MEDICINA NUCLEAR ANOTACIONES DE CLASES CLASE N1 INTRODUCCION A LOS PRINCIPIOS FISICOS DE LAS RADIACIONES IONIZANTES Estudiamos que efectos tienen las radiaciones ionizantes sobre los organismos vivos para poder explicar los fenómenos de diagnostico y de tratamiento. Se dictan contenidos de medicina nuclear y de radioterapia. Que entiende por Atomo Radiación electromagnética Radiación ionizante Radiactividad Defecto de masa ATOMO Es la parte mas pequeña en la que podemos dividir a la materia sin perder las propiedades puras de un material . Atomo significa a( sin) tomo (división). Sin división. Hoy en dia se sabe que el atomo si se puede dividir en los elementos que lo conforman. Proton neutrón electrones. Sabemos que los electrones orbitales giran alrededor del nucleo. En el nucleo encontramos uno o mas protones y neutrones. Numero atomico (z): indica la cantidad de protones que hay dentro del nucleo. Esta cantidad de protones va a ser muy determinante en la estructura orbital de los electrones y los atomos interaccionan unos con otros por medio de la estructura orbital, por lo tanto ese num atomico va a configurar como los atomos se comportan y las propiedades que tienen. El Z identifica al atomo y nos permite ponerle un nombre. Proton carga eléctrica positiva, tiene mucha mas masa que los electrones. Dentro del nucleo también encontramos los neutrones(N), que junto con los protones los llamamos NUCLEONES(A). Los nucleones están representados por el numero masico(A), que nos da la nocion de cuanta masa hay en el nucleo. A=Z+N Neutrones tienen masa parecida a los protones, estos no tienen carga eléctrica. El electron posee la misma carga que el proton pero de signo contrario, es negativo. ¿El atomo esta vacio? NO, Hay un inmeso campo electromagnético entre el nucleo y la estructura orbital. Niveles energéticos de ligadura Nube electrónica (capas donde se van situando los electrones s, p d, se van acomodando los electrones) nivel de mayor energía es la capa k, tiene una fuerte atracción por los protones del nucleo. la energía se vuelve mas negativa allí. Debo pagarle al atomo la energía de ese electron en esa capa para que el electron pueda ser liberado. Capa k fuerte atracción con el nucleo. En las capas externas esa fuerza es mas débil. Entre una capa y la otra los electrones prefieren irse hacia el nucleo (mas cerca) porque están ¨mas comodos¨ lugar de menos energía. Capas mas externas están electrones de valencia responsable de los enlaces entre los atomos. Energía emitida cuando un electron se acerca al nucleo o absorbida cuando el electron se escapa del nucleo. Energía de ligadura cero: electron libre. RADIO ATOMICO Se define como la mitad de la distancia entre dos nucleos adyacentes de un elemento. Disminuye al aumentar el z Impacta en los conceptos de densidad Isotopos: Mismo Z mismo atomo Hidrogeno, deuterio, tritio, mismo Z, distintos neutrones N, son ISOTOPOS del hidrogeno Tienen distintas actividades. isotoNos atomos mismo numero de neutrones y difieren en el numero de protones, por lo tanto si son distintos atomos. Isobaros: atomos que tienen mismo numero de nucleones, dif nume de protones o neutrones pero tienen la misma cantidad de elementos constitutivos en el nucleo. Isómeros: mismo nume de protones y de neutrones, pero difieren en el estado energético del nucleo. Puede haber un estimulo que haga que tengan la misma energía. Emitiéndose una energía (rayo gamma por ej) puede volver al mismo estado. Rayo gamma: emitida por el nucleo. RADIACION ELECTROMAGNETICA no poseen masa. Las ondas electromagnéticas en el vacio viajan a la vel. De la luz Es un concepto complejo, la luz es radiación electromagnética. Radiación hace referencia a una energía que se propaga en el espacio. En transito. Dos alternativas: energía viaja en forma de un campo eléctrico y magnético. Otra alternativa es que la energía viaje en forma de particula. (electron , proton, neutrón, particula