Aula 02 - Fundamentos de Física das Radiações

Aula 02 - Fundamentos de Física das Radiações

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Prof. AGUINALDO SILVA

Mestrando em Eng. Biomédica - UNB Tecnólogo em Radiologia aguinaldo.radiologia@gmail.com

Estrutura do átomo Descoberta da radioatividade natural e artificial

Isótopos

Radiações corpusculares e ondas eletromagnéticas

Produção dos raios X

Interações das radiações com a matéria

Meia-vida de um elemento; decaimento radioativo e atividade de uma amostra

Tudo na natureza é feito de átomos que, com grande frequência se unem para formar moléculas. A neutralidade elétrica que existe nos átomos é mantida na molécula, uma vez que o número de cargas positivas (prótons) é o mesmo que o de cargas negativas (elétrons).

Se uma ligação química que mantém uma molécula for rompida, fragmentos resultados podem não mais manter a neutralidade elétrica.

Quando um átomo perde ou ganha elétron, diz-se que ele se transformou em um íon. Se uma molécula perde um elétron, uma ligação química entre os átomos de uma molécula pode ser rompida e como consequência, haver a formação de íons moléculas, denominados radicais livres.

A comparação com o sistema solar, embora sirva para dar uma idéia visual da estrutura do átomo, logo, no sistema solar, os planetas se distribuem quase todos num mesmo plano ao redor do sol. No átomo, os elétrons se distribuem, em vários planos em torno do núcleo.

O Núcleo do átomo é constituído de partículas positivas, chamadas de prótons, e de partículas de mesmo tamanho mas sem carga, denominadas nêutrons. Num átomo neutro o número de prótons é igual o número de elétrons.

O elemento mais simples, o hidrogênio, possui um próton, enquanto um dos mais complexos, o urânio, com 92 prótons, sendo o elemento químico natural mais pesado.

A Radioatividade natural foi descoberta em 1896, quando ele percebeu que o Urânio emitia radiações ao deixar filmes fotográficos em contato com o elemento radioativo.

A radioatividade natural (não produzida ou modificada pelo homem) é responsável por + da metade da exposição a que uma pessoa está sujeita.

No Brasil, há cidades como Araxá, Guarapari e Poços de Caldas apresentam um alto índice de radioatividade natural.

A Radioatividade artificial é um fenômeno da mesma natureza da radioatividade natural. Entretanto, os núcleos atômicos são produzidos em laboratórios (cíclotrons) ou em reatores nucleares quando se bombardeiam certos núcleos com partículas apropriadas.

ISÓTOPOS – são átomos de um mesmo elemento químico com o mesmo número de prótons mas com diferentes números de massa.

S = Símbolo Z = Número de prótons N = Número de nêutrons A = Z + n = número de massa

As radiações são produzidas por processos de reajustes que ocorrem no núcleo, nas camadas eletrônicas e/ou pela interação de outras radiações com o núcleo.

RADIAÇÃO – é uma forma de energia, emitida por uma fonte que se propaga de um lado para o outro sob forma de partículas com carga elétrica (radiação corpuscular) ou onda eletromagnética.

RADIOATIVIDADE – propriedade que certos elementos químicos possuem de emitir espontaneamente radiação.

Consideram-se radiações, partículas atômicas energéticas, como: partículas α, elétrons, pósitrons, prótons, denominadas radiações corpusculares e as ondas eletromagnéticas, como: raios X, raios γ.

Dependendo da frequência da onda, ela recebe denominações diferentes, como micro-ondas, radiação infravermelha, radiação UV, radiação gama, em ordem crescente de frequência.

RADIAÇÃO IONIZANTE – é considerada ionizante se esta for capaz de arrancar um elétron de um átomo ou de uma molécula, caso contrário, é considerada não ionizante. A ionização se deve ao fato das radiações possuírem alta energia o suficiente para quebrar as ligações químicas ou expulsar elétrons após a colisão.

Blindagem

Placa Fluorescente

Radiação alfa (α): •Carga Positiva.

Radiação beta (β): •Carga Negativa.

•Massa muito menor que a da partícula α.

Radiação gama (γ) •Sem carga

NÚCLEOS INSTÁVEIS Partículas α, β, raios γ;

EQUIPAMENTOS ELÉTRÔNICOS Raios X

Equipamentos de radiologia convencional, tomografia computadorizada, densitometria óssea, mamografia e aplicações industriais;

Elétrons Aceleradores clínicos e industriais

Um dos processos de estabilização de um núcleo com excesso de energia é o de emissão de um grupo de partículas, constituídas por dois prótons e dois nêutrons e da energia a elas associadas. São as radiações α ou partículas α.

Como estas partículas são pesadas elas dificilmente são desviadas do seu caminho, representando uma trajetória retilínea, um baixo poder de penetração e um alto poder de ionização.

Outra forma de estabilização, quando existe no núcleo um excesso de nêutrons em relação a prótons, é através da emissão de uma partícula negativa, um elétron, resultante da conversão de um nêutron em um próton.

No caso de existir partículas positivas (prótons), é emitida uma partícula beta chamada de pósitron, resultante da conversão de um próton em um nêutron.

Portanto, a radiação β é constituída de partículas emitidas por um núcleo, quando da transformação de nêutrons em prótons (partículas β-) ou de prótons em nêutrons (partículas β+ ou pósitrons).

A radiação β, ao passar por um meio material, também perde energia ionizando os átomos que encontra pelo caminho.

Geralmente, após a emissão de uma partícula α ou β, o núcleo resultante deste processo, ainda com excesso de energia, tende a estabilizar-se emitindo esse excesso em forma de onda eletromagnética.

A diferença entre radiação X e radiação γ está na sua origem. Enquanto os raios γ resultam de mudanças do núcleo, os raios X, são emitidos quanto os elétrons sofrem uma mudança de orbital.

As radiações que possuem carga, (radiação corpuscular) como elétrons, partículas α, atuam principalmente por meio de seu campo elétrico e transferem sua energia para muitos átomos ao mesmo tempo e são denominadas: RADIAÇÃO DIRETAMENTE IONIZANTES.

As radiações que não possuem carga, (ondas eletromagnéticas) interagem individualmente e transferem sua energia para elétrons que irão provocar novas energias e são denominadas: RADIAÇÃO INDIRETAMENTE IONIZANTES.

Núcleos instáveis (radioisótopos), não realizam todas as mudanças ao mesmo tempo. As emissões são realizadas de modo imprevisto e não se pode adivinhar o momento em que um determinado núcleo irá emitir radiação.

Logo, espera-se um certo número de emissões ou transformações em cada segundo. Essa “taxa” de transformações é denominada atividade de uma amostra.

A atividade de uma amostra com átomos radioativos (fonte radioativa) é medida em:

Bq (Becquerel) = uma desintegração por segundo Ci (Curie) = 3,7 x 10Bq

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