Efeito Compton Outra fenômeno que a Física Clássica não conseguia explicar era o efeito Compton.
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Irradiação e Contaminação
Irradiação é a exposição de um objecto ou um corpo à radiação, o que pode ocorrer à distância, sem necessidade de contacto.
Irradiar <> contaminar.
Irradiação e Contaminação
Contaminação, radioativa ou não, caracteriza-se pela presença indesejável de um material num local inadequado.
No caso de materiais radioativos, a contaminação gera irradiações.
Interação da radiação com a matéria
Radiação
Ionização: remoção completa de um ou mais eletrões de valência
Excitação: os eletrões são levados a níveis de maior energia
Eletromagnética (raios X e )
Partículas carregadas (e-, , d, etc)
Neutrões
Interação com neutrões
Classificação segundo a energia
lentos 0,03 eV < n < 100 eV
intermediários 100 eV < n < 10 eV
rápidos 10 keV < n < 10 keV
alta energia n > 10 MeV
ou
térmicos n 0,025 eV
epitérmicos 1 eV <n < 100 keV
rápidos n > 100 keV
Interagem por colisão direta com o núcleo
Interação com partículas carregadas
Pesadas p, d, etc
Leves e
Partículas pesadas tem menor velocidade que um eletrão de mesma energia, portanto ionizarão um número maior de átomos ao longo de seu percurso que será aproximadamente linear.
Eletrões perdem energia através de uma série de colisões que deflictam do processo original, causando uma série de ionizações secundárias.
eletrão
incidente
absorvente
Interação com raios X e
Raios são radiações eletromagnéticas que acompanham transições nucleares.
Raios X são radiações electromagnéticas que acompanham transições eletrónicas.
Principais processos competitivos
Efeito fotoeléctrico
Efeito Compton
Produção de pares
Efeito fotoeléctrico
- Acontece quando a energia da radiação, étransferida totalmente para um únicoeletrão ejetando-o do átomo comvelocidade (processo de ionização).
-O processo de troca de energia pelaequação:
Ec = h.f - Elig ,
sendo Ec a energia cinética, h.f a energiado raio X incidente e Elig a energia deligação do eletrão à sua orbital
- Este eletrão expelido do átomo édenominado fotoeletrão e poderá perdera energia recebida do fotão, produzindoionização noutros átomos
- A direção de saída do fotoeletrão comrelação à de incidência do fotão, variacom a energia deste.
Efeito Compton
- Quando a energia da Radiação aumenta, o espalhamento Comptontorna-se mais frequente que o efeito fotoelétrico.
- O efeito Compton é a interação de um fotão muito energético com um eletrão orbital, sendo parte da energia do raio incidente transferido como energia cinética para o eletrão e o restante é cedida para o fotão espalhado, levando-se em consideração também a energia de ligação do eletrão.
- O fotão espalhado terá uma energia menor e uma direção diferente da incidente.
Produção de pares
A produção de pares ocorre somente quando fotões de energia igual ou superior a 1,02 MeV passam próximos de núcleos com elevado número atómico.
- Nesse caso, a radiação interage com o núcleo e desaparece, dando origem a um par eletrão-positrão com energia cinética em diferente proporção. O positrão e o eletrão perderão a sua energia cinética através de processos de ionização e excitação.
INTERAÇÃO DA RADIAÇÃO COM A MATÉRIA
Radiação Gama ou X - Atenuação
xeII 0
I = Intensidade final do feixe (número de fotões)
I0 = Intensidade inicial do feixe (número de fotões)
= Coeficiente de atenuação (depende da energia)
x = Espessura do material absorvedor
INTERAÇÃO DA RADIAÇÃO COM A MATÉRIA
xeII 02/1
00 2/X
eII
)/2(ln2/1 XCSR
Radiação Gama ou X
(CSR) Camada Semi-Redutora - espessura de
um material que atenua o feixe em 50%de seu
valor original
INTERAÇÃO DA RADIAÇÃO COM A MATÉRIA
Radiação Gama ou X
(CSR) Camada Semi-Redutora - espessura de
um material que atenua o feixe em 50%de seu
valor original
Prática: Mais fácil expressar em termos do
coeficiente de atenuação de massa:
)(/
0
xeII
Onde: = densidade do material do meio.
