detectores de radiação espectros de emissão gamadar proteção reduzindo o efeito da radiação...

RADIOMODIFICADORES

Os radiomodificadores podem ser:

radioprotetores

radiossensibilizadores

RADIOPROTETORES

1. Desenvolvimento de drogas radioprotetoras.

2. Blindagens.

3. A prática tem demonstrado que eles são eficientes “antes da

exposição”.

4. Surgem ocasiões em que a “exposição” é inevitável

(descontaminações de fallout, limpeza de áreas com acidentes

radioativos

Características dos radioprotetores

1. Dar proteção reduzindo o efeito da radiação por um fator de 2 pelo

menos. Ser facilmente auto administrado, de preferência via oral.

2. Tempo de ação longa. Ex: em camundongos o WR - 2721 dura cerca

de 4 horas com uma única injeção.

3. Deve ser bem tolerado e não interferir com o comportamento.

4. A droga deve produzir um mínimo de efeitos secundários, não

acumular e produzir efeitos tóxicos irreversíveis.

5. Deve permitir o seu armazenamento durante 2 - 5 anos e serem

estáveis em condições adversas.

Perspetiva Histórica

1. Primeira experiência aconteceu na década de 50. Grandes doses de Cisteína, I.V. em

ratos; 15 min antes da dose letal de RX. Sobrevivência foi .

2. Época de grande investimento militar na área nuclear.

3. Após o 1o. Experiência organização de grupos para estudos.

4. Testou-se o MEA (B mercaptoetilamina) que foi efetivo em baixas doses.

5. A partir daí obtenção de novas drogas parecidas

6. 1950 surge a AIEA e surgem programas de estudo que levaram ao aparecimento

do AET S-(2 – aminoetil)-isotiouronium.

7. De 1957 1973 cerca de 4400 compostos foram desenvolvidos, a maioria

aminotióis e derivados.

8. Neste programa WR 2721 efetivo.

9. Outros estudos continuam sendo feitos

Mecanismo de ação da radiação

- direta

- indireta (radicais)

alvos: DNA, proteínas, membranas

Escala de tempo - pico segundos até horas

Os radioprotetores podem agir em qualquer evento, mas o tempo

mais curto de ação seria 10-9 s após irradiação.

Eles agem por competição

Mecanismo de Radioproteção

- Radioprotetores não podem prevenir os efeitos extremamente

rápidos da radiação.

- Mas devem agir na ação indireta da radiação separando os

defeitos agindo em três níveis:

- nível molecular

- nível fisiológico - bioquímico

- nível de órgão

MECANISMOS

Nível Molecular

- Scavenger radicais livres

- Doação de hidrogénio

- Ligação a alvos biológicos críticos

- Formação de pontes S mistas

Nível Bioquímico - Fisiológico

- Hipóxia : pode agir

Interfere na entrada de oxigênio por alterações cardiovasculares

Bloqueio da Hb

uso do O2 pelo tecido

Induz hipóxia local por reações bioquímicas

Deprime os centros respiratórios

-Sulfidril não protéico

Já existe na célula (endógeno) glutationa

- Choque Bioquímico

Usado para descrever mudanças bioquímicas que ocorrem quando a célula se adapta

ao aumento da concentração de tióis radioprotetores.

Pontes S-S entre radioprotetores e membranas alteração estrutural grande na

mitocôndria e outros organitos, seguida por alterações bioquímicas , que inclui:

glicogenólise no fígado

glicose, síntese protéica

síntese do DNA

divisão celular

A síntese do DNA e da divisão celular aparece com os radioprotetores tempo

para a célula se reparar.

- Hipotermia

T radioresistência

Nível de Órgão

Estímulo à recuperação da população celular. Renovação dos steam cell.

SCREENING DE RADIOPROTETORES

Letalidade de mamíferos em geral camundongos

Fatores que afetam:

- escolha do animal

- toxicidade e via de administração

- dose, taxa de dose

- qualidade da radiação

- tempo entre a droga e a radiação

Critérios de Avaliação

1. Redução de dose DrF

LD 50/30 animais protegidos

LD 50/30 animais não protegidos

Ex: DrF = 3,0 animais sobrevivem a doses 3 vezes maiores

2. Análise de Nódulos no Baço

Recuperação do irradiado é acompanhado por nódulos no baço.

