Aula 01- Radiação_Conceitos Básicos

FÍSICA MÉDICA

Aula 01 – Radiações

Radiação – Conceitos básicos



Radiação é a propagação de energia sob

várias formas.



_{É dividida em:}



Radiação corpuscular

Radiação – Conceitos básicos

f



1,24 MeV _{1 Ǻ} átomos 1 nm Vírus e moléculas Células Insetos TV e FM ( 300 – 30 MHz) 103 1 km 1 m

Dualidade Onda-Partícula

Quando a energia do fóton é dada em eV a

constante de Planck assume o valor em eV.s:

h = 4,14 x 10

-15

_eV.s

Exercícios:

1– Determine o comprimento de onda de de Broglie

de um elétron com uma velocidade de 5x10

7

m/s.

Símbolo Grandeza Nome Expressão em função de outras unidades Expressão em função das unidades SI fundamentais Freqüência Força Pressão

Energia, trabalho, quantidade de calor

Potência, fluxo radiante

Quantidade de eletricidade, carga elétrica

Potencial elétrico, diferença de potencial, força eletromotriz Capacitância Resistência Elétrica Condutância Fluxo magnético Campo magnético Hertz Newton Pascal Joule Watt Coulomb Volt Farad Ohm Siemens Webewr Tesla Hz N Pa J W C V F  S Wb T N/m2 N.m J/s W/A C/V V/A A/V V.s Wb/m2 s-1 m . kg/s2 kg/m . s2 kg . m2_/s2 kg . m2_/s3 kg . m2 _{/A . s}3 A2_.s4_{/kg . m}2 kg . m2 _/A2 _{. s}3 A2 _{. s}3 _{/ kg . m}2 kg . m2_{/A . s}2 kg /A . s2

Elétron como onda – aplicação

microscópio eletrônico

Microscópio óptico

Luz visível entre 400 e 700 nm: objetos menores que

esses apresentam figuras de difração de luz,

devido a interferências construtivas e destrutivas.

Aparecem imagens borradas ou não formam

imagem alguma.

Microscópio eletrônico

Essa dificuldade é superada devido ao



associado

aos elétrons que são << que o



da luz visível.

Aço inoxidável austenítico (F138). Aumento: 400X. Ataque: água régia

Detalhes do filme de TiN depositado pelo método de evaporação sobre substrato de Ti-6Al-4V acompanhando o relevo de uma superfície rugosa. (MEV, x 2000, 10KV).

Tipos de radiações

Radiações

corpusculares

e

eletromagnéticas:

energia

suficiente

para

atravessar

matéria,

ionizando átomos e moléculas e modifica

comportamentos químicos.

-

Provoca mutações genéticas em células vivas:

Tipos de radiações

Partícula alfa (



)

- Núcleo do átomo de hélio;

- 2 p e 2 n;



Massa 4 e carga + 2; símbolo é

- mais pesada que o elétron e com trajetória

retilínea;

A

X

Z X = símbolo do elemento A = no de massa (p + n)

A-Z = N = número de nêutrons

4



2

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

4



2 9

X

5 5

z

3 226

Ra

88 222

Rn

86 4



2

+

Tipos de radiações

Partícula alfa (



)

- Perde facilmente energia cinética;

com 4,8 x 106 _{eV (rádio-226), no ar ela perde cerca de 33 eV}

.

- 0 alcance das partículas



é curto com mínima

penetração:

- uma folha de alumino 21



m barra um feixe de partículas



de 5 MeV.

Tipos de radiações

Partícula beta (

b

)

- massa igual ao do elétron

-

b

-

_ou

_e

-

_{(negatron) e}

b

+

_{ou e}

+

_{(pósitron ou anti-elétron)}

+

+

-

b

-

5

X

2 5

z

3 14

C

6 14

N

7

b

-

₊

Emissão de b-

+

+

+

O número de massa (A = 5) não se altera. Número de prótons aumenta em 1 unidade

O efeito é como se um nêutron se transformasse em um próton.

Tipos de radiações

Partícula beta (

b

)

- massa muito menor que o próton e nêutron.

- atravessa vários centímetros no ar, folha de papeL e de

mica;

- ionizam menos que as partículas alfa.

b

+

7

X

5 7

z

4 22

Na

11 22

Ne

10

b

+

₊

+ b+

O número de massa (A=7) não se altera. Número de prótons diminui em 1 unidade O efeito é como se um próton se transformasse em um nêutron.

