aula_radioatividade_06.ppt

7/29/2019 Aula_Radioatividade_06.ppt

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RADIOATIVIDADE:RADIOATIVIDADE:INTERAO DASINTERAO DASRADIAES IONIZANTESRADIAES IONIZANTES

COM A MATRIACOM A MATRIA

Prof. Msc. Maria CoeliProf. Msc. Maria Coeli

Galvo PedrosaGalvo Pedrosa


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Radiometriaadiometria -> permite quantificar a-> permite quantificar aradioatividade de uma amostra (fonte).radioatividade de uma amostra (fonte).

RadiobiologiaRadiobiolo

gia =>=> DiagnsticoDiagnstico TeraputicaTeraputica

RadioproteoRadio

proteo =>=> Proteo contra seusProteo contra seusefeitos nocivos.efeitos nocivos.

1. IMPORTNCIA DO ESTUDO DASINTERAES:


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RADIAO: CARACTERSTICASRADIAO: CARACTERSTICAS

DOIS GRANDES GRUPOS:OIS GRANDES GRUPOS:RADIAO IONIZANTE

X

RADIAO NO IONIZANTEDIFERENA

:ENERGIA


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CONCEITOCONCEITOA radioatividade um fenmeno nuclear que implicana transmutao dos elementos.

Radioatividade =>a transformao espontnea que

experimentam certos ncleos, emitindo partculas

e/ou radiaes, com velocidade de transformao

()caracterstica para cada radionucldeo.

Radionucldeos -> Nucldeos capazes de emitirem

partculas e/ou radiaes, buscando a estabilidade.


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1.1. INTERAO DA1.1. INTERAO DAss PARTCULASPARTCULASCARREGADASCARREGADAS

As radiaes emitidas p/ ncleoss radiaes emitidas p/ ncleosinstveis agem sobre a matria quenstveis agem sobre a matria queatravessam;travessam; As partculas carregadas (alta energias partculas carregadas (alta energiacintica) produzem fora de atraointica) produzem fora de atrao(alfa) ou de repulso (betaalfa) ou de repulso (beta -) em relaoem relaoaos eltrons da periferia do tomoos eltrons da periferia do tomo

(perturbao).perturbao). INTERAONTERAO : coliso de uma partcula comcoliso de uma partcula como campo eletromagntico do ncleo oucampo eletromagntico do ncleo ou

com o eltron perifrico do tomo.om o eltron perifrico do tomo.


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1.1. Efeitos resultantes.1. Efeitos resultantes: Atenuao ->Atenuao -> perda de energia p/parte daperda de energia p/parte dapartcula (ou da radiao) no meio, antes deartcula (ou da radiao) no meio, antes de

atingir o alvo;tingir o alvo; Espalhamentospalhamento ->> ((scatter ingcatter ing )mudana deudana dedireo das partculas em choque;ireo das partculas em choque; Excitaoxci tao ->> energia cedida ao eenergia cedida ao e - no o suficiente pra arranc-lo;uficiente pra arranc-lo;

Ionizaoonizao ->-> energia transferida da partculaenergia transferida da partculaou radiao suficiente para retirar o e- dou radiao suficiente para retirar o e- dotomo ou para converter a energiatomo ou para converter a energiaeletromagntica em par inico.letromagntica em par inico.


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Ionizao especfica =>Ionizao especfica => n de pares inicos formadosn de pares inicos formadosp/unidade de comprimento, ao longo da trajetria.p/unidade de comprimento, ao longo da trajetria.

Ialfalfa= 10103 aa 1004 pares inicos/mmares inicos/mm Ibetaeta= 10 a 1010 a 102 pares/mmpares/mm Igamaama- 0,1 a 1 par/mm0,1 a 1 par/mm

.. Densidade de Ionizao ->Densidade de Ionizao -> n. de paresn. de paresinicos/unidade de volume. d.p. ao quadrado dainicos/unidade de volume. d.p. ao quadrado dacarga e i.p. sua velocidade:carga e i.p. sua velocidade:

DI=eI=e2/vv2.2. Partculas carregadas emitidas pelos ncleos:Partculas carregadas emitidas pelos ncleos:Alfalfa +++Beta- (prop. dita)eta- (prop. dita) --

Psitronsitron +


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INTERAO DE PARTCULASINTERAO DE PARTCULASCARREGADAS COM A MATRIACARREGADAS COM A MATRIA

Partculas pesadas tem menor velocidade queartculas pesadas tem menor velocidade queum eltron de mesma energia -> ionizarom eltron de mesma energia -> ionizaroum nmero maior de tomos ao longo de seum nmero maior de tomos ao longo de seupercurso que ser aproximadamente linear.ercurso que ser aproximadamente linear.Ionizao: remoo completa de um ou maiseltrons de valncia