O número é inversamente proporcional à dose

3. Cultura de Tecidos

Atividade das células de se reproduzirem

DrF =

Toxicidade Dose de

DL 50 Proteção

Composto (mg/kg) (mg/kg) DRF

Cisteína 1700 1200 1,7

MEA B mercaptoetilamina 200 150 1,7

Cistamina 220 150 1,7

AET S-(2 – aminoetil)-isotiouronium 480 400 2,1

WR 638 1120 500 2,0

WR 2721 950 500 2,7

WR 3689 1120 450 2,2

WR 77913 3574 2200 2,0

WR 151327a 785 315 1,9

Mercaptopropionilglicinab 2100 20 1,4

Glutationa 4000 4000 1,3

Dados obtidos pela exposição de camundongos expostos a radiação gama ou X.

Composto injetado i.p.,com exceção da cisteína – i.v.aPromove substancial proteção para irradiação por neutrões.bPromove significativa proteção quando tomado após exposição.

Radioprotetores aminotióis

COMPOSTO FÓMULA ESTRUTURAL

NH2CHCH2SH

COOH

NH2CH2CH2SH

NH2CH2CH2SSCH2CH2NH2

NH2CH2CH2SC

NH2

N

HNH2CH2CH2CH2NHCH2CH2SPO3H2

CH3NHCH2CH2CH2NHCH2CH2SPO3H2

CH3NHCH2CH2CH2NHCH2CH2CH2SPO3H2

Cisteína

MEA

Cistamina

AET

WR 2721

WR 3689

WR 151327

1. Cisteína

DrF = 1,7 – i.v.

1200 mg/kg camundongo

efeito i.p.

sem efeito oral

2. MEA - Mercaptoetilamino (-CO2 da Cys)

DrF = 1,7 – i.v.


melhor que Cys quando i.p.

tem proteção oral

3. AET

DrF = 2,1 – i.v.


1 dose proteção de 6 horas

baixa proteção oral

4. WR 2721 – Ácido S-2-(3-aminopropilamino/etilfosforotioco)

DrF = 2,7 – i.p. camundongo

Duração aprox. 3 horas

Farmacocinética

Metabolismo - NH2CH2-CH2-CH2NHCH2-CH2S-PO3H2 WR 2721

Ação de fosfatases NH2CH2CH2CH2NHCH2CH2S WR 1065

NH2CH2CH2CH2NHCH2CH2S WR 32278

T1/2 = 10 min - parte CLEARANCE

T1/2 = 1 hora - outra parte WR 2721 marcado

2

Biodistribuição

- Fígado, rim, glândulas salivares

- Intestino delgado, baço

- Cérebro, coluna, tumores sólidos

Máxima concentração : 15 min

Permanece constante de 60 – 90 min

Proteção não correlacionada com a concentração

TECIDOS PROTEGIDOS OU NÃO PELO WR 2721

PROTEGIDOS NÃO PROTEGIDOS

Sistema imunológico cérebro

Medula óssea espinha

Fígado

Pele

Testículos

Glândulas salivares

Intestino delgado

Cólon

Pulmão

Rim

Esófago

Mucosa oral

o WR 2721 não

atravessa a barreira hematoencefálica

O WR 2721 não protege células tumorais em ratos ou camundongos.

804020

1200

fígado

soro

tumor

WR 2721

conc. mM

A eficiência dos radioprotetores rapidamente com o do LET

LET = ação direta ação indireta

Cys = Drf = 1,1 para neutrões

1,7 para g

WR 2721 = Drf = 1,41 para neutrões LD 50/30

1,32 para neutrões LD 50/7

Outros RadioprotetoresComposto Efeito Provável mecanismo de ação

protetor

Composto contendo enxôfre Mecanismo de radicais livres

Dimetiltiocarbamato (DDC) 3 Complexo

Dimetilsulfóxido (DMSO) 2

Tiouréia 1

Derivados de cianetos Hipóxia

Cianeto 2

Hidroxiacetonitrila 3

Manolonitrila 2

Agentes quelantes Desconhecido

EDTA 1

Metabolitos Captura de radicais livres

Glicose 1

Frutose 2

a-cetoglutarato 1

Indutores de hipóxia Hipóxia

Paraminopropiofenona 3 Mudanças na hemoglobina

Monóxido de carbono 2

Etanol 2 Depressor do centro respiratório

Morfina 2

Reserpina 2

Serotonina 3 Alterações hemodinâmicas

Histamina 2

Imunomoduladores Recobrimento do sistema hemopoiético

Glucan 1

Endotoxina 1

Azimexon 1

Levamisol 1 Complexo

Antioxidantes Mecanismos de radiacis livres e

Vitamina E 1 metabolismo do oxigênio

Vitamina A (b-caroteno) 1

Superóxido dismutase 3

Selênio 1

Imuno - moduladores

1. Naturais

- Interferon, BCG, C. Pavrom, Glucan, Endotoxina bacteriana,

Interleuquinas

DrF 1,4

2. Sintéticos

Azimexon % sobrevida 56 % camundongos

Levamisole antioxidante, com S

Proteção Endógena

Radicais livres aparecem in vivo

processos metabólicos normais, respiração aeróbica. Inflamação,

metabolismo de drogas, detoxificação.

