Objetivo Familiarizarse con el conocimiento básico en
física de las radiaciones; magnitudes dosimétricas
y unidades para realizar cálculos relacionados; diferentes
tipos de detectores de radiación y sus
características, sus principios de operación y
limitaciones.
Contenidos Estructura atómica Decaimiento radiactivo
Producción de radionucleidos Interacción de la
radiación ionizante con la materia Magnitudes y unidades
de radiación Detectores de radiación
El atomo La estructura del núcleo Protones y neutrones =
nucleones Z Protones con carga eléctrica positiva(1.6
×10-19 C) Neutrones sin carga (neutral) Número de
nucleones = número másico A La estructura fuera del
núcleo Z Electrones (partículas ligeras con carga
eléctrica), carga de igual magnitud que el protón
pero negativa
Identificación de un isótopo (Gp:) Número
Atómico (Gp:) Número de Neutrones (Gp:) Masa
Atómica
Ernest Rutherford, 1871-1937
Energía de union del electron Los electrones del
átomo pueden tener sólo niveles discretos de
energía Para remover un electrón de su orbital ?E ?
energía de unión del electrón Orbitales
discretos alrededor del núcleo:K, L, M, … El
orbital K tiene energía máxima (i.e. estabilidad)
La energía de unión decrece cuando Z crece
Número máximo de electrones en cada orbital:2 en K,
8 en el orbital L, …
Ionización – excitación (Gp:) Energía
Desexcitación (Gp:) Radiación característica
(Gp:) electron- Auger
Los niveles de energía del núcleo Los nucleones
pueden ocupar diferentes niveles de energía y el
núcleo puede estar presente en un estado de base o en
estado de excitación. Un estado de excitación puede
alcanzarse agregando energía al núcleo. Al
desexcitarse el núcleo emitirá el exceso de
energía por emisión de partículas o por
radiación electromagnética. En este caso, la
radiación electromagnética es llamada rayo gamma.
La energía del rayo gamma será la diferencia en
energías entre los diferentes niveles de energía
del núcleo. (Gp:) Niveles ocupados (Gp:) ~8 MeV (Gp:) 0
MeV (Gp:) ENERGÍA (Gp:) Emisión de partícula
(Gp:) Rayo gamma (Gp:) Desexcitación (Gp:)
Excitación
Transición isomerica Normalmente el núcleo excitado
atravesará una desexcitación en pico segundos. En
algunos casos, sin embargo, se puede medir un tiempo medio de
residencia en el nivel excitado. La desexcitación de tal
nivel se llama transición isomérica (TI). Esta
propiedad del núcleo se distingue en la etiqueta del
nucleido agregando una letra “m” del siguiente modo:
tecnecio-99m, Tc-99m o 99mTc
(Gp:) Energía (Gp:) partículas y/o fotones
Excitación del núcleo
(Gp:) Partícula alfa Partícula beta (Gp:)
Radiación gamma Desexcitación nuclear
Conversión interna (Gp:) Radiación
característica (Gp:) Electrón de
conversión
Espectro de radiación gamma(características de los
núcleos) (Gp:) Energía del Fotón (keV) (Gp:)
Conteos por canal
(Gp:) Rayos X y g (Gp:) IR (Gp:) UV (Gp:) IR: infrarojo, UV:
ultravioleta Los fotones son parte del espectro
electromagnético
Física de las Radiaciones SubMódulo 2 Decaimiento
radiactivo
Núclidos estables (Gp:) Fuerzas electrostáticas de
largo alcance (Gp:) Fuerzas nucleares de corto alcance (Gp:) p
(Gp:) p (Gp:) n (Gp:) Linea de estabilidad (Gp:) Número de
Protones (Z) (Gp:) Número de Neutrones (N)
Núclidos estables e inestables (Gp:) Muchos neutrones para
la estabilidad (Gp:) Muchos protones para la estabilidad (Gp:)
Número de Protones (Z) (Gp:) Número de Neutrones
(N)
