HISTÓRICO DA RADIOTERAPIA e NOÇÕES DE FÍSICA NUCLEAR MSc.Leonardo Peres da Silva Física Médica – Radioterapia

HISTÓRICO DA HISTÓRICO DA RADIOTERAPIA e NOÇÕES RADIOTERAPIA e NOÇÕES

DE FÍSICA NUCLEARDE FÍSICA NUCLEAR

MSc.Leonardo Peres da SilvaMSc.Leonardo Peres da Silva

Física Médica – RadioterapiaFísica Médica – Radioterapia

HISTÓRICO DA RADIOTERAPIAHISTÓRICO DA RADIOTERAPIA

1895 - Roentgen : 1895 - Roentgen :

novo tipo de radiaçãonovo tipo de radiação

Raio XRaio X


1895 - Roentgen : Raio X 1895 - Roentgen : Raio X – Enegrecer filmes fotográficosEnegrecer filmes fotográficos– Atravessar cobre, chumbo e prataAtravessar cobre, chumbo e prata– intensidade da fluorescência - inversamente intensidade da fluorescência - inversamente

proporcional d² proporcional d²

mão de sua esposa : primeira radiografia mão de sua esposa : primeira radiografia

humanahumana



Uso indiscriminado dos Raios XUso indiscriminado dos Raios X

1.1. Localização dos pés em sapatosLocalização dos pés em sapatos

2.2. Show em praças públicas (uso de telas Show em praças públicas (uso de telas fluorescentes)fluorescentes)

HISTÓRICO DA RADIOTERAPIA HISTÓRICO DA RADIOTERAPIA

1898: Antonie Henry Becquerel: descobriu 1898: Antonie Henry Becquerel: descobriu radioatividaderadioatividade

– elementos encontrados na natureza PODEMelementos encontrados na natureza PODEM

Emitir raios GamaEmitir raios Gama

-Pechblenda: 60% de Urânio-Pechblenda: 60% de Urânio


1898 - Marie e Pierre Curie: descoberta do 1898 - Marie e Pierre Curie: descoberta do polônio e o Radio.polônio e o Radio.

1º elemento isolado: Polônio1º elemento isolado: Polônio2º elemento isolado: Radio2º elemento isolado: Radio

O Rádio (RaO Rádio (Ra226226) foi o primeiro elemento utilizado ) foi o primeiro elemento utilizado como fonte em radioterapia. Surgimento da como fonte em radioterapia. Surgimento da BRAQUITERAPIABRAQUITERAPIA


Primeira mulher a ganhar um premio Nobel


Primeiro relato de contaminaçãoPrimeiro relato de contaminação- os pintores de relógio utilizavam tinta fluorescente os pintores de relógio utilizavam tinta fluorescente

comcom RaRa226226 e molhavam o pincel na língua e molhavam o pincel na língua

Diferença entre :Diferença entre :

CONTAMINAÇÃO x EXPOSIÇÃOCONTAMINAÇÃO x EXPOSIÇÃO


Becquerel : primeiro relato de experiência Becquerel : primeiro relato de experiência em radiobiologia:em radiobiologia:– tubo de radio - bolsotubo de radio - bolso– Eritema - 2 semanas ulceraçãoEritema - 2 semanas ulceração

1901: Pierre repetiu: “queimadura” com 1901: Pierre repetiu: “queimadura” com radio em seu próprio braçoradio em seu próprio braço



Após a segunda guerra, com o advento dos Após a segunda guerra, com o advento dos ciclótrons, começou a após a segunda guerra com ciclótrons, começou a após a segunda guerra com o advento produção artificial de fontes com o advento produção artificial de fontes com energias maiores que poderiam ser usadas em energias maiores que poderiam ser usadas em teleterapia.teleterapia.

Surgimento do primeiro aparelho de teleterapia: Surgimento do primeiro aparelho de teleterapia: Bomba de cobalto (coBomba de cobalto (co6060 – artificial) – artificial)

EEmedia = media = 1,25MeV1,25MeV Substituição do RaSubstituição do Ra226226 (natural) E (natural) Emediamediaaprox. 1Mev aprox. 1Mev

pelo Cspelo Cs137137(artificial) E(artificial) Emediamedia= 0,662MeV.= 0,662MeV.


