01-FISICA DAS RADIAÇÕES

7/29/2019 01-FISICA DAS RADIAES

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NATUREZA DAS RADIAES NUCLEARES

E SUAS CARACTERISTICAS

ANA MENDONA

BIOFSICA-UFPE


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Os modelos atmicos

1911 Modelo de Rutherford

Muitas partculasatravessaram a folha

em linha reta

Poucas partculasrefletiram

O espao vazio eramuito maior que oespao ocupado


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Os modelos atmicos

A descoberta dos prtons eeltronspara os cientistas

Modelo planetrio

O tomo de RUTHERFORD, 1911

1932 a descoberta dos nutrons, CHADWICK


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Os modelos atmicos Modelo atual Rutherford e Bohr

1

1

H8

18

O dez mil vezes menor que o tomo

Nucldeo


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Partcula Massa Carga (C)

Eltron 5,486 x 10-4 uma - 1,60210 x 10 -19

Prton 1,0073 uma + 1,60210 x 10 -19

Nutron 1,0087 uma xxxxxxxxx

Estrutura Nuclear

REPRESENTAO DE UM ATOMO

AXZ

A= numero de nucleons (A = Z +N)X = elemento considerado

OBS: padro de medida de massa atmica o 12C1 ev = variao de energia cintica de um eltron submetido a uma ddp

de 1 volt. (Kev; Mev; Gev) 1 ev = 1,6 x 10-19

J


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tomo nutrons = o no. de prtons = no. de eltrons

Energia de ligao nuclear

Foras intranucleares= atuam apenas dentro do ncleo. (mesons)

Estabilidade nuclearBarreira de potencial

Estrutura Nuclear

ISOTOPOS= Z IGUAIS; A diferentes e mesmaspropriedades qumico

ISOBAROS = mesmo no. de A e diferentes no. Z

ISOMEROS = mesmo no. de A e Z mas diferentes nveisenergticos.


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Estrutura Nuclear

ATOMOS LEVES

A = 2 x Z ou seja,Z=N

ATOMOS PESADOS

A = deve ser maiorque 2 x o no de carga

ESTABILIDADE NUCLEAR

CAUSAS DA INSTABILIDADE NUCLEARAgitao nuclear constante

Desproporo de prtons e nutronsExpulso da partcula alfa

EMISSO DE RADIAO


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RADIOATIVIDADE


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Descoberta da radioatividade

1896

Antonie Henri Becquerel

Minrio uranita

(sulfato de urnio e potssio)


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Descoberta da radioatividade

1898 o casal Curie estudandoPolnio e Rdio observou amesma emisso espontnea do

Urnio.

Casal Curie

RADIOATIVIDADE


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RadioatividadeConceito: Fenmeno pelo qual um ncleoatmico, espontaneamente, se modifica por

meio da cesso de energia em forma departculas ou radiaes eletromagnticas.Corpos radioativos naturais- ex: Urnio,Trio, Polnio, Rdio...Corpos radioativos artificiais- ex: 17O8


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RADIOATIVIDADE


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Radiaes particuladas

Partcula Alfa( ) Formadas por 2 prtons e 2 nutrons associados. Possui estrutura

exatamente igual ao ncleo do Hlio.

Representao: 42CARACTERSTICAS GERAIS: Possui grande poder de ionizao (60.000 pares de ons/mm) Pequena capacidade de penetrao na matria

Fazem trajetrias espessas, retilneas e curtas So facilmente absorvidas pela matria, podendo serem detidas por uma

folha de papel. No conseguem penetrar nossa pele, porm se ingeridas podem causar

danos aos tecidos internos.


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So produzidas por elementos de elevado nmeroatmico (famlia radioativa urnio, Trio, Actnio,Netnio e 148Sm62 (samrio) e alguns terras raras

Tem todas a mesma energia, so formadas no ncleoe expelidasExemplos:

226Ra88 222Rn86* + + 238

U92234

Th + + 239Pu94 235U + + 212Po84 208Pb +


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Partcula Beta () So partculas idnticas aos eltrons, so altamente energtica, emitidas

pelo ncleo com velocidade que podem atingir at quase a velocidadeda luz.

