Microsoft Word - Biofisica

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INSTITUTO DE EDUCAO INTEGRADA ALBERT EINSTEIN

Biofsica das Radiaes e Radioproteol. Prof. Jerry Williamis l. Alves

Belm-Par

INSTITUTO DE EDUCAO INTEGRADA ALBERT EINSTEINAluno (a):

Professor Disciplina

Jerry Williamis l. AlvesBiofsica das Radiaes e Radioproteo Turma

Biofsica das RadiaesESTRUTURA DA MATRIA O ferro um material, ou melhor, um elemento qumico bastante conhecido e fcil de ser encontrado. Se triturarmos uma barra de ferro, obteremos pedaos cada vez menores, at atingirmos um tamanho mnimo, que ainda apresentar as propriedades qumicas do ferro. Essa menor estrutura, que apresenta ainda as propriedades de um elemento qumico, denominada TOMO, que do grego significa indivisvel. Por muito tempo pensou-se que o tomo, seria a menor poro da matria e teria uma estrutura compacta. Atualmente, sabemos que o tomo constitudo por partculas menores (subatmicas), distribudas de uma forma que lembra o Sistema Solar. Existe um Ncleo, onde fica concentrada a massa do tomo e minsculas partculas que giram em seu redor, denominadas eltrons. Os eltrons so partculas de carga negativa e massa muito pequena.

de ligao dos ncleos ou energia nuclear. Denomina-se nucldeo qualquer configurao nuclear, mesmo que transitria. Num tomo neutro o nmero de prtons igual ao nmero de eltrons. O nmero de prtons identifica o elemento qumico, comandando seu comportamento em relao aos outros elementos. O elemento natural mais simples, o hidrognio, possui apenas um prton; um dos mais complexos, o urnio, tem 92 prtons, sendo o elemento qumico natural mais pesado.

Ilustrao do ncleo atmico de diferentes elementos

Modelo atmico planetrio de Bohr-Rutherford

O ncleo e energia nuclear O Ncleo do tomo constitudo de partculas de carga positiva (prtons), e de partculas de mesmo tamanho, mas sem carga (nutrons). Os prtons tm a tendncia de se repelirem, por possuir mesma carga (positiva). Como eles esto juntos no ncleo, comprovase a existncia de energia nos ncleos dos tomos com mais de uma partcula: a energia

Os istopos O nmero de nutrons no ncleo pode ser varivel, pois eles no tm carga eltrica. Com isso, um mesmo elemento qumico pode ter massas diferentes. tomos de um mesmo elemento qumico com massas diferentes so denominados istopos. O hidrognio tem trs istopos: hidrognio, deutrio e trtio. O urnio, por sua vez, possui 92 prtons e existe na natureza na forma de trs istopos: U-234, com 142 nutrons (em pequenas quantidades), U-235, com 143 nutrons (0,7%) e U-238, com 146 nutrons no ncleo (99,3%). Liberao da energia nuclear Uma vez constatada a existncia da energia nuclear, restava descobrir como utilizla. A forma imaginada para liberar a energia nuclear baseou-se na possibilidade de partir-se

ou dividir-se o ncleo de um tomo pesado, isto , com muitos prtons e nutrons, em dois ncleos menores, atravs do impacto de um nutron (fisso nuclear). A energia que mantinha juntos esses ncleos menores, antes constituindo um s ncleo maior, seria liberada, em forma de calor e outras radiaes como a Alfa, Beta ou Gama (decaimento radioativo).

no muito adequada, porque d a idia de desagregao total do tomo e no apenas da perda de sua integridade. Um termo mais apropriado decaimento radioativo, que sugere a diminuio gradual de massa e atividade. Partcula alfa ou radiao alfa Um dos processos de estabilizao de um ncleo com excesso de energia o da emisso de um grupo de partculas, constitudas por dois prtons e dois nutrons, e da energia a elas associada. As partculas alfa so na realidade ncleos de hlio (He), um gs chamado nobre, por no reagir quimicamente com os demais elementos. As partculas possuem carga +2.

Ilustrao do processo de fisso nuclear

O SURGIMENTO DA RADIOATIVIDADE O esquecimento de uma rocha de urnio sobre um filme fotogrfico virgem levou Becquerel (1896) descoberta de um fenmeno interessante: o filme foi velado (marcado) por alguma coisa que saa da rocha, na poca denominada raios ou radiaes. Outros elementos pesados, com massas prximas do urnio, como o rdio e o polnio (Marie e Pierre Curier (1898)), tambm tinham a mesma propriedade. O fenmeno foi denominado radioatividade e os elementos que apresentavam essa propriedade foram chamados de elementos radioativos. Comprovou-se que um ncleo muito energtico, por ter excesso de partculas ou de carga, tende a estabilizar-se, emitindo algumas partculas. Decaimento radioativo Como vimos anteriormente, um ncleo com excesso de energia tende a estabilizar-se emitindo partculas (alfa ou beta). Em cada emisso de uma dessas partculas, h uma variao do nmero de prtons no ncleo, isto , o elemento se transforma ou se transmuta em outro, de comportamento qumico diferente. Essa transmutao tambm conhecida como desintegrao radioativa, designao

Emisso alfa

Partcula beta ou radiao beta Outra forma de estabilizao, quando existe no ncleo um excesso de nutrons em relao a prtons, atravs da emisso de uma partcula negativa, um eltron, com carga -1, resultante da converso de um nutron em um prton. a partcula beta negativa ou, simplesmente, partcula beta. No caso de existir excesso de cargas positivas (prtons), emitida uma partcula beta positiva, chamada psitron, resultante da converso de um prton em um nutron.

