Seminário Radionucídeos
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A descoberta da radiação logo
interessou a biologia e às ciências
médicas.
Porquê?
Imagens são reconstruídas a
partir de
projeções de raios X;
Os radioisótopos podem ser
classificados em naturais e artificiais.
A emissão radioativa altera a estrutura
atômica do emissor pois modifica a
composição e a energia do seu núcleo.
Os isótopos que emitem radiação são
chamados de radionuclídeos.
Estes são instáveis e emitem radiação
liberando o excesso de energia que
possuem.
Os principais elementos radioativos
usados no tratamento de tumores são:
césio-137, cobalto-60 e rádio-226.
Kanadá (século 10 a.c), Democritus (século
5 a.c), Lavoisier e Dalton acreditavam que
a matéria era formada por partículas
maciças indivisíveis.
Robert Boyle (1961) usou a expressão
“elemento” para identificar a porção da
matéria que não poderia ser decomposta
em partes mais simples.
Lavoisier diferenciou elemento de
composto químico.
Boltwood descobriu o iônio e mostrou
que ele não poderia ser separado do
tório por técnicas químicas.
Em 1896 foi descoberta a primeira
partícula subatômica, o próton, que
formava os raios canais de Goldstein.
1897 Thomson descobriu o elétron.
Rutherford, em 1911, mostrou que o átomo
não era uma esfera maciça. Modelo do
sistema solar. Esse modelo apresentou dois
obstáculos.
1- Não explicava as Bandas espectrais
emitidas por átomos excitados, porque não
admitia a teoria da mecânica quântica.
2- Todo corpo acelerado deveria ganhar ou
perder energia.
Niels Bhor (1913) ao lado de Rutherford
propôs um novo modelo atômico. No
qual os elétrons giram em torno do
núcleo,em órbitas circulares, ocupando
orbitais específicos. Ao ganhar energia
esses elétrons poderiam saltar para
orbitais mais externos.
Einstein com sua teoria da relatividade
acrescentou importantes conceitos aos
modelos de Rutherford e Bohr.
Explicou os achados
espectroscópicos que
revelaram ser os
espectros constituídos
por uma série de
bandas largas.
Sommerfeld idealizou órbitas elípticas
para os elétrons ao invés das circulares
de Bohr.
Schrodinger propôs que os elétrons deveriam
atuar como ondas, baseou-se na idéia do
binômio partícula-onda proposto por De
Broglie.
No estudo dos radionuclídeos será adotado o
modelo de Bohr.
1. Praticamente toda a massa atômica está
concentrada no núcleo e os elétrons girando
em torno dele.
2. O número de prótons será chamado de
número atômico (Z).
3. Massa atômica (A)= Prótons + nêutrons, é
calculada tomando-se como referência a
massa do carbono que é igual a 12.
Cada elemento é ordenado de acordo
com seu número atômico.
Colunas são as famílias e elementos de
um mesmo grupo apresentam
propriedades químicas semelhantes.
Em 1967, Niepce de Saint-Victor foi o
primeiro a observar os efeitos das
radiações nucleares, ele percebeu que
uma emulsão de cloreto de prata era
velada quando posta em presença de
sais de urânio.
Becquerel (1896) repetiu o experimento
e descobriu a radioatividade do urânio.
Em 1898 Pierre e Marie Curie
descreveram o rádio e o polônio como
elementos dotados de radioatividade
natural.
Rutherford concluiu que existiam dois tiposde radiações e denominou-as alfa ebeta.
Curie e Villard descobriram os raiosgama, que não sofriam desvios quandosubmetidos a um campo elétrico.
A emissão gama nunca é efeito
primário, geralmente é precedida por
uma emissão alfa ou beta.
Rutherford analisando as partículas alfa
mostrou que eram semelhantes ao
núcleo do hélio.
As partículas betas são constituídas por
elétrons dotados de alta velocidade.
131
53I78 ,
131 representa a massa atômica A;
53 representa o número atômico Z;
78 A-Z que corresponde ao número de nêutros.
131I- Radionuclídeo iodo-131 em estado ionizado.
131I* Radionuclídeo iodo-131 com núcleo em
estado excitado.
131I ou 131I0 Radionuclídeo iodo-131 em estado
fundamental.
Isótopos
125I, 126I, 127I, 128I, 129I, 130I, 131I são isótopos
do iodo.
Os radioisótopos ou radionuclídeos
Decaimento ou transformação nuclear
Instabilidade nuclear
Isômeros
14C --------------- + N
6
Estabilidade Nuclear: - Força Forte
- Força Superforte
- Força Fraca
Núcleos instáveis que emitem energia e
aumentam sua estabilidade.
Desaparece o átomo-pai e forma-se o
átomo-filho através.
Emissão de energia sob a forma de
radiações alfa e beta, acompanhada
ou não por radiação gama.
Z menor que 20 com Z=N são estáveis
(Z/N =1).
Ex: C14 onde Z/N= 1,33, quando perde
um nêutron e se transforma em N14
torna-se estável.