EXPOSIÇÃO
- quantidade de radiação X ou gama tal que, a emissão
corpuscular a ela associada, num cm3 de ar, produz no
mesmo, iões transportando uma u.e.s (unidade eletrostática
de carga) de cada sinal, nas condições normais de
temperatura e pressão.
EXPOSIÇÃO (X) = ∆Q/∆m
A unidade de exposição é o Roentgen, com símbolo
R, sendo que no sistema convencional é:
1 R = 2,58 . 104 Coulombs/Kg de ar.
A Taxa de Exposição é dada pela quantidade de
cargas por unidade de massa de ar sendo gerada por unidade
de tempo, ou seja:
Taxa de Exposição = dX/dt
Unidades: R/s, mR/hora,etc
ENERGIA DEPOSITADA
Considerando-se um elemento de volume ∆V contendo uma massa
∆m, a energia depositada será no elemento de volume:
∆ED = Ein - Eout + Q
sendo,
Ein = soma das energias totais de todas as partículas entrando em ∆V
Eout = soma das energias totais de todas as partículas saindo em ∆V
Q = energia gerada em ∆V (reações nucleares)
DOSE ABSORVIDA
A energia depositada ∆ED na quantidade de massa ∆m é definida
como dose absorvida, D.
D = ∆ED/∆m
Unidade no sistema convencional: Rad = 0,01 J/Kg = 100 erg/g
No sistema internacional SI: Gy = Gray = 1 J/Kg = 100 Rad
TAXA DE DOSE ABSORVIDA
A taxa de dose absorvida é definida como a quantidade de energia
depositada por unidade de massa por unidade de tempo.
dD/d t= D° = (∆ED/∆m)/ ∆t
A taxa de dose é medida, no sistema internacional, em Gy/s, mGy/hr,
etc.. No sistema convencional, de modo análogo, rad/s, mrad/hr, etc.
EFETIVIDADE BIOLÓGICA RELATIVA
(RBE - “Relative Biological Efectiveness”)
- Se os danos biológicos causados pela radiação dependessem somente da
energia depositada esta seria uma medida dos danos.
- a forma de deposição é importante e para uma mesma quantidade total de
energia depositada, são maiores os danos causados por radiações de alto
LET (linear energy transfer, coeficiente de transferência de energia por
unidade de comprimento), do que aqueles causados por radiação de baixo
LET.
Diz-se que há um “fator de qualidade” associado à radiação. O facto dos
danos biológicos terem uma dependência de seu LET, é expresso pela RBE
(relative biological effectiveness) associada a cada tipo de radiação e energia.
A RBE é um parâmetro específico para cada tipo de radiação, energia e efeito
de interesse, a sua medida é feita em laboratório.
DOSE EQUIVALENTE
- Para fins de proteção radiológica deve-se levar em conta
que diferentes tipos de radiação, qualidade espetral
(distribuição de energia), distribuição espacial da dose no
tecido irradiado, taxa de dose e tipo de exposição (aguda ou
crónica), produzem diferentes efeitos biológicos.
- Assim, uma mesma dose absorvida (rads), de diferentes
tipos de radiação, pode produzir diferentes efeitos
biológicos. Logo, para obter uma quantidade que
expressasse, numa escala comum, o dano de radiação num
organismo irradiado foi introduzido o conceito de dose
equivalente.
DOSE EQUIVALENTE
A dose equivalente é numericamente igual à dose em RAD
multiplicada pelos fatores modificadores apropriados.
DE (REM) = D (RAD) . (QF) . (DF)1 . (DF)2 . ....
Sendo:
QF – fator de qualidade
DF1, DF2,... fatores de distribuição.
A unidade de dose equivalente é o Sievert ou o REM (Roentgen –
equivalent – man)
Sistema Internacional - Sv = Sievert = Gray x fator de qualidade.
Sistema Convencional - REM = Rad Equivalent Men
O fator de conversão entre as unidades é 1Sv = 100 REM.
DOSE EQUIVALENTE EFETIVA
A dose equivalente efetiva é uma grandeza expressa por:
HE= ∑ ωT HT
Sendo:
ωT = fator de ponderação para o tecido ou órgão T;
HT = dose equivalente média no tecido ou órgão T
UNIDADES
RAD unidade de dose absorvida sendo essa definida pela razão d/ dm, onde d é a energia média distribuída pela radiação na massa de 1 dm.