alfa,) Todos los objetos se encuentran emitiendo radiaciones y reciben radiaciones. Radiación ionizante. Radiaciones electromagenticas que sean ionizantes. Son aquellas que al interaccionar con la materia logren rompen enlaces generando iones, provocando alteraciones . No sucede con cualquier radiacion electromagnética. Se necesita superar un umbral que se va a encontrar entre rayos x y gmma . También pueden ser partículas. La radiación ultravioleta en grandes cantidades puede ser ionizante. Que le pasa a los tejidos biológicos con la radiación? Nucleos estables(no radioactivos) 4 fuerzas fundamentales en la naturaleza -fuerza de la gravedad- siempre es atractiva. Intervienen masas. -fuerza coulombiana(eléctrica) -cargas positivas y negativas. Fuerzas de atracción o repulsión. -fuerza nuclear fuerte-atractiva. mucho mas fuerte e intensa que la fuerza de repulsión de las cargas positivas que generan los protones dentro del nucleo. -fuerza nuclear débil- se encarga de trasformar protones en neutrones y neutrones en protones. Colabora a la estabilidad del nucleo y en procesos de decaimiento. Las partículas del nucleo están colisionando entre si. El nucleo pesa diferente que la suma de sus nucleones. (pesa menos) Neutrones brindan estabilidad al atomo CLASE 2 RADIACTIVIDAD Nucleones se encuentran unidos en el nucleo, superando la fuerza colombiana Defecto de masaPredicción - masa real. Hay una diferencia en el peso. La masa predecida es mayor que la real. Esta masa se ha transformado en energía para mantener unido al nucleo. igual a la energía que mantiene unida el nucleo. Energía de ligadura total. Trabajo positivo requerido para desarmar el nucleo en subcomponentes, en protones y neutrones. Energía que debería entregarle al nucleo para poder liberar las partículas que lo conforman Energia que se va a liberar cuando los nucleones se unen para formar al nucleo Elementos al unirse caen a un estado mas estable y hay una energía sobrante que se va a liberar. Hasta que no aparezca una fuerza de esa magnitud que impacte al nucleo el nucleo no se va a desarmar. Cuando el nucleo se une hay una masa faltante que coincide con el gasto energético responsable en mantener unido al nucleo. Hierro es el atomo que posee el nucleo mas estable de todos. Mas difícil de desarmar. Picos se corresponden a atomos que poseen un num masico múltiplo de cuatro. Formula, primer termino hace referencia a la dif de masa, energía en reposo de la diferencia de masa que es igual a la energía de ligadura total del nucleo. Energía sobrante: defecto de masa Fusión: unión de nucleos Fision: fracción de nucleos Radiactividad. Fenómeno por el cual el nucleo de un elemento inestable va a emitir radiación. Tengamos presente que la radiación que puede emitir un nucleo inestable puede ser de dos tipos: Energía electromagnética un FOTON. Radiación gamma O como una particula. El nucleo va a emitir una particula que tiene masa, puede tener carga y va a ser liberada del nucleo. En ambos procesos el nucleo va a perder energía buscando un equilibrio. Esa energía es el concepto de radiación. Hay nucleos inestables que pueden emitir las dos cosas 7 de noviembre nacio Marie curie. Dia de la física medica. Aportes fundamentales para el desarolle de la energía nuclear. Radiactividad. Nucleo radioactivo o inestable posee exceso de energía. Colisiones en el nucleo. Se libera energía(proc de desintegración o decaimiento). Emisión probabilística. Formas de radiación: ALFA :dos protones y dos neutrones BETA electron de alta energia GAMMA: radiación electromagnética. (fotones de alta frecuencia) Exc de energía Redistribuida entre los nucleones mediante colisiones que suceden en el nucleo. Por lo tanto algunas partículas escapan del nucleo porque ganan suficiente energía con esas colisiones. Da lugar a un estado de menor energía. Ya sea por que se libero energía electromagnética o alguna particula. Esta emisión es probalistica. No sabemos en