radioatividade natural mecanismos de defesa contra radicais livres

Compostos de M.M.

Vitaminas Vit. E protege membranas

Vit. A scavenger de O2

Vit. C solúvel em H2O e sacavenger em comp/ com H2O

Glutationa (GSH) – glutamato – Cys – Gly é radioprotetor

sol. em água

RADICAL LIVRE LIPÍDEOS, PROTEÍNAS

REAÇÕES NO DNA

REAÇÕES DE ABSORÇÃO

TOCOFEROL

ASCORBATO

BETACAROTENO

GLUTATIONA

DEFESA

ENZIMÁTICA

Enzimas

GSH co-fator de Glutationa peroxidase [H2O2]

Catalase idem

SOD – Superóxido dismutase

20% 1 H2O2 + O2

SOD em ratos DrF = 1,56

Vit. E na dieta sobrevivência

Selénio ratos 30 dias sobrevivência

O-2 CELULAR

SUPERÓXIDO

DISMUTASE

Cu

Zn

O2 + H2O2

H2O + O2

CATALASE

GLUTATIONA

PEROXIDASE

SELÉNIO

GLUTATIONA

REDUTASE

GSH GSSG

TRATAMENTOS SIMULTÂNEOS

1. Efeitos cinergéticos tem sido observado 5-metoxitriptamina

(MOT-DrF = 1,6) + AET (DrF = 1,65)

LD50/30 camundongos = 500 10,25 Gy DrF = 2.05

2. Cys (Drf = 1,35) + AET (DrF= 1,65) DrF = 2,15

3. AET + glutationa + serotonina + MEA + Cys DrF= 2,8

4. MPG – 2-mercaptopropriorilglicina

MPG + camundongo após 4h 9Gy (DL 500%) 58% sobrevida

MPG + camundongo após 24h idem 17% sobrevida

FATORES QUE DEVEM SER CONSIDERADOS

1. Modelo animal

A resposta à irradiação depende do animal. O camundongo é o mais usado.

Outros fatores: estirpe, sexo, idade, saúde geral.

2. Toxicidade da droga

É necessário conhecer a toxicidade da droga usada. Após obter DL10 ou DL50, usa-

se 1/2 ou 2/3 da dose

A via + usada i.p.

A via i.v. é usada toxicidade

A via oral não deve ser usada

3. Radiação

A dose e taxa de dose devem ser conhecidas

Calcula-se DL50/30 ou DL100/30

Taxa de dose 0,4 – 2 Gy/min

Radiação de LET são as mais usadas

4. Tempo de Pré – Exposição

O intervalo entre a administração e a irradiação é variável.

Para a maioria – tempo de melhor resposta 15 a 60 min antes da irradiação

5. Tempo Pós – Irradiação

Em geral 30 dias

Para a síndrome gastrointestinal usa-se 10 Gy 6 dias

30 Gy 2 dias

RADIOSSENSIBILIZADORES

Células hipóxias são importantes para a radioterapia

Desde 1920: tecidos irradiados na ausência de O2 são 2,5 a 3,0 vezes mais

resistentes

1953 / 55: Gray e col. Mostraram o “modelo de hipóxia em tumores”

100 – 150mm células hipóxicas viáveis do vaso sanguíneo)

São células cronicamente hipóxicas diferentes das “células agudas hipóxicas”

decréscimo de sangue temporário

Experimentação com células hipóxicas

a) Interrupção dos vasos que irrigam o tumor

b) Morte de animais antes da irradiação

10,5

1,0

Fra

ção

de

sore

vid

a

3000 dose rad

aeróbicaanimal respirando

hipóxia

Em células humanas tem-se a experiência em HBO (hiperbaric oxigen

therapy) – cancro de útero.

