Física das Radiações - Interação da radiação

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Física das Radiações
Interação da Radiação
Introdução
Radiação ionizante é a capacidade de ionizar o meio que atravessa.
Passagem das radiações não ionizantes por qualquer meio produz ionizações no meio, por meio da retirada de elétrons do material.
Temos excitações dos átomos pela passagem da radiação.
Ionização e excitação ocorrem durante o processo de deposição de energia pela radiação ionizante no meio que atravessa.
Efeitos biológicos que a radiação produz nos seres vivos.
Interação entre a radiação e os materiais dependem das características da radiação e dos átomos irradiados.
Introdução
Radiação diretamente ionizante: ação de forças coulombianas entre a carga da radiação e as cargas dos meio, são caracterizadas pelo alcance
Rápidas Leves
Rápidas Pesadas
Radiação indiretamente ionizante: interações devem-se à ação de campos eletromagnéticos que atuam sobre partículas carregadas no meio.
Fótons
Nêutrons
Radiação Diretamenta Ionizante: partículas carregadas rápidas pesadas
Radiação Diretamenta Ionizante: partículas carregadas rápidas pesadas
Em razão do longo alcance da força de Coulomb e da existência de um número muito grande de elétrons distribuídos na matéria, há uma sucessão de interações, chamadas de choques ou colisões.
Transferência de energia cinética da partícula para átomos do meio ocorre de maneira quase contínua, até que a energia cinética da partícula seja próxima da energia térmica que, à temperatura ambiente, é ao redor de 0.0025 eV.
Radiação Diretamenta Ionizante: partículas carregadas rápidas pesadas
Existe a possibilidade de ocorrerem reações nucleares se a energia da partícula for bastante elevada.
Cada colisão tem energia e momento conservados.
Partícula descreve uma trajetória retilínea no meio, pois sua massa é muito maior do que à do elétron com o qual colide.
A partícula com massa mais próxima a do elétron é o MÚON (tem 208 vezes a massa do elétron)
Implantação iônica
Radiação Diretamenta Ionizante: partículas carregadas rápidas leves
São somente elétrons e pósitrons com energia cinética maior que a energia de ligação de elétrons aos átomos do meio, qualquer que seja sua origem..
Desintegração beta, feixes produzidos em aceleradores, ou criação de pares.
Interações coulombianas sucessivas com elétrons do meio.
Diferenças:
As colisões são entre partículas da mesma massa (elétron-elétron): teremos grandes perdas de energia e mudanças bruscas de direção na trajetória em uma única colisão.
As velocidades atingidas pelos elétrons são elevadas, e deve ser dado tratamento relativístico ao seu movimento. 
Radiação Diretamenta Ionizante: partículas carregadas rápidas leves
O alcance dos elétrons são maiores do que as das partículas pesadas, produzindo densidades de ionização muito menores.
Radiação Diretamenta Ionizante: partículas carregadas rápidas leves
CSDA: Continuous Slowing Down Approximation
Partícula carregada rápida
KeV
Alcance (CSDA)
água
Aluminío
Elétron
50
43 mm
21 mm
100
143 mm
69 mm
500
1.77 mm
0.84 mm
1000
4.37 mm
2.05 mm
2000
1.0 cm
4.54 mm
20000
9.32 cm
3.92 cm
Próton
50
0.99 mm
0.58 mm
100
1.61 mm
0.98 mm
500
8.87 mm
5.57 mm
1000
24.58 mm
14.62 mm
2000
75.55 mm
42.46 mm
20000
4.26mm
2.14 mm
Radiação Indiretamente Ionizante: Fótons
Reage esporádicamente, cada partícula produz poucas ou nenhuma interação durante a passagem pelo material.
Cada um deles tem uma probabilidade de ocorrência que varia com a energia do fóton, com o número atômico e a densidade do meio.
Radiação Indiretamente Ionizante: Fótons
Existe a probabilidade de não interação com o meio: motivo do alto poder de penetração da radiação.
Efeito fotoelétrico: Fóton retira do átomo um elétron interno, maior probabilidade da camada K e L e desaparece.
Radiação Indiretamente Ionizante: Fótons
Efeito Compton: É o espalhamento do fóton por um elétron do meio, considerado livre. O espalhamento é tratado pelas leis de conservação de energia e momento linear.
Radiação Indiretamente Ionizante: Fótons
Par elétron-pósitron: conversão de toda energia do fóton em massa de repouso e energia cinética de um par de partícula (elétron) e sua antipartícula (pósitron), segundo a expressão relativística.
Radiação Indiretamente Ionizante: Nêutrons
Nêutron é uma partícula com massa de repouso ligeiramente superior à do próton e sem carga elétrica (é um bárion, formado por três quarks udd)
Nêutrons não são emitidos espontâneamente , quando emitidos decaem espontâneamente por beta negativo, com meia-vida de 10.23 minutos 
Radiação Indiretamente Ionizante: Nêutrons
Nêutrons são produzidos pela radiação cósmica por interações na alta atmosfera, fissões nucleares e diversas reações nucleares.
Larga banda de energia.
Nêutrons Térmicos por terem energia cinética próxima à energia térmica a temperatura ambiente e que são normalmente capturados por núcleos atômicos. (0.025 eV)
Blindagem de nêutrons: materiais ricos em hidrogênio (água ou policarbonetos) através de sucessivos choques.
Meios materiais são bastante transparente ao nêutron: ausência de carga, sem ação de campo elétrico.
Radiação Indiretamente Ionizante: Nêutrons
Choques elásticos com núcleos: o nêutron cede energia para o núcleo. O núcleo de recio pode ser uma radiação ionizante secundária se estiver ionizado e se sua velocidade for alta.
Choques inelásticos: mudança da energia interna do núcleo – núcleo excitado – que pode se desexcitar por emissão de radiação gama (radiação secundária).
Reações nucleares: infinitas possibilidades de radiação secundária.
A passagem do nêutron pela matéria pode produzir radiações secundárias direta ou indiretamente ionizantes, além de tornar radioaticos os átomos do meio.
Deposição de energia no meio pela radiação: Dose absorvida
Dose absorvida está relacionada a transferência de energia da radiação para os materiais e serve de base para outras grandezas dosimétricas.
A grande “dose absorvida” é expressa em J/Kg, essa unidade recebe o nome de GRAY (Gy).
1Gy=1J/Kg
É calculada para qualquer radiação ionizante que interage em qualquer meio
Deposição de energia no meio pela radiação: Dose absorvida
Energia radiante que entra no volume, 
dada pela soma das energias cinéticas de
partículas carregadas e de nêutrons e 
Energias de fótons que entram no volume
de interesse.
É a energia radiante que
sai do volume de interesse.
Energia radiante criada no 
volume de interesse por 
transformações de massa em
energia- por exemplo, 1.022 MeV
para a aniquilação de pósitron
Energia radiante convertida
em massa de repouso dentro
do volume de interesse- por 
exemplo, 1.022 MeV para a
criação de um par elétron – 
pósitron por um fóton