que momento va a decaer. Lo que si se puede predecir es que en función de una det cantidad de nucleos inestables hay una proporción de ellos que si van a decaer. Radioactividad natural. fondo natural de radiación. Hace referencia a la exposición en ausencia de todas las ftes artificiales. Dosis anual. La tierra y los seres vivos estamos expuestos a tres tipos de fuentes radioactivas naturales Cósmica: proveniente del espacio exterior. Mientras mas nos alejamos de la sup terrestre mas radiación se percibe. Corteza terrestre. Nos exponen a los seres vivos Radiación interna: isotopos radiactivos que conforman a los seres vivos. Atomos inestables dentro de nuestro cuerpo. Como el potasio 40. Nucleido radioactivo. Es común que se caiga en un isotopo estable del plomo (206,208,207) Radioactividad artificial: Las aplicaciones nucleares salvan vidas. Se aplica en oncología, cardiología, neumología, neurología, pediatría Nos han permitido mejorar la calidad de vida en muchísimos aspectos. Los isotopos radioactivos se van a producir al bombardear nucleos que si son estables, ya sea con protones, con neutrones, con deuterones, con partículas alfa, con raxos x o rayos gamma. La radioactividad artificial es empleada en diversas aplicaciones. Arte y conservación del patrimonio de los países. Producción de energía. MAL USO. bombas nucleares. Proceso en cadena. Contaminación fuera de serie. PROHIBIDO. Radioisótopo estable, lo vamos activar, los elementos se transforman en radioactivos mediante reacciones nucleares. La activación tiene un comportamiento exponencial con respecto al tiempo. Muestra de nucleos estables. A medida que irradiemos una det muestra vamos a lograr que en función del tiempo se vayan produciendo internamente en el nucleo elementos inestables. Llega un momento en el que el material demuestra una saturación. Influencias: - N de partículas que bombardean al nucleo( irradian) N de nucleos en la muestra (que van a ser irradiados) Probabilidad de ocurrencia de esta reaccion nuclear que va a tener que ver con la energía con la que estamos irradiando y los nucleos blancos. Sección eficaz. Cuan probable es una reaccion nuclear. Los equipos capaces de generar la irraciacion de una muestra inicialmente fueron el betatrón, el generador de bandergraf, sistemas muy viejos que fueron mejorados con el desarrollo de tecnologías dando lugar a los aceleradores lineales, a los reactores nucleares y al ciclotrón. Estos son capaces de acelerar partículas permitiendo generar radioactividad artificial. Ejemplo de materiales que podemos activar: cobalto 60 Cobalto 60 se obtiene a partir del cobalto 59 bombardeandolo con un neutro con cierta energía vamos a lograr que el neutrón colisione con el nucleo y que se convierta en cobalto 60 lo que resulta inestable y como es inestable este nucleo va a buscar emitir energía para alcanzar un nucleo estable Esquema de decaimiento a NI 60 Nucleo de cobalto 60 va a decar por medio de la emisión de una particula B- que tiene dos valores energéticos posibles. Solo emite dos tipos de fotones. Internamente en el nucleo un neutron se transforma en un proton, lo que provoca que el nucleo inestable emita dos fotones con dif valores energéticos Blindaje para retener a las partículas b negativas pero a los fotones no los voy a poder frenar Positrones son iguales a los electrones pero con carga positiva pero las magnitudes son iguales Tiempo de semi desintegracion mas grandes van a ser para los nucleos mas estables. Ciclotrón: equipo acelerador de partículas. radioactividad inducida. Nos permite generar los radioisótopos empleados en medicina nuclear. Los radioisótopos se combinan con otro tipo de moléculas que le dan la funcionalidad biológica para ser empleados en estudios o tratamientos Principio de funcionamiento: presencia combinada de un iman. Campo eléctrico. Campo magnético. Fuente eléctrica. Fuente emisora de partículas(en este caso protones). Particula