SOBREVIDA DE

FRAÇÕES HBO (%) AR (%)

06 frações 42

46

25 frações 50

30 frações 39

HBO é cara e difícil de usar. Daí a necessidade de radiossensibilizadores

1974 – ADAMS e col. - Nitroimidasois

MIS – Misonidazol é o melhor

- Funciona bem em animais e parece ativo em humanos

- Tem efeito secundário – neurológico

- Conc. no tumor é aprox. 20 mg/g muito baixo

- DEF (Dose Enhancement Factor) aprox. 1,1 a 1,3.

O ideal seria

- DEF aprox. 2,5

- Toxicidade 10x menor

- Ou 10 vezes mais eficiente com a mesma toxicidade

MELHORA DO MISONIDAZOL

- Fator eletroafinidade

- Substituição na posição 5 do MIS – tem sido promissor

- SR 2537 e SR 2553 são 10X menos tóxico com mesma radiossensibilidade

NO2

N

N

CH2CHOHCH2OCH3

MIS – eletroafinidade radiossensibilidade

Lipofilicidade

Farmacocinética

toxicidade

DL 50/8

17 mg/g

Lipofilicidade

Penetração noturna

Eliminação da droga

Neurotoxicidade

(DL 50/2 = 4,9) SR 2508 = CH2CONHCH2OH

(DL 50/2 = 8,9) SR 2555 = CH2CON(CH2CH2OH)2

T após adm.

Tum

or

em T

6

Co

nc.

mM

120 min

SR 2508

SR 2555

OUTROS QUIMIOSSENSIBILIZADORES

- Ciclofosfamida

- Melphalan (L-PAM)

- Benzonidazole

MECANISMOS DE QUIMIOSSENSIBILIZAÇÃO

1. da GSH (glutationa intracelular)

2. intracelular de “uptake” de L-PAM

3. ligação cruzada (cross – link) do DNA

MORTE

IRRADIAÇÃO: 20 Gy vários tempos após a droga com RX

CÉLULAS: CHO

DROGAS: 2 mmol / kg de DEM (dietilmaleato) e GSH (glutationa)

5 10 15 20 25 30

10-4

10-2

10

GSH

GSH2

N2 + 2x10-4 DEM

N2 + 2x10-7 DEM

Dose (Gy)

Fra

ção

so

bre

vid

a

TIPOS DE FONTES E MODOS DE

EXPOSIÇÃO

Exemplos de materiais radioativos:

• Fontes Seladas (não há possibilidade de

contacto com o material radioativo):

- Fontes de calibração:

- Detetores de radiação

- Agricultura:

- Estudos de densidade e humidade do solo


EXPOSIÇÃO


• Fontes Não Seladas (há possibilidade de contacto

com o material radiativo):

- Traçadores e marcadores:

- Atividade metabólica

- Marcação de DNA

- Fluxo de fluidos

Uso de marcadores no estudo do comportamento de insectos:

A marcação de insetos com radioisótopos é também útil para a

eliminação de pragas, identificando qual predador se alimenta

de determinado inseto indesejável. Neste caso, o predador é

usado em vez inseticidas nocivos à saúde.


EXPOSIÇÃO


• Fontes Não Seladas (há possibilidade de contacto

com o material radioativo):

- Medicina Nuclear:

- Diagnóstico e terapia

- Naturais:

- Análises ambientais


EXPOSIÇÃO

MODOS DE EXPOSIÇÃO:

Irradiação Externa:

• Exposição à radiação emitida pela fonte.

- Estar próximo à fonte, considerando a energia de

emissão e o tipo de radiação

- Equipamentos emissores de radiação ionizante

- Fontes seladas

- Fontes não-seladas.


EXPOSIÇÃO

MODOS DE EXPOSIÇÃO:

Contaminação:

• Presença indesejável de material radioativo.

Contaminação Interna

• Incorporação de material radioativo por ingestão,

inalação ou absorção por contacto direto com a pele.

- Fontes não seladas

- Fontes seladas (pouco provável).


EXPOSIÇÃO

EXEMPLO: CÉSIO-137

Características Gerais

• Fonte selada usada em radioterapia

• Cerca de 3000 Ci de atividade

• Envolucro de chumbo abandonada

• Cápsula que continha o Césio aberta

• Propagação da contaminação

• 6000 toneladas de lixo radioativo.

PRINCÍPIOS BÁSICOS DE

RADIOPROTEÇÃO

FILOSOFIA DA PROTEÇÃO RADIOLÓGICA

Protecção dos indivíduos, de seus

descendentes, da humanidade como um

todo e do meio ambiente contra os

possíveis danos provocados pelo uso da

radiação ionizante.