Linha de estabilida
de.
Não é possível saber qual o momento
da transmutação, nem com qual núcleo
irá primeiro ocorrer.
Radiação Símbolo Carga Faixa de
Energia
(MeV)
Penetração
Ar Água
Alfa α +2 3-9 3-9 cm 25-45 μm
Beta Negativa β- -1 0-3 0-10 m 0-1 mm
Beta Positiva β +1 0-3 0-10 m 0-1 mm
Nêutrons n 0 0-10 0-100 m 0-1 m
Gama γ 0 0,01-10 Até 100 m Até 10 cm
Para Becquerel e para os Curie o Urânioe o Rádio eram fontes inesgotáveis deenergia.
Owen, Rutherford e Soddy (1988-1902)perceberam que alguns elementosperdiam sua capacidade de emitirradiação.
Rutherford chamou isso dedecaimento, e as reaçõesintranucleares para que ele ocorra, dedesintegração.
A desintegração de uma população de
átomos instáveis se dá de acordo com a
equação:
N = No . e-λ.t
Quantidade de átomos que sofrem
desintegração na unidade de tempo.
Com o auxílio do cáuculo integral temos
que:
A = Ao . e-λ.t
Bequerel (Bq) - SI
1 Bq = 1 dps
Curie (Ci)
1 Ci = 3,7 x 1010 dps (equivale
a 1g de rádio-226)
Se e usarmos para t = t1/2 como
consequência N = No/2, temos:
No/2 = No .e-λ.t
ln (1/2) = ln (.e-λ.t)
ln 1 – ln 2 = - λ t1/2 ln e
-ln 2 = - λ t1/2
ln 2 = λ t1/2
λ = ln 2/ t1/2 ou λ = 0,693/ t1/2
Símbolos e Convenções:
-Nas formas de decaimento radioativo são
representadas inicialmente com o
elemento-pai e termina com o elemento-
filho.
Decaimento com emissão:
-de partículas negativas-( )
-de partículas positivas – ( )
-gama – ( )
Nível de energia: quantificado em MeV
Geralmente acontece com elementos
que possuem número atômico maior
que 82.
De grande interesse tende a se fixar nos
ossos.
O Decaimento do radionuclídeo Radio-226transforma este em Radônio-222 que ser’atransformado em Chumbo-210 depois desucessivas emissões de radiação.
Essa emissão pode ocorrer com quatroenergias diferentes.
- 94,6%: 4,87 MeV - direto
- 5,4%: o deixa excitado em 0,19 MeV por0,3 ns
- Ainda existem as energias 0,6 MeV e a,45MeV.
Outro caso é o do Polônio-214, onde ele
se transforma em Chumbo-210 (99,9
%), com a emissão de uma partícula α1
com 7,686 MeV.
Se ao invés da partícula α1for emitida
uma partícula α2, com 6,904 MeV o
núcleo fica excitado e logo ocorre uma
emissão gama com 0,800 MeV e com
isso o Polônio-214 transform-se em
Chumbo-210.
O tempo de meia-vida dos
radionuclídios é inversamente
proporcional à energia das partículas α
emitidas – Rutherford.
As partículas α se propagam no ar em
trajetórias quase retilíneas.
À medida que as partículas α se
propagam, elas perdem energia
cinética por meio da colisão ou
interação de campo elétrico (
excitação ou ionização).
Câmara de Wilson
Alguns elétrons podem ganhar energia
bastante para produzir ionizações
secundárias.
“Straggling” : Ocorre no momento em
que a partícula α atrai dois elétrons do
meio e então sofre neutralização, após
transferir sua energia a outras partículas
ao interagir essas.
Três formas:
Emissão de négatrons (β-)
Emissão de pósitrons (β +)
Captura de elétrons (EC)
Importância na MEDICINA:
Atuam como traçadores
Emissão de négatrons (β-)
zAX0 Z+1
AY + β- + νˉ + γ + Q
O elemento Y formado tem numero Atômico maior
uma unidade.
Há conversão de Nêutrons em Prótons:
A conversão dos Nêutrons em Prótons
aumentam estabilidade do núcleo.
Uma parte da energia de conversão é
transportada pelo Antineutrino.
Descoberta por Pauli, em 1931.
Não possui carga elétrica
Massa desprezível
Difícil detecção
A emissão Gama pode ou não estar
associada à emissão beta negativa.
Toda energia retirada > não há emissão
Interação das partículas beta negativas:
Ocorre devido a sua massa e carga
elétrica.
Ocorre com os núcleos ou eletróns dos
átomos do meio.
Se ocorrer no núcleo pode ser:
Elástica: há conservação da energia cinética
Inelástica: há redução da energia cinética
Atração para o interior do núcleo > cede toda
a energia .
Atração proximidades do átomo > desvio da
trajetória.
A quantidade de energia perdida depende do
grau de desaceleração que sofre.
BREMSSTRAHLUNG
Propagação no AR:
Interação com elétrons
Excitação dos átomos do meio
Deslocamento de elétrons das camadas
K, L, M > produção de raios X
característicos.