Emisso beta

Portanto, a radiao beta constituda de partculas emitidas por um ncleo, quando da transformao de nutrons em prtons (partculas beta) ou de prtons em nutrons (psitrons).

Radiao gama Geralmente, aps a emisso de uma partcula alfa () ou beta (), o ncleo resultante desse processo, ainda com excesso de energia, procura estabilizar-se, emitindo o excesso em forma de onda eletromagntica, da mesma natureza da luz, sem carga eltrica, denominada radiao gama.

paciente, a fim de destruir as clulas cancergenas de um rgo. Exemplos: A fonte radioativa posicionada a certa distncia do paciente e a irradiao se d por feixe colimado (teleterapia). A fonte radioativa posicionada em contato direto com o tumor ou inserida no mesmo (braquiterapia).

Emisso gama

Radiao Podemos ento definir a radiao como uma maneira de propagao de energia, na forma de ondas eletromagnticas ou de partculas. A onda eletromagntica uma forma de energia, constituda por campos eltricos e campos magnticos, variveis e oscilando em planos perpendiculares, capaz de se propagar pelo espao. No vcuo, sua velocidade de propagao de 3 x 105 km/s. Consideramos como radiao ionizante qualquer partcula ou radiao eletromagntica que, ao interagir com a matria, "arranca" eltrons dos tomos ou de molculas, transformando-os em ons, direta ou indiretamente. Assim, a partcula alfa, partcula beta e a radiao gama, emitidas por fontes radioativas, bem como os raios-X, emitidos pelos respectivos aparelhos, so radiaes ionizantes.

Ilustrao de uma sesso de teleterapia.

Recentemente, os materiais radioativos tm sido utilizados tambm para o tratamento da dor. o caso do uso de Sm em pacientes portadores de metstases sseas de cncer, nos quais o uso de analgsicos potentes no surtem efeitos. Atividade de uma amostra Os ncleos instveis de uma mesma espcie (mesmo elemento qumico) e de massas diferentes, denominados radioistopos, no realizam todas as mudanas ao mesmo tempo. As emisses de radiao so feitas de modo imprevisto e no se pode adivinhar o momento em que um determinado ncleo ir emitir radiao. Entretanto, para a grande quantidade de tomos existentes em uma amostra de material radioativo razovel esperar-se certo nmero de emisses ou transformaes em cada segundo. Essa taxa de transformaes denominada atividade da amostra. A atividade de uma amostra com tomos radioativos (ou fonte radioativa) medida em: Bq (Becquerel) = uma desintegrao/segundo 1 Ci (Curier) = 37 GBq Meia-vida Cada elemento radioativo, seja natural ou obtido artificialmente, se transmuta (se desintegra ou decai) a uma velocidade que lhe

Efeito provocado pelas radiaes ionizantes

Aplicaes das Radiaes na medicina Uma das mais brilhantes aplicaes da radioatividade so os tratamentos mdicos. Nestas prticas, a radiao direcionada ao

caracterstica. Para se acompanhar a durao (ou a vida) de um elemento radioativo foi preciso estabelecer uma forma de comparao. Por exemplo, quanto tempo leva para um elemento radioativo ter sua atividade reduzida metade da atividade inicial? Esse tempo foi denominado meia-vida do elemento. Meia-vida, portanto, o tempo necessrio para a atividade de um elemento radioativo ser reduzida metade da atividade inicial. Isso significa que, para cada meia-vida que passa, a atividade vai sendo reduzida metade da anterior, at atingir um valor insignificante, que no permite mais distinguir suas radiaes das do meio ambiente. Dependendo do valor inicial, em muitas fontes radioativas utilizadas em laboratrios de anlise e pesquisa, aps 10 (dez) meias-vidas, atingisse esse nvel. Entretanto, no se pode confiar totalmente nessa receita, pois, em vrias fontes usadas na indstria e na medicina, mesmo aps 10 meias-vidas, a atividade dessas fontes ainda alta. Como exemplo, temos o caso do iodo-131, utilizado em Medicina Nuclear para exames de tireide, que possui a meia-vida de oito dias. Isso significa que, decorridos 8 dias, a atividade ingerida pelo paciente ser reduzida metade. Passados mais 8 dias, cair metade desse valor, ou seja, da atividade inicial e assim sucessivamente. Aps 80 dias (10 meias-vidas), atingir um valor cerca de 1000 vezes menor.

at poucos metros no ar e tm um poder ionizante bem menor do que as partculas alfa. Embora a radiao gama e os raios-x sejam as radiaes mais penetrantes, seu poder de ionizao baixo em relao s partculas alfa e beta. Os nutrons se comportam de uma forma mais complexa ao atravessar a matria, no interagindo por fora coulombiana (das cargas eltricas), caracterstica das outras radiaes. Os nutrons de grande energia (nutrons rpidos) atravessam materiais m