estimulada hacia uno de los electrodos, distorsion en la trayectoria de la particula el campo magnético produce una desviación en forma circular mientras se aproxima a una de las placas y lugo se invierte el sentido. Particula es acelerada por campo eléctrico y magnético y gana velocidad y energía eléctrica. Parte final de la trayectoria una muestra que recibe como impacto esta particula acelerada y se active. Las partículas aceleradas tienen que ser partículas con carga eléctrica. - Central nuclear. Reactor nuclear. Central eléctrica: tres elementos críticos: - combustible: material fisionable, elementos pesados, ej barras fijas de material radioactivo de uranio. Edificio de contención: blindaje Moderador: liquido donde ocurre la fision (puede ser agua) Barras de control: barras de material que tienen capacidad para frenar la reaccion. el nucleo al producirse los fragmentos que van a ser mas pequeños, va a liberar neutrones y una gran energía que va a aparecer en forma de calor y esos neutrones van a ofrecer nuevamente la posibilidad de reaccionar con los nucleos, por lo cual se da lugar a una reaccion en cadena. Gran emisión energética, gran expansión, para poder frenar ese proceso se usan barras de control que absorben los neutrones para evitar esta reaccion en cadena. Barras q contienen boro, paralelas a las barras de combustible. Son móviles para controlar el proceso. Calor genera el mov de agua. Vamos a tener otro sistema en el cual se calienta agua y general vapor. Este vapor estimula una turbina eléctrica. Lo que va a producir energía eléctrica que vamos a volcar en una red eléctrica. Contra mas grande de las centrales nucleares: desechos nucleares La particula alfa es el nucleo de HELIO Decaimiento exponencial Los nucleos inestables decaen y lo hacen de forma exponencial. El num de atomos que se desintegran por unidad de tiempo son proporcionales a la cantidad de nucleos inestables que posee la muestra Cada radionucleido tiene su propio lamda(cte de decaimiento 1/s) La cantidad de nucleos inestables que van a decaer van a dejar de pertenecer a la muestra inicial. ACTIVIDAD: tasa decaimiento de un material radioactivo. También es exponencial Curie: cuanto representa un gramo de radio radioactivo. Se emplean las desintegraciones por segundo A mayor lamda mayor actividad. Periodo de semidesintegracion: propio de cada elemento radioactivo Tiempo requerido para que la actividad y el num de atomos inestables decaigan a la mitad de su valor inicial. No hay que mezclar tiempo de vida media con periodo de semidesintegracion. Clase 3 procesos de decaimiento Repaso Particula alfa Particula beta Radioactividad Defecto de masa Nucleones en constante movimiento y producen colisiones internas con la fuerza nuclear fuerte en donde hay una transmition energética Si el nucleo posee exceso de energía alguna de sus particulas podría lograr superar la fuerza nuclear fuerte y asi permitir el escape de energía. En formato de particula o conversiones internas (naturaleza electromagnética, fotones (rayos gamma) Dentro del nucleo la fuerza nuclear débil transforma los nucleones internamente. Los nucleos estables(colisiones internas no dan lugar a liberación energética) eso hace que se mantengan en el tiempo Equilibrio nuclear tiene q ver con la relación entre la cantidad de neutrones y de protones del nucleo. Cuando no hay equilibrio de balance entre neutrones y protones estamos en presencia de un nucleo inestable Radioactividad artificial Bombardeamos ciertos nucleos que si son estables con partículas apropiadas y si las energías de estas partículas tienen un valor adecuado se produce una reaccion nuclear y hay un nuevo nucleo que en caso de ser inestable se va a desintegrar radioactivamente. Nucleos emiten energía en búsqueda de un equilibrio (PROCESO DE DECAIMIENTO) DESINTEGRACION BETA Uno de los procesos mas simples donde el nucleo va a emitir una particula beta que va a ocurrir cuando el nucleo