Excitao: os eltrons so levados a nveis comenergias mais altas


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3.PROPRIEDADES DAS PARTCULAS/RADIAES

Tipo deipo deRadiaoadiao Smbolombolo Cargaarga

ValoralorTotal deotal deEnergianergia

Alcance Mdiolcance Mdio IonizaoonizaoEspecificaspecificarelativaelativarr guagua

Alfalfa +2 3 a 9 MeV 3 a 9 cm 25 a 45 m+2 3 a 9 MeV 3 a 9 cm 25 a 45 m2500500Betaeta -- -1 0 a 3 MeV 0 a 10 m 0 a 1 mm 100-1 0 a 3 MeV 0 a 10 m 0 a 1 mm 100Psitronsitron + +1 0 a 3 MeV 0 a 10 m 0 a 1 mm 100+1 0 a 3 MeV 0 a 10 m 0 a 1 mm 100Neutron n 0 0 a 10MeV 0 a 100 m 0 a 1 m 0,1eutron n 0 0 a 10MeV 0 a 100 m 0 a 1 m 0,1Raio X X 10 a 200 cm a mm a cmaio X X 10 a 200 cm a mm a cm100 MeV 20 meV 20 mRadiaoadiaoGamaama 10 keV a cm a mm a 10 cm10 keV a cm a mm a 10 cm1 10MeV 100m0MeV 100m

0


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3.1. Interaes Bsicas das RadiaesTipo deipo deRadiaoadiao Alvolvo Tipo de Interaesipo de InteraesElsticalstica Inelsticanelstica Absorobsoro

Alfa Ncleo Rutherford Bremsstrahlunglfa Ncleo Rutherford Bremsstrahlungransmutaoansmutao scattering Negligenciavelcattering NegligenciavelEltrons Negligencivel Ionizao e Nulaltrons Negligencivel Ionizao e NulaOrbitais excitaorbitais excitao(principal interao)principal interao)Eltrons ou Ncleo Rutherford Bremsstrahlung Captura deltrons ou Ncleo Rutherford Bremsstrahlung Captura dePsitrons scatteringsitrons scatteringeltronsltrons Eltrons Mnimo Ionizao eltrons Mnimo Ionizao eAnulaonulao Orbitais excitaorbitais excitao(psitrons)psitrons)Nutrons Ncleo Moderada Ressonncia Ativao eutrons Ncleo Moderada Ressonncia Ativao escatteringcatteringcapturaaptura Eltrons Negligencivel Negligencivel Nulaltrons Negligencivel Negligencivel NulaOrbitaisrbitaisRadiaes Ncleo Thompson Ressonncia Nuclearadiaes Ncleo Thompson Ressonncia NuclearFotodesintegraootodesintegraoEletro-magnticas scatteringletro-magnticas scattering


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3. Propriedades das partculas e radiaes3. Propriedades das partculas e radiaes


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Eltronsltronsperdemerdemenergianergiaatravs detravs deuma srie dema srie decolises queolises quedefletam doefletam doprocessorocessooriginal,riginal,causando umaausando umasrie derie deionizaesonizaessecundrias.ecundrias.

eltronincidente

absorvedor

INTERAO DAS PARTCULAS BETA_

Interao

comeltronsperifricos(produo

de raios-X).

Interaocom osncleosatmicos detomospesados(radiao de

frenagem);


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Mecanismos de interao dasMecanismos de interao daspartculas beta positiva com a matria:partculas beta positiva com a matria:

->Processo de aniquilao da matria

Ex: decaimento do F-18, usado no mapeamento

funcional do crebro.


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Interao com nutronsInterao com nutrons

Classificao segundo a energiaClassificao segundo a energia

lentoslentos 0,03 eV


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INTERAO DOS RAIOSINTERAO DOS RAIOS COM ACOM AMATRIAMATRIA

Raiosaios so radiaes eletromagnticas queso radiaes eletromagnticas queacompanham transies nucleares.companham transies nucleares.Raios Xaios X so radiaes eletromagnticas queso radiaes eletromagnticas queacompanham transies eletrnicas.companham transies eletrnicas.Principais processos competitivos na interaorincipais processos competitivos na interaoGama/matria:ama/matria: Efeito fotoeltricofeito fotoeltrico Efeito Comptonfeito Compton Produo de paresroduo de pares