1 rad = 100 erg/g
GRAY nova unidade de dose absorvida usada em substituição ao rad.
1Gy = 100 rad
ROENTGEN unidade de exposição e está relacionada à capacidade dos raios X ionizarem o ar; para raios X e uma exposição de 1R resulta numa dose absorvida de 1 rad em água ou tecido mole.
ELETRÃO-VOLT é a energia adquirida por um eletrão ao atravessar uma diferença de potencial de 1 V.
1 eV= 1,6 x 10-12 J
CURIE é uma unidade de taxa de decaimento radioativo de um nuclídeo que possui 3,7 x 1010 desintegrações/segundo.
1 Ci = 3,7 x 1010 desintegrações/s
MEIA - VIDA tempo médio para que metade dos átomos de um elemento radioativo decaiam.
T 1/2 = (ln2)/ , sendo a constante de decaimento
BEQUEREL unidade de atividade
1 bq = 3,7 x 10-10 Ci
ROENTGEN EQUIVALENT MAN unidade de dose que tenta expressar todos os tipos de radiação numa escala comum.
DREM = DRAD x QF
RELAÇÕES DE UNIDADE
DL50/30 (seres humanos): 4 Gy = 400 rad = 4 Sv (para radiação eletromagnética)
1 mSv = 0,1 rem = 0,1 rad = 0,1 cGy (para radiação eletromagnética)
Dose rad gray Gy 1 rad = 1cGy
Dose equivalente
rem sievert Sv 1 rem = 0,01 Sv
Radioatividade Ci bequerel Bq 1 Ci = 3,7 x 1010 Bq
Antiga Nova Símbolo Relação
Escala do tempo do dano da radiação
Fase Tempo Acção Efeito Protecção e tratamento
Físico < 10-14 s Deposição de energia na água e em compostos orgânicos e inorgânicos na proporção aproximada das massas
Excitação dos compostos e absorção de energia
Nenhuma, somente blindagem externa como prevenção
Físico-químico 10-14 a 10-12 s
-Quebra das ligações:
S-H, O-H, N-H e C-H.
- Transferência de iões.
- Radiólise da água
- formação de radicais livres
- emissão de luz das moléculas excitadas.
-Formação de H2O2
- Início do dano químico.
- Radicais livres começam a reagir com os radicais metabólicos normais
- Reparação parcial das ligações por compostos –SH presentes.
-Alguma protecção pode ser dada pela injecção de aditivos antes da irradiação
Escala do tempo do dano da radiação
Fase Tempo Acção Efeito Protecção e tratamento
Químico 10-12 a 10-7 s
Continua a reacção dos radicais livres da água com biomoléculas.
- Quebra da ligações C-C e C-N.
- Radicais secundários.
- Produtos estáveis começam a aparecer.
- Formação de produtos tóxicos
-Inicia-se o dano de RNA e DNA.
- AsEnzimas são inativadas e ativadas.
- Depleção de –SH.
- Peroxidação de lipídeos.
- Dano em todas as biomoléculas.
- Toxicidade dos produtos é iniciada
Proteção parcial por ‘scavengers’ e antioxidantes. Catalase e glutationaperoxidaseprotegem contra H2O2.
RSH protege inactivação de enzimas.
Outros sistemas enzimáticos actuam. Terapia com estes agentes pode ser útil
Escala do tempo do dano da radiação
Químico e biológico coincidem
10-7 a
10 s
- Formação de radicais secundários.
- Formação de eróxidos orgânicos.
- Formação de Hidroperóxiodos H2O2 continuam a agir
-Muitas reações bioquímicas são interrompidas.
-Começa a reparação do DNA
Tratamento pós-irradiação deveria começar
Biológico 10 s a
10 h
-A maioria das reações primárias são completadas.
-Reações secundárias continuam
-Mitose das células é diminuída.
-Reações bioquímicas bloqueadas.
-Rompimento da membrana celular.
-Começa o efeito biológico
Tratamentos
Fase Tempo Acção Efeito Protecção e tratamento