FILOSOFIA DA PROTEÇÃO RADIOLÓGICA

• Estabelecimento de três princípios

básicos:

- Princípio da justificação

- Princípio da optimização

- Princípio da limitação de doses.


RADIOPROTEÇÃO

JUSTIFICAÇÃO

Qualquer técnica que faça uso da radiação

ionizante tem que ser justificada em

relação a outras técnicas de modo a

produzir um benefício líquido positivo.


RADIOPROTEÇÃO

JUSTIFICAÇÃO - EXEMPLOS

• Emprego de material radioactivo

luminescente em mostradores de relógio

• Uso de tomógrafo computadorizado (emissão

de raios X) ou de equipamento de ressonância

magnética para obter a mesma informação

diagnóstica.


RADIOPROTEÇÃO

OPTIMIZAÇÃO

As exposições à radiação ionizante devem

ser mantidas “tão baixas quanto

razoavelmente exequível” (Princípio ALARA -

As Low As Reasonably Achievable),

levando-se em consideração fatores

económicos e sociais.


RADIOPROTEÇÃO

LIMITAÇÃO DAS DOSES

Os limites de dose, tanto para

trabalhadores com radiação quanto para

indivíduos do público, devem ser

respeitados.


RADIOPROTEÇÃO

LIMITAÇÃO DAS DOSES - FILOSOFIA

Os limites de dose foram estabelecidos para

evitar a ocorrência de efeitos determinísticos

(abaixo dos limiares) e minimizar as

probabilidades de ocorrência de efeitos

estocásticos a níveis considerados seguros.


RADIOPROTEÇÃO

LIMITAÇÃO DAS DOSES - FILOSOFIA

• Indústria que não faz uso da radiação ionizante:

- Índices seguros: 1 morte para cada 10000

trabalhadores por ano.

• Uso da radiação ionizante:

- Dose cuja probabilidade de levar à morte

respeite os mesmos índices

- Fator adicional de segurança.


RADIOPROTEÇÃO

FATORES DE PROTEÇÃO

RADIOLÓGICA

• Tempo

- Exposição é instantânea

• O mito do “rapidinho” - caso do acidente

numa instalação de esterilização

- Quanto menor o tempo de exposição, menor a

dose.

• Blindagem

- Adequada ao tipo de radiação:

• Chumbo para Gama

• Acrílico para Beta

• Materiais hidrogenados para neutrões.

- A eficiência da blindagem depende da energia

da radiação incidente.

FATORES DE PROTEÇÃO

RADIOLÓGICA

Detetores de Radiação

Emissão de radiação g

Observar emissão de raios gamas

Identificar Fontes de raios gama

Detectar raios gamas

Observar espectro

Fontes de radiação gama

Cobalto 60Co

Césio 137Cs

Sódio 22Na

Interação Radiação-Matéria

Raios gama

átomo

Efeito Compton

Produção de Pares

A energia mínima para que ocorra a

formação de um par eletrão-positrão

é igual a soma das massas de

repouso de ambas as partículas

mec2 = 0.511 MeV. O positrão assim

formado geralmente aniquila-se

com um dos outros eletrões do meio

dando lugar a dois fotões de 0.511

MeV cada um.

2

02 cmh

Aniquilação do positrão

Detectores de raios-gama

•

Contador Geiger-Mueller (Detetor a gas)

Cintilador de Iodeto de Sódio NaI(Tl)

Germânio Ge

Contador Geiger-Müller

Cintiladores

Foto

multiplicadora

Cintilador de NaI(Tl)

Banda de condução

Banda de Valência

Fotomultiplicadoras

Espectros

Aquisição de sinal

Espectro g do 137Cs

0 100 200 300 400 500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

Cs 137

Co

nta

ge

ns

Canais

Espectro g do 60Co

100 200 300 400 500 600 700 800

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

2500

Co 60

Co

nta

ge

ns

Canais

Espectro g do 22Na

Radiação de Fundo

0 250 500 750 1000

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

2500

FundoC

on

tag

en

s

Canais

Eficiência da deteção

Calibração de energia

Câmara para radiação gama

Técnica

• uma substância com um

isótopo radioactivo é

administrado no paciente

• a radiação emitida é

utilizada para localizar a

quantidade de substância

recolhida pelo tecido

• foto detector híbrido

• Imagem 2D

• muito rápido (10 ns)