Emissão de Pósitrons
Equação Geral
zAX0
Z-1AY + β+ + ν + γ + Q
Nota-se:
Número de massa constante
Numero atômico diminuído de uma unidade
Presença de neutrino
Conversão de Prótons em Nêutrons:
1. Relação nêutrons/prótons desfavorável
2. A conversão busca estabilizar o núcleo.
Cada partícula β+ pode transportar um valor
máximo de energia. Caso, dada partícula
não alcance esse valor, o neutrinotransporta essa diferença energética.
É preciso lembrar !!
Nêutron > próton : pode ser espontânea
Próton > nêutron : requer energia (ligações
intranucleares.
Interação
O pósitron é uma partícula efêmera, já que é uma antiparticula dos elétrons e, com eles, interage rapidamente, sofrendo ANIQUILAÇÃO.
Aniquilação: Transformação da matéria e da antimatéria em energia eletromagnética.
Essa energia aparece sob forma de dois fótons.
Por captura de elétron orbital
125I e 55Fe
Equação geral
zAX0
Z-1AY + ν + γ + Q
Núcleo captura e- > interação com próton para formação de nêutron.
e- + p+ n + ν
Nota-se:
Redução do número atômico
Captura K
90 % dos elétrons são da camada K
Retirada de um elétron : desequilíbrio da eletrosfera >> preenchimento do espaço >> salto de camadas >> emissão de raios X característicos.
Esses raios emitidos excitam e- do meio
Elétrons de AUGER > e- ejetados
Efeito fotoelétrico interno – interação dos fótons com os elétrons orbitários.
Princípio baseado na repulsão de dois corpos eletrizados com mesma carga
Permite conhecer o sinal da carga elétrica de um corpo
Versão moderna
do Eletroscópio de
folhas de ouro
Mesmo princípio
do E.F.O.
Pode ser usado
para ler doses de
radiação (rad,
Gy)
Contém: Argônio, Hélio ou Neônio e mais um gás halógeno ou um orgânico como o metano ou o butano
Ocorre uma redução de potencial entre os eletrodos que pode ser detectada
Radiações alfa e beta + e – do Argônio
Emissão de radiação ultravioleta ou raios X
Efeito avalanche
Gases Halógenos x Gases Orgânicos
Durabilidade: Mais Menos
Eficiência: Menos Mais
Efeito da tensão elétricaaplicada
Uso dos contadores G-M
O que são cintiladores?
Constituição-Solvente orgânico (compostos aromáticos
e tolueno,por exemplo)
-Substância Cintiladora(PPO,Butil-PBD,BBOT,Bis-MSB,POPOP,Dimetil-POPOP)
-Quenchers (acetona,oxigênio ou halogênios)
Químicos“De cor”
1°-Radiação incide sobre moléculas do solvente
2°-Excitação/Perda de excesso de energia
3°-Excitação de moléculas cintiladoras primárias
4°-Emissão de fótons/transferência de excesso de energia para moléculas cintiladoras secundárias
5°-Passagem das moléculas cintiladorassecundárias de um equilíbrio estável para um metaestado
6°-Desexcitação e emissão de fótons
*Ação dos quenchers(químicos ou “de cor) e a excitação do fotocátodo
Radiação ionizante
↓ ↓↓ ↓
Mº M*↓ ↓
M* Mº↓
Mº
↓S1 → hv1 (poucos destes fótons chegam ao fotocátodo)*↓
S2 ↓
S2*↓
hv2Mº-Molécula do solvente
M*-Molécula do solvente excitadaS1- Molécula cintiladora primáriaS2-Molécula cintiladora secundáriaC-Quencher
* hv1 - a maioria é capturada pelos quenchers (químicos ou “de cor”)Cº → C*→ calor
↓ “desexcitação”
O que é junção pn?
O que é Doping?
Átomos “dopantes”:
N,P,As,Sb(pentavalentes),B,Al,Ga,In(trivalentes)
Semicondutor p X Semicondutor n
Junção pn
*Zona de depleção
Naturais X Artificiais
Naturais
* Bombardeio da radiação cósmica
Artificiais
Mecanismos clínicos
Tomografia por emissão de pósitrons
Tratamento de Neoplasias malignas
Farmacologia
O acelerador de partículas Ciclotron
RDS 111 é dedicado à produção do
radioisótopo flúor-18
O radiofármaco é sintetizado
em células blindadas, próprias
para manuseio de materiais
radioativos
Rosa de Hiroshima
(1973)
Composição: Vinícius
de Moraes e Gerson
Conrad
Pensem nas crianças
Mudas telepáticas
Pensem nas meninas
Cegas inexatas
Pensem nas mulheres
Rotas alteradas
Pensem nas feridasComo rosas cálidas
Mas oh não se esqueçam
Da rosa da rosa
Da rosa de HiroshimaA rosa hereditária
A rosa radioativa
Estúpida e inválida
A rosa com cirroseA anti-rosa atômica
Sem cor sem perfumeSem rosa sem nada