ÁTOMOÁTOMO

Tauhata L, Fundamentos de radioproteção e dosimetria – IRD - CNEN

NÚCLEONÚCLEO

NUCLEONS: prótons , nêutronsNUCLEONS: prótons , nêutrons

Modelos de distribuição das partículas no Modelos de distribuição das partículas no núcleo:núcleo:

Camadas, partículas simples , gotícula e Camadas, partículas simples , gotícula e outros.outros.

DISTRIBUIÇÃO DOS NUCLEONSDISTRIBUIÇÃO DOS NUCLEONS

Energia de ligação do núcleo

Princípio de exclusão de pauli

Estado fundamental

MODELO DE CAMADAS

ESTRUTURA EXTRANUCLEARESTRUTURA EXTRANUCLEAR

Os elétrons estão dispostos em camadas ou níveis Os elétrons estão dispostos em camadas ou níveis de energiade energia

Os elétrons de camadas mais afastadas podem Os elétrons de camadas mais afastadas podem “pular” para uma mais interna (de maior energia “pular” para uma mais interna (de maior energia de ligação) caso exista uma vacância, podendo de ligação) caso exista uma vacância, podendo assim emitir a diferença de energia entre os níveis assim emitir a diferença de energia entre os níveis em forma de radiação.em forma de radiação.

NÍVEIS DE ENERGIA e NÍVEIS DE ENERGIA e ÓRBITAIS EXTRANUCLEARÓRBITAIS EXTRANUCLEAR

ORBITAIS(região onde os elét. tem gde prob. de serem localizados-conc. Quantico e pode ter a forma circular ou elíptica) X CAMADAS (níveis de energia)

PARTÍCULAS ELEMENTARESPARTÍCULAS ELEMENTARES

PARTÍCULAS CARACTERÍSTICAS CURIOSIDADES

prótons Carga positiva Massa de repouso = 938.26MeV Alto LET

neutrons Não tem carga Massa de repouso = 939.55MeV Pode gerar ativação

elétrons Carga negativa Massa de repouso = 0.511MeV Trajetória aleatória na matéria

neutrino Não tem carga Massa igual a do elétron Difícil detecção – valor alto do livre caminho médio(1/)

positron Carga positiva Massa igual ao do elétron Aniquila-se ao encontrar um elétron

NATUREZA QUÂNTICA DA NATUREZA QUÂNTICA DA RADIAÇÃORADIAÇÃO

o que é radiação?o que é radiação? tipos de radiação: mecânica e eletromagnéticatipos de radiação: mecânica e eletromagnética A radiação eletromagnética se propaga em “blocos” A radiação eletromagnética se propaga em “blocos”

denominados fótons.denominados fótons. Cada fóton viaja com a velocidade da luz ( C) e Cada fóton viaja com a velocidade da luz ( C) e

carrega uma certa quantidade de energia dada por:carrega uma certa quantidade de energia dada por:

E = hE = h

h = constante de planck = 6.63 x 10h = constante de planck = 6.63 x 10-34-34

j/sj/s = freqüência da fonte (oscilação de uma carga = freqüência da fonte (oscilação de uma carga

elétrica)elétrica)

ESPECTRO ESPECTRO ELETROMAGNÉTICOELETROMAGNÉTICO

IONIZANTE E NÃO-IONIZANTE

Ativação, Excitação e IonizaçãoAtivação, Excitação e Ionização

AtivaçãoAtivação: Ocorre quando a radiação incidente interage com o : Ocorre quando a radiação incidente interage com o núcleo do átomo, tornando este instável com o excesso de núcleo do átomo, tornando este instável com o excesso de energia que ganhou. O núcleo se desfaz deste excesso energia que ganhou. O núcleo se desfaz deste excesso emitindo radiação.emitindo radiação.

IonizaçãoIonização: Ocorre quando a radiação tem energia suficiente : Ocorre quando a radiação tem energia suficiente para transferir ao elétron e arranca-lo do átomo, ou de seu para transferir ao elétron e arranca-lo do átomo, ou de seu orbital de equilíbrio, tornando-o livre. Neste caso a radiação orbital de equilíbrio, tornando-o livre. Neste caso a radiação incidente é classificada como ionizante.incidente é classificada como ionizante.