atomico quiere compensar la relación protones y neutrones. Esta particula podrá ser beta – (tiene las mismas características del electron) O beta+ positrón (igual al electron pero de signo opuesto) antimateria del electron. Positrón+electron=proceso de aniquilación Ninguna de las partículas B ninguna existe en el nucleo. Al momento de emitir la energía que tiene de mas el nucleo se va a producir esta particula que se va a llevar la masa y la carga correspondiente Esta emisión esta vinculada íntimamente con la interacción de la fuerza nuclear débil. Exceso de neutrones B- hay un neutrón que se convierte en un proton + un electron se escapa hacia afuera. También ocurre de forma espontanea a los neutrones libres. Exceso de protones B+ hay un proton que se convierte en neutrón y emite un positrón Neutrino: no tiene carga, masa despreciable, particula que todo lo puede atravesar. Puede atravesar todo el planeta sin haber colisionado. Se demostró su existencia de forma indirecta Neutrón libre puede decaer con una particula beta ngativa resultando en un nucleo del hidrogeno. Desp encuentra un electron. Ambos procesos dan lugar a que la cantidad de nucleones permanezca constante dentro del nucleo. Al electron le cuesta mucho salir del nucleo. Desintegración alfa Un nucleo atomico emite una particula alfa y se convierte en un nucleo con cuatro nucleones menos. 2 neutrones y dos protones(nucleo de helio) Es común que le suceda a nucleos muy pesados Fision del nucleo. Todo el helio existente en la tierra se origina debido a la desintegración alfa de elementos radiactivos Cuanto pueden penetrar estas emisiones? Por la cantidad de masa y carga eléctrica de la particula alfa va a ser muy interactiva con cualquier medio. Se detiene fácilmente y completamente. Trae mucha energía cinetica. Hay una transferencia energética muy importante----> se traduce como una gran IONIZACION. La particula beta(electron o positrón) una pequeña placa de aluminio puede detener estas partículas. Va a estar ligado en función de la energía que trae la particula Fotones los mas penetrantes. Se atenúan. Nunca se detienen por completo. Cámara de neblina Imagen vemos que es una cámara de aire, donde el aire esta saturado con vapor de agua. No le entra mas vapor porque se condensa. Esta super enfriado. Si ponemos una fuente radioactiva, en función de las emisiones que esta emita vamos a ver q las partículas. Vamos a poder visualizar la trayectoria porque el paso de las partículas por ese vapor super saturado y enfriado da lugar a una abrupta expansión del aire. Lo que va a dar lugar a la condensación, que va a permitir ilustrar el recorrido de la particula ionizante. Captura electrónica compite con el decaimiento B+ La captura electrónica puede realizarse en todos los valores energéticos, pero el decaimiento B+ no. Cuando tenemos exceso de protones, pero no tenemos energía disponible nos queda la alt de captura electrónica Un electron orbital normalmente de la capa K va a ser capturado por el nucleo. En el mismo momento que transforma un proton mas un electron en un neutrón y un neutrino. La captura electrónica deja una vacante en la estructura orbital. Esto va a ser ocupado por otros electrones de capas mas externas. Los electrones se sientes mas comodos próximos al nucleo Si un electron de la capa l tomara el lugar del faltante en la capa k, pega el salto hacia esa capa y se emite el foton. Estos fones se llaman (rayos X caracteristicos), LA EMISION NO ES DEL NUCLEO. Por lo que es considerado rayo x Cada atomo tiene valores energéticos únicos Emision de electron auger: debido a que se absorbe el rayo x característico emitiendo un electron orbital. (efecto fotoeléctrico interno) El rayo x en vez de salir afuera de el atomo se emitio en dirección a un electron produciendo que un electron se libere. Pagando con esa energía la energía de ligadura del electron. La emisión sigue otra trayectoria. Impacta con el electron