADIOFÁMACOS – radioquímico utilizados em pacientes . Isótopos Principais usos 3H Trítio Determinação do conteúdo de água no corpo. 11C Carbono-11 Varredura do cérebro com tomografia de emissão positrônica transversa (PET) para traçar o caminho da glucose. 14C Carbono-14 Ensaios de radioimunidade. 24Na Sódio-24 Detecção de constrições e obstruçõesdo sistema circulatório. 32P Fósforo-32 Detecção de tumores oculares, câncer de pele, ou tumores pós- cirúrgicos. 51Cr Cromo-51 Diagnóstico de albumina, tamanho e forma do baço, desordens gastrointestinais. 59Fe Ferro-59 Mal função das juntas ósseas, diagnóstico de anemias. 60Co Cobalto-60 Tratamento do câncer. 67Ga Gálio-67 Varredura do corpo inteiro para tumores. 75Se Selênio-75 Varredura do pâncreas. 81mK r Criptônio-81m Varredura da ventilação no pulmão. 85Sr Estrôncio-85 Varredura dos ossos para doenças, incluindo câncer. 99mT c Tecnécio-99m Um dos mais utilizados: diagnóstico do cérebro, ossos, fígado, rins, músculos e varredura de todo o corpo. 131I Iodo-131 Diagnóstico de mal funcionamento da glândula tireóide, tratamento do hipertireoidismo e câncer tireoidal. 197Hg Mercúrio-197 Varredura dos rins. SPECT Estudo da fisiologia do órgão CINTILOGRAFIA ÓSSEA PET Princípio da PET FDG Pósitron e+ ANIQUILAÇÃO Estudo de áreas cerebrais PET Estudo da atividade celular – indicativo de câncer Tomografia por emissão de pósitrons (PET) 51 http://www.clermontradiology. com/pet_scan.html Radioterapia A radioterapia teve origem na aplicação do elemento rádio pelo casal Curie, para destruir células cancerosas, e foi inicialmente conhecida como “Curieterapia”. O iodo-131 também pode ser usado em terapia para eliminar lesões, identificadas nos radiodiagnósticos da tireóide, aplicando-se, no caso, uma dose maior do que a usada nos diagnósticos. Fontes radioativas de césio-137, cobalto-60 são usadas para destruir células de tumores, uma vez que estas são mais sensíveis à radiação do que os tecidos normais (sãos). CARACTERÍSTICAS DO USO COMO FONTE DE IRRADIAÇÃO A ESCOLHA DA FONTE - TIPO DE RADIAÇÃO EMITIDA: , , Ƴ ENERGIA DA RADIAÇÕES MEIA VIDA DO RADIONUCLIDEO DISPONIBILIDADE PREÇO Radioterapia Teleterapia Cobalto-60 Césio-137 Acelerador linear (raios X) Braquiterapia Iodo-125 Esquema de um cabeçote de uma bomba de Co-60 Teleterapia Cobaltoterapia Braquiterapia
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