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Energia (MeV) Alcance em cm

Partículas beta Ar Tecido humano Alumínio 0,01 0,23 0,27 x 10-3 0,1 12 1,51 x 10-2 _{4,3 x 10}-3 0,5 150 0,18 5,9 x 10-2 1,0 420 0,50 0,15 2,0 840 1,00 1,34 3,0 1260 1,50 0,56

Energia (MeV) Alcance em cm

Partículas alfa Ar Tecido humano Alumínio 1,0 0,55 0,33 x 10-2 _{0,32 x 10}-3 2,0 1,04 0,63 x 10-2 _{0,61 x 10}-3 3,0 1,67 1,00 x 10-2 _{0,98 x 10}-3 4,0 2,58 1,55 x 10-2 _{1,50 x 10}-3 5,0 3,50 2,10 x 10-2 _{2,06 x 10}-3

Tipos de radiações

Nêutrons (n)

-

Partículas sem carga.

- Não produzem ionização direta mas produz indiretamente transferindo energia para outras partículas carregadas (essas produzem ionização). - Atravessam grandes distâncias através da matéria e interagem com o

núcleo de outros átomos do meio.

- Podem sem blindados pela para fina ou pela água (hidrogênio)

Alfa Elétrons Pósitron Neutron Próton

Carga +2e -e +e 0 +e

Massa 6,644x10-27 _9,109x10-31 _9,109x10-31 _1,675x10-27 _1,672x10-27

Tipos de radiações

Raios Gama (

g

)

-

Ondas eletromagnéticas extremamente penetrantes. - (núcleo atômico) ; - Elétron ou pares elétron-pósitron que ionizam a matéria por efeito

fotoelétrico

- O fóton de radiação gama pode perder sua energia numa única interação, porém não se pode prever a distância do alcance.

- Pode-se prever a distancia em que a radiação tem 50% de chance de interagir. – Camada semi-redutora.

- Ocorre sempre após a emissão de alfa (as vezes beta).

+

+

+

+

+

+

g

5

z

226

Ra

88 4



2

+

5

z

g

g

24

Na

11

b

-

₊

Exercícios

1- A freqüência da luz verde é de 5,5 x 1014 _{Hz. Qual é a energia dessa}

radiação, isto é, a energia de cada fóton?

2- A faixa de um receptor AM (amplitude modulada) varia de 550 a 1550 kHz, e a de um receptor FM (freqüência modulada) de 88 a 108 MHz. Calcule os comprimentos de onda extremos usados pelas estações de rádio AM e FM.

3- Calcule o comprimento de onda e freqüência de um fóton de 100 eV.

4- Determine a energia de um fóton de 7000 angstron em J e em eV. 5- Quais são os comprimentos de onda de um fóton e de um elétron de

1 eV?

6- Davisson e Germer confirmaram a hipótese de de Broglie, realizando experiências de difração de elétrons, que é um fenômeno puramente ondulatório. Eles usaram um feixe de elétrons com energia cinética igual a 54 eV. Calcule o

7- Calcule a energia em J e em eV de um fóton de:

a) Raios X, cujo comprimento de onda é de 1,5 angstron;

b) Radiação ultravioleta, cujo comprimento de onda é de 1000 angstron;

c) Radiação infravermelha, cujo comprimento de onda é de 3 μm

8- Qual é o comprimento de onda de um elétron e de um próton com velocidade igual a 5x107 _m/s?

9- Qual é a energia cinética de um elétron cujo comprimento de onda de de Broglie é de 5000 angstron?

10- Num tubo de raios X, um elétron acelerado pode ceder toda a sua energia cinética emitindo um único fóton, correspondente à radiação X. Suponha que esse seja o caso de um elétron com energia cinética de 34 keV. Determine:

a) O comprimento de onda de de Broglie associado ao elétron; b) A velocidade do elétron;

c) O comprimento de onda da radiação X produzida; d) A velocidade do fóton;

11- Para separar átomos de carbono e oxigênio que formam o monóxido de carbono, é necessário uma energia de no mínimo 11 eV. Determine a freqüência mínima e o comprimento de onda máximo da radiação eletromagnética necessários para dissociar a molécula de monóxido de carbono.

Respostas