Desenhado para experiências da Física de Altas Energias

Detector ISPA - Imaging Silicon Pixel Array

10 cm

Elementos do detector:

• colimador

• cristal cintilador

• tubo ISPA

• electrónica de leitura

• software de imagem

O detector ISPA

Colimator

Colimador

Colimador paralelo de tungsténio

Diâmetro furos = 0.6 mm

Espessura septa = 0.15 mm

Cristal cintilador YAP:Ce

YAP:Ce - Yttrium Aluminium Perovskite dopado com Cerium

YAlO3:Ce

Linearidade em energia do tubo ISPA

Photon Energy

analog readout

information

2D image

digital readout

information

Interior do detector

2048 pixels

Placa

RD19/W3

Distribuição

de voltagens

Pre-ampPlaca

trigger

HV ISPA

Tensão det

PCCâmara

ISPA

Equipamento existente/disponível

Módulos/placas comerciais a adquirir

Placas para serem desenhadas e manufacturadas

25 kV

70 V

sinais analógicos

sinais digitais

sinais PCIlinhas de tensão

Placa

VME

Esquema electrónico

3 holes of 1mm

Resolução em energia

Resolução espacial

8 mm

6 mm

Desempenho

128 x 16 pixéis

Alvo de chumbo

Resolução espacial

128 x 16 pixéis

Imagem não processada

Imagem processada

6 mm

8 mm

Furos de 1 mm de diâmetro

distantes de 2 mm

x ~ 1 mm

Datação Radiométrica

Datação Radiométrica

• Iniciada em 1905

• Comparação do conteúdo de U e Pb deminerais

• Apesar de grosseiro o processo podia avaliaridades enormes

• Alvo de críticas por parte dos geólogos

• Apresentada por Arthur Holmes em 1931

• As técnicas atualmente envolvem a utilizaçãode espectrómetros de massa (a partir de 1940)

Espectrometria de massa

Decaimento exponencial

Determinação do t1/2

N = N0 e-λt

– λ = Fração do isótopo que decai/unidade de tempo

– N= Número de átomos

– dN/dt = -λN

– dN/N = -λdt

– Ln N = -λt + C

– N0 = nº original de átomos

Determinação do t1/2

N = N0 e-λt

– para N = N0/2

–N0/2 = N0 e-λt

–½ = e-λt

•-Ln(2) = -λt

•T1/2 = Ln(2)/λ = 0.693/λ

Sequências de decaimento

• U-238 (4,5 x 109 anos) Th-234 (24,5 dias) Pa-234 (1,14 min.)

• dU-238 /dt = dTh-234/dt = dPa-234/dt etc.

• λ(U-238)*N(U-238) = λ(Th-234)*N(Th-234) = λ(Pa-234)*N(Pa-234) etc.

Ou…

• N(U-238)/t(U-238) = N(Th-234)/t(Th-234) = N(Pa-234)/t(Pa-234) etc.

Datação radiométrica ideal

• A (pai) B (filho)

– A decai apenas de uma única forma

– Não existem outras fontes de B

– Tanto A como B ficam no mesmo lugar

•Esta situação é difícil de verificar

–Decaimento de diversa formas (vários caminhos)

–Outras fontes de B

–Diusão, alteração ou metamorfismo

Potássio-Argon• K-40 , T1/2 1,3 milhões de anos

• K-40 Ca-40 (89%) ou Ar-40 (11%)