Fisión El núcleo es dividido en dos partes,
fragmentos de fisión, y 3 o 4 neutrones. Ejemplos: Cf-252
(expontáneo), U-235 (inducido) decaimiento – a El
núcleo emite un partícula a (He-4). Ejemplos:
Ra-226, Rn-222 decaimiento – b Demasiados neutrones dan por
resultado decaimiento b- n = >p+ + e- + n Ejemplo: H-3, C-14,
I-131. Demasiados protones resultan en decaimiento b+ p+ = > n
+ e+ + n Ejemplos: O-16, F-18 O captura electrónica (EC)
p+ + e- = > n + n Ejemplos: I-125, Tl-201 Decaimiento
radiactivo
(Gp:) Es imposible saber en que momento un determinado
núcleo radiactivo decaerá. Sin embargo, es posible
determinar la probabilidad de decaimiento en un momento en
particular. En una muestra de N núcleos el número
de decaimientos por unidad de tiempo es: Decaimiento
radiactivo
El número de núcleos radiactivos que decaen por
unidad de tiempo 1 Bq (becquerel) = 1 desintegración por
segundo Actividad
1 Bq es una magnitud pequeña 3000 Bq en el cuerpo
provenientes de fuentes naturales 20,000,000 a 1,000,000,000 Bq
en exámenes de medicina nuclear
Múltiplos & prefijos (Actividad)
Henri Becquerel, 1852-1908
Marie Curie, 1867-1934
Decaimiento de padre a hijo A C B ?1 ?2
Decaimiento padres – hijos (Gp:) Equilibrio secular TB<<TA
˜ 8 Actividad de Padres Actividad de Hijos Número de
vidas medias del Hijo Actividad (unidades arbitrarias) Equilibrio
transitorio TA ˜ 10 TB Actividad de Padres Actividad de
Hijos Actividad (unidades arbitrarias) (Gp:) Sin equilibrio TA
˜ 1/10 TB (Gp:) Actividad de Padres (Gp:) Actividad de
Hijos (Gp:) Número de vidas medias del Hijo (Gp:)
Actividad (unidades arbitrarias) Número de vidas medias
del Hijo
Mo-99 ? Tc-99m (Gp:) Mo-99 (Gp:) 87.6% (Gp:) Tc-99m (Gp:) ? 140
keV T½ = 6.02 h (Gp:) Tc-99 (Gp:) ß- 292 keV
T½ = 2×105 y (Gp:) Ru-99 estable (Gp:) 12.4% (Gp:)
ß- 442 keV ? 739 keV T½ = 2.75 d
Irene Curie, 1897-1956Frederic Joliot, 1900-1958
Física de las Radiaciones SubMódulo 4
Interacción de la radiaciónionizante con la
materia
Radiación ionizante Partículas cargadas
Partículas alfa Partículas beta Protones
Partículas sin carga Fotones (gamma – rayos X) Neutrones
Cada partícula individual puede causar ionización,
directa o indirectamente.
Interacción de partículas cargadas con la materia
(Gp:) pesada (Gp:) ligera (Gp:) Macroscópico
Microscópico
(Gp:) Partículas beta (Gp:) Partículas alfa
Transmisión de particulas cargadas
Alcance medio de partículas b- (Gp:) Alcance medio (Gp:)
Energía (MeV)
Radiación de frenado (Gp:) Fotón (Gp:)
Electrón
Producción de radiación de frenado Cuanto mayor es
el número atómico del blanco de rayos X, mayor es
el rendimiento Cuanto mayor es la energía del
electrón incidente, mayor la probabilidad de la
producción de rayos X A cualquier energía del
electrón, la probabilidad de generar rayos X decrece con
el incremento de la energía de los rayos X
Producción de rayos X Electrones de alta energía
impactan un blanco (metálico) donde parte de su
energía se convierte en radiación. (Gp:) Blanco
(Gp:) Electrones (Gp:) Rayos X (Gp:) Energía baja a media
(10-400 keV) (Gp:) Alta energía > 1MeV
Tubo de rayos X para una producción media y baja de rayos
X (Gp:) Fuente de Alto Voltaje (Gp:) Cátodo (Gp:)
Electrones (Gp:) Tubo al vacio (Gp:) Blanco de Tugsteno (Gp:)
Ánodo de cobre (Gp:) Rayos X
Mega voltaje rayos X (linac) (Gp:) Blanco (Gp:) Electrones (Gp:)
Rayos X
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