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Efeito fotoeltricoEfeito fotoeltricoAcontece quando a radiacontece quando a radiaoo de baixa Ede baixa Eenergia transfere toda sua energianergia transfere toda sua energiapara umara um nico elico eltron orbitalron orbitalejetando-o dojetando-o do tomo com velocidadeomo com velocidade(processo de ionizaprocesso de ionizao). O processoo). O processode troca de energiae troca de energia dado peladado pelaequaquao:o:Ec = h.f - E= h.f - E lig ,ig , sendoendoEc = energia cin= energia cintica;ica;h.f = energia do raio X ou.f = energia do raio X ou incidente, eincidente, eEligig = energia de liga= energia de ligao do elo do eltron aoron aoseu orbital.eu orbital.Este elste eltron expelido doron expelido do tomoomo denominadoenominado fotoelotoeltronron e podere poderperder a energia recebida do ferder a energia recebida do fton,on,produzindo ionizaroduzindo ionizao em outroso em outrostomosomosA diredireo de sao de sa da do fotoela do fotoeltronrondepende da energia do fepende da energia do ftononincidente.ncidente.


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Efeito ComptonEfeito Compton Quando a energia dauando a energia daRadiaadiaoo aumenta, oaumenta, oespalhamento Comptonspalhamento Comptontorna-se mais freqorna-se mais freqententeque o efeito fotoelue o efeito fotoeltrico.rico.O efeito Comptonefeito Compton aainteranterao de um raioo de um raio comcomum elm eltron orbital onderon orbital ondeparte da energia do raioarte da energia do raioincidentencidente transferidatransferidacomo energia cinomo energia cintica paraica parao eleltron e o restanteron e o restante cedida para o fedida para o ftononespalhado, levando-se emspalhado, levando-se emconsideraonsiderao tambo tambm aaenergia de liganergia de ligao doo doelltron.ron.O ffton espalhado teron espalhado teruma energia menor e umama energia menor e uma

direireo diferente dao diferente daincidente.ncidente.


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Produo de paresProduo de pares

A produproduo de pares ocorre somente quando fo de pares ocorre somente quando ftonsons dedeenergia igual ou superior a 1,02 MeV passam prnergia igual ou superior a 1,02 MeV passam prximos aimos ancleos de elevado nleos de elevado nmero atmico. Nesse caso, aero atmico. Nesse caso, aradiaadiao interage com o no interage com o ncleo e desaparece, dandoleo e desaparece, dandoorigem a um par elrigem a um par eltron-pron-psitron com energia cinitron com energia cintica emica emdiferente proporiferente proporo. O po. O psitron e o elitron e o eltron perdero suaron perdero suaenergia cinnergia cintica pela ionizaica pela ionizao e excitao e excitao.o.


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RADIOATIVIDADERADIOATIVIDADE

CONCEITOONCEITOA radioatividade fenmeno nucleartransmutao dos elementos. Radioatividade a transformao

espontnea que experimentam certosncleos, emitindo partculas e/ouradiaes, com velocidade detransformao ()caracterstica paracada radionucldeo. Radionucldeos Nucldeos capazesde emitirem partculas e/ou radiaes,buscando a estabilidade


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TIPOS DE TRANSFORMAO RADIOATIVATIPOS DE TRANSFORMAO RADIOATIVA

1. DECAIMENTO ALFA

emisso de partculas alfa ()

emisso de partculas alfa e radiao gama

RnRa

RnRa

0

0

4

2

222

86

226

88

4

2

222

86

226

88

++

+

YX

YX

0

0

4

2

4-A

2-Z

A

Z

4

2

4-A

2-Z

A

Z

++

+


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TIPOS DE DESINTEGRAO:

1. DESINTEGRAO ALFAAXZA-4YZ-2 + He+++ Q,

onde Q aenergia liberada no processo de desintegrao .

As partculas alfa so emitidas como energiasdiscretas e caractersticas do ncleo pai.

Exemplo: 210Po 206Pb + 4He + 5,305 MeV.


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MECANISMOSMECANISMOS Diagramas de nvelDiagramas de nvel1. Transio alfa, com emisso de radiao gama


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2. TRANSIES ISOBRICAS:Desintegrao beta

Na desintegrao beta ocorre emissode partcula - ou positiva + pelo

ncleo.

2.1.Desintegrao Beta Negativa:ocorre com ncleos que possuem

excesso de nutrons.

01n +11p + -10e + . Exemplo:15

32P 16

32S + - + + 1,71 MeV


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Na DESINTEGRAO BETA_,

as partculas beta so emitidas em umespectro contnuo de energia na faixa de 0,05e 3,5 MeV para os nucldeos mais comuns.