Representao:+, -

Caractersticas: So capazes de penetrar alguns milmetros de alumnio Os emissores de beta podem ser corpos naturais ou artificiais So partculas menos ionizantes que as alfas, porm so mais

penetrantes, pois tem massa e volume desprezveis As trajetrias so tnues, delgadas e tortuosas Somente lminas metlicas de certas espessuras conseguem det-las.


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Radiao Gama ( ) A radiao gama no surge isoladamente mas sempre, se

sucede a emisso ou . Esta energia geralmente emitidaem tempo extremamente curto aps a expulso da partcula.

Representao : 0 Caractersticas gerais; extremamente penetrante, porm pouco ionizante. Possui trajetrias tnues, tortuosas e muitas vezes

ramificadas Possui a velocidade da luz Somente pode ser detida por espessas camadas de chumbo

ou concreto.


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Decaimentos Decaimento Alfa

A energia de transio corresponde energia cintica daradiao alfa e a energia liberada na forma de radiaogama.

Indesejveis para aplicaes diagnsticas Decaimento por negatron

Converso de um nutron em um prton + antineutrino. A relao N/P diminui Ncleo ricos em nutrons Ex: I-127 ( 53 prtons e 74 nutrons) I -131 ( 78 nutrons - )

com 6 energias diferentes + 19 364Kev A energia de transio liberada na forma de energia

cintica do - + antineutrino+ A desvantagem dos emissores alta dose para o

paciente.

D i i C


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Decaimento por psitron e Capturaeletrnica

Psitron Ocorre em nucldeos pobres em nutrons

Decaimento: + + + neutrino

A energia mnima de transio requerida para o

decaimento por psitron 1,02 Mev. Captura eletrnica

Ncleos pobres em nutrons e energia de transiomenor que 1,02 Mev.

O letron da camada K incorporado ao ncleo raios X caractersticos.


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Decaimento Tipos:

ou + ou +

TRANSIA ISOMRICA a transio do estado metaestvel para o basal , no

altera o nmero atmico. Tc 99m ocorre do decaimento do Mo-99 T1/2 = 6 horas tempo que permite separar o

radionucldeo metaestvel do radionucldeo pai e

a sua aplicao para imagens clnicas. Radiao pura no associada a partculas Baixa energia Baixas doses de radiao para o paciente


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Emisso gama ()

A emisso de ftons acompanha as emisses e . Origina-se de ncleos instveis excitados Ocorre em larga escala de energia. As energias de maior aplicabilidade em imagens convencionais de

fton-nico em aplicaes clnicas variam entre 80 e 400 KeV. Abaixo de 80 KeV trazem dificuldades- atenuao e espalhamento. Energia superior a 400 KeV eficincia da gama-cmera. Os ftons de 511 keV aniquilao de psitron e negatron

PET

OBS: radiao caracterstica = raios X caractersticos.


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Radiao alfa Radiao beta


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Decaimentos e

Ngatron


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RADIOATIVIDADE 2

Profa.Dra. Ana Mendona

UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO

CENTRO DE CINCIAS BIOLGICASDEPARTAMENTO DE BIOFSICA E RADIOBIOLOGIA


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Radiaes De acordo com efeitos provocados na matria

Ionizantes -arrancam eltrons do tomo

No ionizantes

Excitao da matria (estado mais elevado de energia)

tomo on positivo

A interao das radiaesionizantes com a matria

Transferncia de energia

para o meio irradiado

on: ganhou ou perdeu .


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Radiaes

Radiaeseletromagnticas (EM) : Raios csmicos, raios-X,

raios Gama, luz visvel

Radiaes corpusculares: Eltrons, prtons, nutrons,

partculas Beta e alfa


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Introduo

ESPECTRO ELETROMAGNTICO DAS RADIAES


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Espectro eletromagnetico

Conceito de ondas eletromagnticas (EM) So produzidas por vibraes de partculas que

possuem cargas (propriedades eltricas e

magnticas).


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Comprimento

Frequncia Quantidade de picos que passam num

determinado tempo (seg) Hertz

Ondas de radio = baixa frequncia, grandecomprimento e baixa energia

Espectro eletromagntico


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Propriedades das ondas


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Espectro eletromagntico

Comprimento de ondasso refletidos e outrosso absorvidos

Aplicao: identificarcomposio qumica;densidade; Temp

1nm= dividir o metro em um bilho de vezes


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Radiao

Radiao No-Ionizante

EXCITAO e- aumenta nvel de energia

NO ejetado

IONIZAO energia suficiente para

EJETAR e-

Radiao Ionizante

Radiaes ionizantes


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Radiaes ionizantes

RADIAO

Interao da radiao com a


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Interao da radiao com amatria

Interao da partcula alfa: Excitao

Ionizao (primria e secundria)- transferncia de energiapara o meio.


