Radiação

Corpuscular:

alfa (He++), beta (elétrons, pósitrons), nêutrons

Eletromagnética:

Luz, raios X, radiação gama

Partículas e ondas

Onda é partícula e vice versa dependendo qual experiência você faz

Ondas EM são partículas com E = hf = hc/

Partículas são ondas com =h/mv (=0,015 nm para elétrons com v=5 107 m/s)

Características

Energia, poder de ionização, alcance

Ondas electromagnéticas

Velocidade constante

00

1

c

Luz, raios-X, raios-

Fontes

desintegração (fissão) nuclear

aceleradores

Estrutura da matéria

Interação de radiação com a matéria

Rutherford’s Discovery of the Atomic Nucleus (1911)

He found that, once in a while, the -particles were scattered backwards by the target

In the nuclear atom a small positively charged nucleus (radius ~ 10-15 m), is surrounded at relatively large distances (radius ~ 10-10 m) by a number of electrons.

Structure of Atoms

Proton: charge = +1e; the mass = 1amu;

Neutron: neutral particle; the mass = 1amu

Electron: charge = -1e; the mass = 1/2000 amu;

Íons :

The results from quantum mechanics show that electrons do not travel in circular orbits.

What does an atomic orbit look like?

1s Orbital

The region where an electron in 1s orbit is most likely to be found.

Main shell

2s and 2p Orbitals

2p 3 different configurations (m = -1,0,1)

2s

2px 2py 2pz

3d Orbitals

Interação de radiação com a matéria

Interações de partículas carregadas: sobretudo com os elétrons dos átomos via forças Coulombianas. Alcance pequena

Neutrons: interagem com os núcleos. Alcance grande

EM: depende muito da energia (freqüência) do fóton, e do tipo de átomo

efeito fotoélectrico (absorção do fóton)

efeito Compton (espalhamento do fóton)

produção de pares e- - e+

Alcance grande para energias altas (raio X, gama)

X-rays

•X-rays were discovered by Wilhelm K. Roentgen (1845–1923), In an X-ray tube, electrons are emitted by a heated filament, accelerate through a large potential difference V, and strike a metal target.

•The X-rays originate when the electrons interact with the metal target.

(a) An energetic electron knocks an electron from the K shell.

(b) When an outer shell electron fills the vacancy, an x-ray characteristic of the type of atom is created.

(c) To create the characteristic x-ray, the minimal energy of an incoming electron must have to know out a K-shell electron entirely.

n =1

n = 2

n = 3

En = -(13.6 eV)Z2/n2

(The Bohr model)

The generation of Characteristic X-rays

X-ray showing spiral fracture of the fibula

(a) In CAT (computer-assisted tomography) scanning, a “fanned-out” array of X-ray beams is sent through the patient from different orientations. (b) A patient being positioned in a CAT scanner.

Computer-assisted tomography

(a) This two-dimensional CAT scan of a brain reveals a large intracranial tumor (colored purple). (b) This three-dimensional CAT scan reveals an arachnoid cyst (colored yellow) within a skull.

DNA structure

Double helix GratingSimilarity

X-ray Diffraction

Regular spacing

Light Object (DNA)

Image (diffraction pattern)

Efeitos biológicos da radiação– Não ionizantes: energias baixas, efeitos em nível

molecular. Exemplo : radiação UV– ionizantes : energias altas, efeitos em nível atômico.– Mas não tem relação direta entre os danos e a energia da

partícula – Danos às células, DNA, hereditários – Depende do tipo de tecido

Introduzir conceito de Dose– Exposição : ionização produzido no ar / massa [Roentgen]– Dose absorvida : energia absorvida / massa [gray]– Dose equivalente : dose absorvida vezes Q [sievert]

• Q=1 para , raio X, elétrons• Q=10 para nêutrons e prótons• Q=20 para alfa

Radioterapia

“Os tecidos normais tendem a repopular as regiões irradiadas com mais facilidade que os tumorais”

Braquiterapia : fontes radioativas perto do tumor

Teleterapia : fonte de radiação é externa ao paciente

Aceleradores : elétrons e raio X

raios gama : fontes radioativas