• Ca-40 e o único isótopo estável do Ca

• Decaimentos totais = 9 x átomos de Argon

• Argon é um gás nobre e quimicamente estável

• A única forma de aparecer em cristais é pordecaimento

Potássio-Argon

• Os átomos de Ar ficam aprisionados nas matrizes de material

• Possibilidade de perdas por alteração da estrutura ou térmicas

• Foi um dos primeiros métodos a surgir

• É o método menos estável

• Pouco usado em datações mais precisas

• Os minerais têm de conter K

– Feldspatos, Micas, Glauconite, Argilas

Argon capturado• Processo usado em rochas vulcânicas

• Ar capturado a partir dos fluidos de inclusão

• Pouco aplicado em rochas jovens

– Não aplicávela rochas metamórficas

– Resultados incertos em rochas vulcânicas muito antigas

• Cálculos efetuados a partir do traçado de isócronas

Isócrona de K-Ar

Datação por Rb-Sr

• Rb substitui o K, Sr o Ca

• Rb-87 Sr-87, t1/2 = 50 x 109 anos

• Problema: O Sr-87 primordial

• Usa-se o valor do Sr-86

• Se não houver Rb-87, Sr-87/Sr-86 é constante

• Se houver Rb-87, Sr-87/Sr-86 aumenta

• O Rb-87 também diminui

• Usa-se um diagrma isócrono

Diagrama Isócrono

Diagrama Isócrono Rb-Sr

Significado da razão Sr-87/Sr-86

No manto terrrestre a razão entre Sr-87/Sr-86 é = 0,703

• A razão há 4,6 mil milhões de anos = 0,699

• Mais Sr-87, maior decaimento do Rb-87

• Um valor inicial elevado de Sr-87 significarochas mais antigas = refusão da crostacontinental

Datação U-Th-Pb

U-238 Pb 206; T1/2 = 4.5 mil milhões de anos

U-235 Pb-207; T1/2 = 704 milhões de anos

Th-232 Pb-208; T1/2 = 13.9 mil milhões de anos

• Pb-204: estável

• Metodos

– Isocronas

– Concordia/Discordia

– Produtos de vida curta (Short-Lived Daughter Products)

Concordia/discordia

Samario-Neodímio

• Sm-147 Nd-143 (T1/2 = 1,06 mil milhões de anos)

• Nd funde a temperature menor que o Sm

• Manto: pequena abundancia, relação elevada Sm/Nd

• Granito: Alta abundancia, baixa relação Sm/Nd

• Nd-144 = 24% de Nd

• Nd-144 T1/2 = 2.3 x 1015 anos

• Pode ser usado o método das isócronas com Nd-144 ou Nd-142 (estável, 22% de Nd)

O modelo CHUR(Chondritic Uniform Reservoir)

Modelo Nd-Sm

Datação Uranio-Tório

• U-234 Th-230 (80,000 anos)

• U-235 Pa-231, (34,300 anos)

• U é solúvel, Th e Pa não são

• Th e Pa precipitam nos sedimentos

Datação por luminescencia oticamenteestimulada

• Alteração na estrutura de diversos cristaispromovida por radiação

• Produção de locais de aprisionamento de eletrões

• Excitação por luz liberta os eletrões, que aodecairem é emitido um fotão

• A luz emitida é mais energética que a obtidapor fluorescência

• Mede-se o tempo de semi-vida

Isótopos Cosmogénicos

• Produzidos pela interação de partículas na atmosfera e nasuperfície terrestre

– C-14

– Be-10

– Cl-36

Datação por C-14

• N-14 + neutrão C-14 + H1

• Equilibrio entre produção e decaimento

• Proporção - 1 C14/1000000000000 C12

• C-14 é incorporado na cadeia alimentar

• Todos os organismos vivos têm C14

• Após a morte, pára a ingestão de C14

5730 anos

Datação com C-14 (Radiocarbono)

• T1/2: 5730 anos

• Intervalo: Séculos até 100,000 anos

• C-14 pode ser removido por dissolução, oxidação ou ação microbiana

• C-14 pode ser adicionado a partir de fontes“jovens”

• A produção de C-14 depende da atividadesolar

• A calibração pode ser feita com padrõesconhecidos. Usualmente aneis de árvores.

Datação com Berlio-10 • Produzido por raios cósmicos de alta energia

• O Be-10 é produzido na atmosfera terrestre pelobombardeamento do oxigénio e azoto por radiações cósmicasde alta energia

• T1/2: 1,51 milhões de anos.

• Dissolve-se na água da chuva

• Acumula-se na superfície da terra

• Pode também ser formado por bombardeamento com neutrões de C-13 durante uma explosão nuclear;

• É um marcador dos testes nucleares

Datação com Cloro-36

O Cl-36 é produzido na atmosfera a partir do 36-Ar por interações com protões provenientes dos raioscósmicos.

No subsolo é gerado principalmente a partir de processos de captura de neutrões pelo 35-Cl, ou porcaptura de muões pelo 40-Ca.

O 36-Cl decai para 36-S e 36-Ar

T1/2: 308.000 anos.