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Interao da radiao com a matria

Interao do ngatron (-): Repulso

Ngatron (-) repele eltrons (produzindo ons)

Interao do psitron(+): Aniquilao da matria

Psitron (+) ao se chocar com ngatron (-)

Interao da radiao com a


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Interao da radiao com amatria

Raios EM que acompanham transies nucleares

Raios XAcompanham transies eletrnicas

Interao da radiao gama e X :

Efeito fotoeltrico Efeito Compton Formao de pares (inverso da aniquilao)


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Efeito fotoeltrico

ou X transfere suaenergia total para um nico orbital ejetando-o do

tomo (ionizao).

O ejetado o fotoeltrone poder perder a energiarecebida, produzindoionizao em outros tomos


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Efeito Compton

Maior energia deRadiao

Parte da energia incidente transferida para o

e o restante cedida parao fton espalhado

O fton ter energiamenor e direo diferente

P d d


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Produo de pares

Somente quando ftonsde 1,02 MeV passamprximos do ncleo

Radiao desaparece,originando um pareltron-psitron

Perdero sua Ec pela

ionizao e excitao.


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Interao Radiao-Matria

Raios gama

Nucldeo


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Radionucldeos

R di ld


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Radionucldeos(radioistopos)

Isotopos naturais Z > 82 (famlia radioativa)

- Na biologia -uso limitado

Isotopos artificiais

- IRENE e JOLIOT CURIE

Obs: Importantes para medicina nuclear


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Produo de radionuclideos Reatores nucleares

Reator IEA R1- IPEN/SP

EX: Iodo-131 e Samrio-153


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Produo de radionuclideos

Acelerador - Ciclotron

Ex: Flor-18; Iodo-123; Glio-67 e Tlio-201


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Produo de radionuclideos

filme


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Aplicaoes dos radionuclideos

Os radioistopos podem ser usados de duasmaneiras distintas:

1FONTES DE IRRADIAO- O material

biolgico recebe apenas as radiaes emitidaspelo radionucldeo.

2 - COMO TRAADORES (radiofmacos) - O

radioistopo incorporado ao meio biolgicoque se deseja estudar.


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CARACTERSTICAS DO USO COMO FONTEDE IRRADIAO

A ESCOLHA DA FONTE - TIPO DE RADIAO EMITIDA: , , ENERGIA DA RADIAES MEIA VIDA DO RADIONUCLIDEO DISPONIBILIDADE PREO


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EXEMPLOS DO USO COMO FONTES DEIRRADIAO

MEDICINA: RADIOTERAPIA - TUMORES MALIGNOS

RADIOBIOLOGIA FUNDAMENTAL - pesquisas RADIOESTERILIZAO SERINGAS, FIOS CIRRGICOS


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Cobaltoterapia


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RADIOFRMACO

TERMINOLOGIA RADIONUCLDEO- tomos radioativos

RADIOQUIMICOS- radionuclideos+ molcula

qumica com propriedades de localizaodesejadas.

RADIOFMACOS radioqumico utilizadosem pacientes .

CARACTERISTICAS DOS RADIOFARMACOS


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IDEAIS

Fton gama com energia e quantidadeadequada para deteco externa;

Energias entre 100 e 200 keV

Meia vida efetiva adequada Marcadores ideais no devem emitir

radiaes de partcula;

Alta especificidade

CARACTERISTICAS DOS


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CARACTERISTICAS DOSRADIOFARMACOS IDEAIS

O frmaco deve ter biodistribuio adequada,ausncia de toxicidade ou efeitossecundrios;

Os radiofrmacos no devem sofredissociao nem in vitro nem in vivo

Disponiveis

Ser fceis de marcar Custo razovel


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RADIOFRMACO

GERADORES DE RADIONUCLIDEOS MOLIBDNIO-99 (66 HORAS)

FILHO TECNCIO-99M ( 6 HORAS)