le entrega energía y el electron se ve despedido del atomo. Conversión interna Duda: porque dice que luego de una desintegración beta el nucleo emite fotones gamma? En donde lo dice El exceso de energía en vez de emitir el foton gama se traspasa la energía a un nucleo orbital, lo suficiente para darle energía sufiente para darle velocidad y saldar la energía de ligadura. El foton si se emite pero interacciona con el electron. (electron de conversión). Se produce una vacante en la estructura orbital. A diferencia del electron auger esta energía es producida por el nucleo. En el electron auger es producida por otro electron. Electrones auger Cuando un electron es arrancado deja una vacante o hueco. Un electron de nivel de energía mayor puede caer a esta vacante resultando en un exceso de energía. Energía es liberada por foton de rayo x o transferia a un electron orbital(auger) estos electrones son mono energéticos. Transiciones Isomericas(hacemos referencia al nucleo) Luego de que un nucleo decae con una particula beta negativa luego suele emitir un foton esto se debe a que la energía que tiene en exceso el nuevo nucleo tiene que eliminarla. Se emite el foton de forma espontanea e inmediata. Podemos encontrar unos casos en los que el foton no se emite de forma espontanea, se suele dar cuando la energía es pequeña (casi estable pero no) esa pequeña energía puede perdurar mas tiempo en el nucleo(estado metaestable) . Este estado intermedio del nucleo básicamente es un isómero de lo que va a ser el nucleo en su estado final desp de emitir el foton. La emisión que permite alcanzar el estado inestable del nucleo lo llamamos transición isomerica. Fision vs Fusion El hierro es el nucleo mas estable. Fision: proceso exotermico. este tipo de procesos suele suceder cuando un nucleo muy pesado es bombardeado por un neutrón. Modificamos la relación proton/neutrón lo que produce un cambio en donde vamos a lograr que el nucleo se fragmente directamente. Estos dos o mas nuevos nucleos vendrán acompañados de neutrones, fotones, alfa beta. Energía se va a redistribuir en cada uno de los elementos en forma de energía cinetica. Donde se va a concentrar la mayor parte de esta energía en los fragmentos que sean mas pesados. Neutrones liberados en la fision van a poder volver a impactar a otro nucleo. Reaccion en cadena. Fenómeno que se aprovecha para producir una bomba nuclear. En un reactor se busca mantener un equilibrio en esta reaccion. se frena esta reaccion. Toda esta cantidad de energía si no se controla se funden todos los materiales próximos. (barras de control controla la reaccion absorbiendo neutrones) Los productos que genera la fision son elementos muy radiactivos Fision nuclear en un reactor Existen diversos tipos de reactores Debido a que los neutrones que se van a liberar luego de la fision, se los considera neutrones rapidos porq tienen mucha energía. Liquido refrigerante, moderador, va a lograr ir deteniendo a los neutrones, disminuyen la e cinetica. De esa manera podemos controlar la reaccion Liquido refrigerante: baja la energía cinetica de los neutrones(grafito, berilio, agua) Barras de control : absorben los neutrones Barras móviles, barras de control Fusión nuclear: proceso en el cual dos o mas nucleos se va a unir y formar un nuevo nucleo mas pesado. Para poder unirse esos nucleo vamos a luchar con la fuerza electroestática que esta en cada uno de estos nucleos, hasta que la fuerza nuclear fuerza nuclear fuerte pueda entrar en juego. Uno de los requisitos es que esto tiene que suceder a elevadísimas temperaturas La fusión de dos nucleos de menor masa que el hierro deberían liberar energía y la de dos nucleos mas pesados q el hierro van a necesitar energía. Existe reactores nucleares que usan la fusión pero están en investigación Este proceso sucede en las estrellas. El combustible que tienen las estrellas es el Hidrogeno Los resultados de la fusión no son radiactivos como lo