Objetivo Familiarizarse con el conocimiento básico en física de las radiaciones; magnitudes dosimétricas y unidades para realizar cálculos relacionados; diferentes tipos de detectores de radiación y sus características, sus principios de operación y limitaciones.
Contenidos Estructura atómica Decaimiento radiactivo Producción de radionucleidos Interacción de la radiación ionizante con la materia Magnitudes y unidades de radiación Detectores de radiación
El atomo La estructura del núcleo Protones y neutrones = nucleones Z Protones con carga eléctrica positiva(1.6 ×10-19 C) Neutrones sin carga (neutral) Número de nucleones = número másico A La estructura fuera del núcleo Z Electrones (partículas ligeras con carga eléctrica), carga de igual magnitud que el protón pero negativa
Identificación de un isótopo (Gp:) Número Atómico (Gp:) Número de Neutrones (Gp:) Masa Atómica
Ernest Rutherford, 1871-1937
Energía de union del electron Los electrones del átomo pueden tener sólo niveles discretos de energía Para remover un electrón de su orbital ?E ? energía de unión del electrón Orbitales discretos alrededor del núcleo:K, L, M, … El orbital K tiene energía máxima (i.e. estabilidad) La energía de unión decrece cuando Z crece Número máximo de electrones en cada orbital:2 en K, 8 en el orbital L, …
Ionización – excitación (Gp:) Energía
Desexcitación (Gp:) Radiación característica (Gp:) electron- Auger
Los niveles de energía del núcleo Los nucleones pueden ocupar diferentes niveles de energía y el núcleo puede estar presente en un estado de base o en estado de excitación. Un estado de excitación puede alcanzarse agregando energía al núcleo. Al desexcitarse el núcleo emitirá el exceso de energía por emisión de partículas o por radiación electromagnética. En este caso, la radiación electromagnética es llamada rayo gamma. La energía del rayo gamma será la diferencia en energías entre los diferentes niveles de energía del núcleo. (Gp:) Niveles ocupados (Gp:) ~8 MeV (Gp:) 0 MeV (Gp:) ENERGÍA (Gp:) Emisión de partícula (Gp:) Rayo gamma (Gp:) Desexcitación (Gp:) Excitación
Transición isomerica Normalmente el núcleo excitado atravesará una desexcitación en pico segundos. En algunos casos, sin embargo, se puede medir un tiempo medio de residencia en el nivel excitado. La desexcitación de tal nivel se llama transición isomérica (TI). Esta propiedad del núcleo se distingue en la etiqueta del nucleido agregando una letra “m” del siguiente modo: tecnecio-99m, Tc-99m o 99mTc
(Gp:) Energía (Gp:) partículas y/o fotones Excitación del núcleo
(Gp:) Partícula alfa Partícula beta (Gp:) Radiación gamma Desexcitación nuclear
Conversión interna (Gp:) Radiación característica (Gp:) Electrón de conversión
Espectro de radiación gamma(características de los núcleos) (Gp:) Energía del Fotón (keV) (Gp:) Conteos por canal
(Gp:) Rayos X y g (Gp:) IR (Gp:) UV (Gp:) IR: infrarojo, UV: ultravioleta Los fotones son parte del espectro electromagnético
Física de las Radiaciones SubMódulo 2 Decaimiento radiactivo
Núclidos estables (Gp:) Fuerzas electrostáticas de largo alcance (Gp:) Fuerzas nucleares de corto alcance (Gp:) p (Gp:) p (Gp:) n (Gp:) Linea de estabilidad (Gp:) Número de Protones (Z) (Gp:) Número de Neutrones (N)
Núclidos estables e inestables (Gp:) Muchos neutrones para la estabilidad (Gp:) Muchos protones para la estabilidad (Gp:) Número de Protones (Z) (Gp:) Número de Neutrones (N)