Marcador de água de solo

Também é formado nos teste nucleares efetuados no oceano

Análise por ativação neutrónica

Princípio

Princício do método

INCIDENT NEUTRON

TARGET NUCLIDE

COMPOUND NUCLIDE

RADIOACTIVE NUCLEUS

STABLE NUCLEUS

PROMPT GAMMA RAYS

DECAY GAMMA RAYS

g

g

b

X

CHARGED PARTICLE

PHOTON

Passos da análise:

Preparação da amostra

Irradiatiação

Medida da radiação gama

Historia

• Hevesy e Levi 1936: anunciam os princípio da

técnica

• Fontes de neutrões só aparecem nos anos 50 do

século XX

• Uso de detetores de baixa resolução

• Aparecimento dos detetores de alta resolução

• Alternativa à AAS, ICP-OES, ICP-MS

Varios tipes de Ativação

1. Usando partículas carregadas

2. Usando fotões de alta energia

3. Uso de neutrões - AAN

1. Análise porThermal neutron activation analysis

2. Análise por neutrões epitérmicos

3. Análise por neutrões rápidos

4. Análise por captura neutrónica usando ativação por fotões gama

Neutrões

• Térmicos 0.025 eV-0.5 eV

• Epitérmicos 0.5 eV-100 keV

• Rápidos 100 keV-25 MeV

Fontes de neutrões

a-emitter

Half life

Neutrons

s-1 Ci-1

emitted

average

neutron

energy [MeV]

227Ac 22 y 1.5x107 4

226Ra 1620 y 1.3x107 3.6

239Pu 2.4x104 y 1.4x107 4.5

210Po 138 d 2.5x106 4.3

Fontes de neutrões isotópicas - reatores

Fontes de neutrões

Fissão espontânea de actinídios:

252Cf (T1/2 2.6 anos): 3,76 neutrões de 1,5 MeV por evento

1mg 252Cf emite 2,28x109 neutrões/s

Gerador de neutrões:

Deuterões acelerados por um campo de 200 kV: 3H(d,n)4He

Neutrões monoenergéticos:

•14 MeV (reações por neutrões rápidos: (n,p), (n,α), (n,2n))

Fusors:

•1011 neutrões/s/ mA, fluxo de neutrões: 109 neutrões/cm2/s

Detetores

Espectrofotómetros gama:

Detetores de cintilação

Detetores de Ge(Li)

Detetores HP Ge

Quantificação

N: numero de isótopos interagidos

(E): secção transversal [cm2] a uma energia de E [eV]

(E): fluxo de neutrões por unidade de energia do intervalo [1/cm2/s/eV]

R: Velocidade da reação

Em reatores o integral é substituido por:

0

)()( dEEENR

0IR epithth

th: fluxo de neutrões térmicos convencionais [cm2]

th : Secção transversal do feixe de neutrões térmicos efetivos[cm2]

e: fluxo de neutrões epitérmicos convencionais[em cm-2 s-1 eV-1]

Io: Integral da ressonancia da secção transversal(na região

epitérmica), para 1/E do especto epitérmico [em cm2]

A∞=N

A = ( Iethth o) DSA

Nfm

rel

Avi

Atividade de um nuclídeo durante o tempo de medida:

NAv: Número de Avogadro

fi : Abundância isotópica

m : Massa do elemento irradiado

Arel : Massa atómica do elemento alvo

ti : Tempo de irradiação;

td : tempo de decaimento;

: constante de decaimento

S: Fator de saturação: S=1-e-ti

D: fator de decaimento: D=e-td

A actividade é determinada a partir da medida por:

N A f tP m g g

Np: área do pico, fg: abundância gama

: eficiência da deteção tm: tempo de medida

Combinando as duas equações a massa do elemento desconhecido pode ser calculado por:

meththiAv

p

SDtIffN

MNm

)( 0

gg

A concentração, c, é determinada a partir da

medida „m” e o volume/massa da amostra por:

c=m/V e c=m/G,

Padronização

• Método absoluto

Baseado no cálculo de “m”

Os parâmetros a serem medidos: Np, tm, ti, td

Parametros a serem determinados por calibração:

ε, φth, φe

Parâmetros otidos por tabela:

σth, I0, fγ, fi, λ, NAv, M

spspmspsp

sp

sp

m

p

sp

mtDS

NI

SDt

NI

I

Im

,

•Método relativo

Cada elemento é medido

contra um elemento padrão

que é irradiado juntamente

com a amostra

Parametros não usados:

ε, φth, φe, σth, I0, fγ, fi, NAv, M

Vantagens

• Sensibilidade, possibilidade de determinar elementos vestigiais

• Méthodo multi-elemento

• Pouco afetada pela matriz

• Não destrutiva

Desvantagens

• Necessidade de fontes de neutrões e de gama

• Dispendioso e nuclear

detectores de radiação espectros de emissão gamadar proteção reduzindo o efeito da radiação...

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