RUBDIO-81 (4,5 HORAS) CRIPTNIO- 81 ( 13 SEGUNDOS)

GERMNIO 68 HORAS Glio 68 ( 68 minutos)


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RADIOFRMACO

Gerador de Mo-99 e Tc-99m Caracteristicas

Produo

Coluna de troca inica (Al2O-alumina) pH cido Blidagem de chumbo

Autoclavado controle de qualidade


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GERADOR DE 99TCm


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RADIOFRMACO

Radioiodos

ndio-111

Glio-67 marcadores sseo, tumores efocos de infeces

Tlio-201

Xennio, criptnio imagem pulmonar deventilao


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MEDICINA

CINTILOGRAFIA DE ESQUELETO 99Tcm

DIAGNSTICO DO CNCER CA-15; CA 13

ESTUDOS DA FUNO TIROIDIANA 125I ;

131I ESTUDOS RENAIS 113In; 99Tcm

ESTUDOS DE FGADO E BAO 113In +

cloreto frrico.


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RADIOFRMACO

Radiofmacos usados no tratamento da doroncolgica

Linfonodo sentinela cncer de mama Cintilografia aps 3 horas

Cirurgia 18 a 24 horas aps

Principais radioistopos usados na Medicina


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p pIstopos Principais usos

Trtio Determinao do contedo de gua no corpo.

Carbono-11 Varredura do crebro com tomografia de emisso positrnica.

Carbono-14 Ensaios de radioimunidade.

Sdio-24 Deteco de constries e obstrues do sistema circulatrio.

Fsforo-32 Deteco de tumores oculares, cncer de pele, ou tumores ps-cirrgicos.

Cromo-51Diagnstico de albumina, tamanho e forma do bao, desordensgastrointestinais.

Ferro-59 Mal funo das juntas sseas, diagnstico de anemias.

Cobalto-60 Tratamento do cncer.

Glio-67 Varredura do corpo inteiro para tumores.

Selnio-75 Varredura do pncreas.

Criptnio-81m Varredura da ventilao no pulmo.Estrncio-85 Varredura dos ossos para doenas, incluindo cncer.

Tecncio-99mUm dos mais utilizados: diagnstico do crebro, ossos, fgado, rins, msculose varredura de todo o corpo.

Iodo-131Diagnstico de mal funcionamento da glndula tireide, tratamento dohipertireoidismo e cncer tireoidal.

Mercrio-197 Varredura dos rins.


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Sistemas de geradores de radionucldeos

radioinuclideo pai T1/2 pai Radionucldeofilho

T1/2

99

Mo 66 h99m

Tc 6 hRubideo-81 4,5 h Criptnio -81m 13 seg

Germnio-68 270 d Glio-68 68 min

Telrio-132 3,2 d Iodo 132 2,3 h

Estanho- 113 115 d ndio-113m 1,7 h


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Caractersticas fsicas de radionuclideos emissores de psitrons utilizadosem medicina nuclear

Radioinuclideo T1/2 (min) Energia psitron(MEV)

Penetraopartes moles(mm)

Mtodo deProduo

11C 20 0,96 4,1 acelerador15O 2 1,73 7,3 acelerador18F 110 0,635 2,4 acelerador

68Ga 68 1,9 8,1 Gerador(68Ge)

PROPRIEDADES NUCLEARES 18F


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PROPRIEDADES NUCLEARES 18F Meia Vida: 109,7 min

Decaimento: + (97%), EC (3%)

E + mxima: 6,35 KeV

Alcance Mxima: 2,4 mm(H2O)


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ANIQUILAO


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Imagens cerebrais utilizando o 18F-FDG obtidas com o PET. esquerda imagem de um crebro normal e direita um

paciente drogado com cocana.


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APLICAES

PET
http://static.hsw.com.br/gif/nuclear-medicine-brain.gif


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CINTILOGRAFIA SSEA
http://rad.med.hoje.zip.net/images/hueso.png


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TRAADORES RADIOATIVOS

DESVANTAGENS: TCNICAS ESPECIAIS

APARELHAGEM CARA

CUSTO ELEVADO DAS SUBSTNCIASMARCADAS

POSSIBILIDADE DE DANOS NO SISTEMAPROVOCADA PELA RADIAO

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