ExcitaçãoExcitação: Este fenômeno ocorre quando a radiação incidente : Este fenômeno ocorre quando a radiação incidente não transferiu energia suficiente para arrancar os elétrons do não transferiu energia suficiente para arrancar os elétrons do átomo, ou seja, torna-los livre. Neste caso, os elétrons são átomo, ou seja, torna-los livre. Neste caso, os elétrons são deslocados de seus orbitais de equilíbrio para outros mais deslocados de seus orbitais de equilíbrio para outros mais energéticos e ao retornarem emitem a energia excedente em energéticos e ao retornarem emitem a energia excedente em forma de radiação, que pode ser luz ou raios X característicosforma de radiação, que pode ser luz ou raios X característicos..

Ativação, Excitação e IonizaçãoAtivação, Excitação e Ionização

TEORIA RELATIVÍSTICATEORIA RELATIVÍSTICA

MASSA e ENERGIAMASSA e ENERGIA

a massa é uma quantidade de energia e ambas são a massa é uma quantidade de energia e ambas são relacionada através da equação: relacionada através da equação:

MASSA e VELOCIDADEMASSA e VELOCIDADE

Para velocidades próximas a da luz, a massa não é Para velocidades próximas a da luz, a massa não é mais constantemais constante

2

21

omMVc

20E m c

DECAIMENTO RADIOATIVODECAIMENTO RADIOATIVO

Emissão de radiaçãoEmissão de radiação

- Isotopos x instabilidade nuclear (nem todo Isotopos x instabilidade nuclear (nem todo isotopo é instável)isotopo é instável)

- - Na busca incesante do equilíbrio nuclear o átomo Na busca incesante do equilíbrio nuclear o átomo emite o “excesso” de energia em forma de emite o “excesso” de energia em forma de radiação(O núcleo formado é mais organizado radiação(O núcleo formado é mais organizado do que o anterior)do que o anterior)


Tauhata L, Fundamentos de radioproteção e dosimetria – IRD - CNEN

TIPOS DE RADIAÇÃOTIPOS DE RADIAÇÃO

Beta positivo (Beta positivo (++) ) Ocorre em núcleos com excesso de Ocorre em núcleos com excesso de prótons. Neste caso um próton se transforma em um prótons. Neste caso um próton se transforma em um nêutron emitindo uma partícula βnêutron emitindo uma partícula β++ e um neutrino ( e um neutrino (). ).

neutrino é uma partícula sem carga e de massa muito neutrino é uma partícula sem carga e de massa muito pequena em comparação ao elétron. pequena em comparação ao elétron.

P P →→ n + β n + β++ + +

Neste caso o núcleo inicial se transforma num Neste caso o núcleo inicial se transforma num núcleo .núcleo .

→ →

AZ X 1

AZ X


pósitron (pósitron (++) :) :

Um pósitron tem a mesma massa de um elétron, Um pósitron tem a mesma massa de um elétron, porém o sinal de sua carga é positivo. È conhecido porém o sinal de sua carga é positivo. È conhecido também pelo nome de o anti-elétron. Um pósitron, também pelo nome de o anti-elétron. Um pósitron, na matéria, tem uma vida muito curta, pois este na matéria, tem uma vida muito curta, pois este logo se encontra com um elétron e ambos logo se encontra com um elétron e ambos desaparecem e se transformam em dois fótons, desaparecem e se transformam em dois fótons, cada um com energia de 0,511MeV, cada um com energia de 0,511MeV, diametralmente opostos. diametralmente opostos.


Beta negativo (Beta negativo (--) ) (ELÉTRON DE ORIGEM NUCLEAR) (ELÉTRON DE ORIGEM NUCLEAR) Ocorre em núcleos com excesso de nêutrons. Neste caso um Ocorre em núcleos com excesso de nêutrons. Neste caso um

nêutron se transforma em um próton emitindo uma partícula nêutron se transforma em um próton emitindo uma partícula ββ-- e um anti-neutrino ( ). e um anti-neutrino ( ).

Este último é a anti-partícula do neutrino como prevê o Este último é a anti-partícula do neutrino como prevê o modelo padrão. modelo padrão.