O neutrino carrega a diferena de energiaexistente entre a energia da partcula beta e a

energia disponvel (dada pela diferena demassa entre o ncleo pai e os produtos dadesintegrao).


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DESINTEGRAO BETA_

No caso da desintegrao beta negativa, apartcula adicional emitida denominada

antineutrino.

Simblicamente a diferenciao entre o

neutrino e sua antipartcula (o antineutrino)se faz pela colocao de uma barrahorizontal sobre o smbolo do neutrino.


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MECANISMOSMECANISMOS EquaesEquaesTransies isobricas: Emisso de Beta -

Transformao n p

pn

pn

0

0

0

0

0

1-

1

1

1

0

0

0

0

1-

1

1

1

0

+++

++

YXYX

0

0

0

0

0

1-

A

1Z

A

Z

0

0

0

1-

A

1Z

A

Z

+++

++

+

+


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MECANISMOSMECANISMOS Diagramas de nvelDiagramas de nvel2. Transies isobricas

2.1. Transformao n p(emisso beta menos)


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2.2. Desintegrao Beta PositivaAnalogamente s partculas betas negativas, as

betas positivas so emitidas com um espectrocontnuo de energia. Neste caso, a energia

mxima est na faixa entre 0,3 a 1,4 MeV, paraos nucldeos mais comuns.

1122Na 1022Ne + + + + 1,820 MeV


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2.2. Desintegrao Beta Positiva

Ocorre com ncleos que possuem um excesso

relativo de prtons. Neste processo, um prton convertido em um nutron e um antineutrino,mais uma partcula beta positiva (psitron ).

1p11n1 + 01+ + .


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MECANISMOSMECANISMOS EquaesEquaes2. Transies isobricas:

Emisso de Psitron

2.2. Transformaop n

np

np

0

0

0

0

0

1

1

0

1

1

0

0

0

1

1

0

1

1

+++

++

YX

YX

0

0

0

0

0

1

A

1-Z

A

Z

0

0

0

1

A

1Z

A

Z

+++

++


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2.3. CAPTURA ELETRNICA

O ncleo captura um dos eltrons de seu prpriotomo que se combina com um prton

convertendo-se em um nutron e liberando umneutrino monoenergtico que carrega a energia

disponvel no processo.

Como conseqncia haver emisso de raios-X.


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2.3.CAPTURA ELETRNICA

um processo que compete com adesintegrao beta positiva, ocorrendo

quando o ncleo possui excesso relativode prtons.Exemplo:

54Mn + 0e 54Cr + + 1,375 MeV


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MECANISMOSMECANISMOS EquaesEquaesTransies isobricas

2.3.Captura eletrnica

nep

nep

0

0

0

0

1

0

0

1-

1

1

0

0

1

0

0

1-

1

1

+++

++

YeXYeX

0

0

0

0

A

1-Z

0

1-

A

Z

0

0

A

1Z

0

1-

A

Z

+++

++


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MECANISMOSMECANISMOS Diagramas de nvelDiagramas de nvel

2.3.

Cap

turaeletrnica

Transi

es

isob

ricas


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3. Transio isomrica

Em muitos casos, aps ocorrer um dos tipos dedesintegrao descritos (desintegrao beta), o

processo se completa.Em outros casos, o ncleo filho formado emum dos seus estados excitados e pode emitiresta energia armazenada sob forma de ftonsdenominados raios-gama (radiao gama).

.


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3.1. EMISSO DE RADIAO GAMA

A energia dos raios gama emitidos pelosdiferentes nucldeos est na faixa de 0,03 a 3

MeV aproximadamente.

Exemplo: desintegrao do Co-60.Este nucldeo aps se desintegrar por emissobeta negativa, resulta em 99% dos casos, no

segundo nvel de excitao do Ni-60.Como conseqncia, ocorre a emisso de dois

ftons com 1,17 e 1,33 MeV.


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MECANISMOSMECANISMOS Diagramas de nvelDiagramas de nvel3. Transio isomrica

3.1. Decaimento Gama

T cT c

XX

00

9 94 3

9 94 3

00

AZZ

m

m

+

+A


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MECANISMOSMECANISMOS Diagramas de nvelDiagramas de nvel3.1. Decaimento Gama


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3.2. Converso internaA converso interna um possvel processo

eletromagntico de desexcitao do ncleo.


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3.2. - Converso interna

A transferncia da energia nuclear feitadiretamentea um dos eltrons do prprio

tomo, que expelido com uma energiacintica igual diferena de energia entreos estados nucleares inicial e final, menos

a energia de ligao eletrnica do nvelocupado pelo eltron.


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OBRIGADA!OBRIGADA!

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