Fisión El núcleo es dividido en dos partes, fragmentos de fisión, y 3 o 4 neutrones. Ejemplos: Cf-252 (expontáneo), U-235 (inducido) decaimiento – a El núcleo emite un partícula a (He-4). Ejemplos: Ra-226, Rn-222 decaimiento – b Demasiados neutrones dan por resultado decaimiento b- n = >p+ + e- + n Ejemplo: H-3, C-14, I-131. Demasiados protones resultan en decaimiento b+ p+ = > n + e+ + n Ejemplos: O-16, F-18 O captura electrónica (EC) p+ + e- = > n + n Ejemplos: I-125, Tl-201 Decaimiento radiactivo
(Gp:) Es imposible saber en que momento un determinado núcleo radiactivo decaerá. Sin embargo, es posible determinar la probabilidad de decaimiento en un momento en particular. En una muestra de N núcleos el número de decaimientos por unidad de tiempo es: Decaimiento radiactivo
El número de núcleos radiactivos que decaen por unidad de tiempo 1 Bq (becquerel) = 1 desintegración por segundo Actividad
1 Bq es una magnitud pequeña 3000 Bq en el cuerpo provenientes de fuentes naturales 20,000,000 a 1,000,000,000 Bq en exámenes de medicina nuclear
Múltiplos & prefijos (Actividad)
Henri Becquerel, 1852-1908
Marie Curie, 1867-1934
Decaimiento de padre a hijo A C B ?1 ?2
Decaimiento padres – hijos (Gp:) Equilibrio secular TB<<TA ˜ 8 Actividad de Padres Actividad de Hijos Número de vidas medias del Hijo Actividad (unidades arbitrarias) Equilibrio transitorio TA ˜ 10 TB Actividad de Padres Actividad de Hijos Actividad (unidades arbitrarias) (Gp:) Sin equilibrio TA ˜ 1/10 TB (Gp:) Actividad de Padres (Gp:) Actividad de Hijos (Gp:) Número de vidas medias del Hijo (Gp:) Actividad (unidades arbitrarias) Número de vidas medias del Hijo
Mo-99 ? Tc-99m (Gp:) Mo-99 (Gp:) 87.6% (Gp:) Tc-99m (Gp:) ? 140 keV T½ = 6.02 h (Gp:) Tc-99 (Gp:) ß- 292 keV T½ = 2×105 y (Gp:) Ru-99 estable (Gp:) 12.4% (Gp:) ß- 442 keV ? 739 keV T½ = 2.75 d
Irene Curie, 1897-1956Frederic Joliot, 1900-1958
Física de las Radiaciones SubMódulo 4 Interacción de la radiaciónionizante con la materia
Radiación ionizante Partículas cargadas Partículas alfa Partículas beta Protones Partículas sin carga Fotones (gamma – rayos X) Neutrones Cada partícula individual puede causar ionización, directa o indirectamente.
Interacción de partículas cargadas con la materia (Gp:) pesada (Gp:) ligera (Gp:) Macroscópico Microscópico
(Gp:) Partículas beta (Gp:) Partículas alfa Transmisión de particulas cargadas
Alcance medio de partículas b- (Gp:) Alcance medio (Gp:) Energía (MeV)
Radiación de frenado (Gp:) Fotón (Gp:) Electrón
Producción de radiación de frenado Cuanto mayor es el número atómico del blanco de rayos X, mayor es el rendimiento Cuanto mayor es la energía del electrón incidente, mayor la probabilidad de la producción de rayos X A cualquier energía del electrón, la probabilidad de generar rayos X decrece con el incremento de la energía de los rayos X
Producción de rayos X Electrones de alta energía impactan un blanco (metálico) donde parte de su energía se convierte en radiación. (Gp:) Blanco (Gp:) Electrones (Gp:) Rayos X (Gp:) Energía baja a media (10-400 keV) (Gp:) Alta energía > 1MeV
Tubo de rayos X para una producción media y baja de rayos X (Gp:) Fuente de Alto Voltaje (Gp:) Cátodo (Gp:) Electrones (Gp:) Tubo al vacio (Gp:) Blanco de Tugsteno (Gp:) Ánodo de cobre (Gp:) Rayos X
Mega voltaje rayos X (linac) (Gp:) Blanco (Gp:) Electrones (Gp:) Rayos X
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