A transformação de nêutron em próton está simbolizada A transformação de nêutron em próton está simbolizada abaixo:abaixo:

n n →→ P + β P + β-- + + Neste caso o núcleo inicial se transforma num núcleo Neste caso o núcleo inicial se transforma num núcleo

→→

AZ X

AZ XZ+1


A radiação βA radiação β-- emitida possui um espectro de energia que emitida possui um espectro de energia que vai desde o valor zero até um valor máximo. Isto ocorre, vai desde o valor zero até um valor máximo. Isto ocorre, porque ela compartilha energia com o neutrino (anti-porque ela compartilha energia com o neutrino (anti-neutrino) e, portanto não sabemos a quantidade de energia neutrino) e, portanto não sabemos a quantidade de energia que a partícula β ficou e nem a quantidade que o neutrino que a partícula β ficou e nem a quantidade que o neutrino ficou. Podemos dizer que está dentro de uma faixa de ficou. Podemos dizer que está dentro de uma faixa de valores de energia, com uma faixa mais provável de valores de energia, com uma faixa mais provável de ocorrerocorrer


Alfa (Alfa () ) Ocorre em núcleos com o número elevado de prótons e Ocorre em núcleos com o número elevado de prótons e nêutrons. nêutrons.

Quando este número é elevado o núcleo pode se tornar instável Quando este número é elevado o núcleo pode se tornar instável porque a repulsão entre os nucleons pode superar a força que os porque a repulsão entre os nucleons pode superar a força que os mantém coesos (força nuclear forte). mantém coesos (força nuclear forte).

Uma partícula α é composta por dois prótons e dois nêutrons, ou seja, Uma partícula α é composta por dois prótons e dois nêutrons, ou seja, o núcleo do átomo o núcleo do átomo 44He. He.

Um átomo ao emitir uma partícula α se transforma em outro átomo . Um átomo ao emitir uma partícula α se transforma em outro átomo . Geralmente numa emissão de uma partícula α o átomo emite, Geralmente numa emissão de uma partícula α o átomo emite, também, raios γ, devido os seus nucleons ficarem desestabilizados. também, raios γ, devido os seus nucleons ficarem desestabilizados. Um exemplo do processo de emissão de partícula α será dado abaixo:Um exemplo do processo de emissão de partícula α será dado abaixo:

→ → + + 44He + 5,2 MeV (luz ou calor)He + 5,2 MeV (luz ou calor)

23994 Pu

23592 U


A partícula α emitida possui energia discreta, ou A partícula α emitida possui energia discreta, ou seja, monoenergética, ao contrário da partícula β seja, monoenergética, ao contrário da partícula β que possui um espectro largo de energia. que possui um espectro largo de energia.

A figura mostra um exemplo do espectro discreto A figura mostra um exemplo do espectro discreto de emissão de uma partícula α de 3 MeV.de emissão de uma partícula α de 3 MeV.

Energia (MeV)

Intensidade

3


Probabilístico:Probabilístico: Descrição da equação:Descrição da equação:

0

0

0

0

0

ln ln

ln

o

N t

N

t

t

dNN

dt

dNdt

dt

N N t

Nt

N

Ne

N

N N e

ATIVIDADE(A)ATIVIDADE(A)

é o número de transformações nucleares por é o número de transformações nucleares por unidade de tempounidade de tempo

A= dN/dTA= dN/dT unidade no SI: Bequerel(Bq) = desintegrações/sunidade no SI: Bequerel(Bq) = desintegrações/s

Currie (ci): 1ci = 3,7 x 10Currie (ci): 1ci = 3,7 x 101010BqBq

Definição de Currie: Número de desintegrações por Definição de Currie: Número de desintegrações por segundo ocorrido em 1g de Rasegundo ocorrido em 1g de Ra226226..


Meia-vida: Tempo necessário para que o número Meia-vida: Tempo necessário para que o número de átomos radioativos de uma amostra caia pela de átomos radioativos de uma amostra caia pela metade.metade.

Vida média: tempo necessário para que o número Vida média: tempo necessário para que o número de átomos radioativos de uma amostra caia de 1/e.de átomos radioativos de uma amostra caia de 1/e.


Meia-vida biológica e efetivaMeia-vida biológica e efetiva

Meia-vida biológica: é o tempo necessário que o Meia-vida biológica: é o tempo necessário que o material radioativo é eliminado pelo corpomaterial radioativo é eliminado pelo corpo

Meia-vida efetiva = combinação da meia-vida Meia-vida efetiva = combinação da meia-vida física com a biológica.física com a biológica.

1/meia-vida efetiva = 1/meia-vida física + 1/meia-vida biológica1/meia-vida efetiva = 1/meia-vida física + 1/meia-vida biológica

EQUILÍBRIO RADIOATIVOEQUILÍBRIO RADIOATIVO O número de núcleos filhos alcança o número de O número de núcleos filhos alcança o número de

núcleos pai.núcleos pai.

FIMFIM

OBRIGADO!!!!OBRIGADO!!!!

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