son los de la fision. CLASE 4 INTERACCIÓN DE LA RADIACION CON LA MATERIA. Fenómenos que suceden cuando la radiación interacciona con la materia. Cambiando el medio podemos encontrar diferencias sustanciales Radiación: emisión y propagación de energía a través del espacio o un medio material. Radiaciones ionizates: aquellas que superan un umbral energético y tienen la capacidad de alterar al medio produciendo iones. Tenemos dos tipos de radiaciones: Electromagnéticas: rayos x y rayos gamma Partículas: electron positrón proton nuetron alfa Que sucede con los fotones en la materia? El atomo esta vacio? La probabilidad de que un neutrón impacte un nucleo es bastante baja lo que hace que los neutrones puedan atravesar espesores considerables antes de haber interaccionado por lo que no cambiaria su energía ni su dirección. Mientras que si la particula en cuestión es un proton el proton podría respondernos que el atomo NO esta vacio porque esta lleno de campo electromagnético que lo va a obligar a interaccionar y va a perder energía. Radiaciones ionizantes: Directamente ionizantes: partículas que poseen carga eléctrica. Cuando estas clases de partículas incidan en la materia ellas se van a encargar de ir depositando la energía a medida que van atravesando la materia. Van entregando la energía con interacciones coulombianas debido a la carga eléctrica que poseen las partículas Partículas indirectamente ionizante: fotones(rayos x y gamma), y neutrones. estas partículas van a trasferir su energía a partículas cargadas en la materia(electrones secundarios). Van a sufrir interacciones pero serán las partículas con carga las que se van a encargar de transportar la energía que inicialmente traía la particula incidente. Los electrones secundarios van a ir colisionando y se va a distribuir la energía en el medio. Partículas neutras con masa: neutrones Neutrones tienen 3 tipos de interacciones con la materia: 1 dispersion elástica: colision con otro elemento que suele tener características similares con poca perdida de energía 2 dispersion inelástica: neutrón pierde energía considerable y dicha energía es absorbida por el nucleo. Puede ser reemitida por un foton gamma. Estos neutrones siguen libres y pueden seguir interaccionando 3 captura o absorción: el neutrón es completamente absorbido por el nucleo. Y el exceso energético puede dar lugar a una captura no radioactiva. Un nuevo nucleo estable. El nucleo se va a acomodar como un nuevo atomo. Nucleos livianos, el neutrón tiene un tamaño considerable con estos nucleos. Por lo tanto el neutrón tiene una gran probabilidad de colisionar.interaccion elástica, e inelástica Nucleos concentrados: +z. por ej plomo. Nucleos mas ligados entre si por la fuerza nuclear fuerte. Ve mas fácil el poder penetrar a la materia. Por lo tanto no es buena idea blindar una fte de neutrones con plomo. Interacion con el nucleo en forma de absorción. Los neutrones ven solamente el nucleo al interaccionar La generación de los neutrones puede ser por ftes radioactivas. Conseguir un nucleo de un radioisótopo que posea mas neutrones que protones en el nucleo. Los neutrones generados van a ser clasificados según su energía. Energía es determinante en el tipo de interacción. Fuera del nucleo atomico los neutrones son inestables. Tiene un periodo de semidesintegracion de 10 minutos. Cada neutrón libre se va a descomponer en un electron un antineutrino y un proton El hecho de generar alteraciones nucleares permite la emisión de fotones, partículas b, etc Técnica de tratamiento oncológico conocida como terapia por captura neutrónica en boro donde se le adm al paciente boro ligado a un aminoácido que ofrece alta selectividad al tumor en cuestión. Va a ser capturado en la región del tumor. Luego de la captación se debe irradiar la zona del tumor con neutrones térmicos esto va a producir la colision de los neutrones con el nucleo del boro inyectado dando lugar a la fision de este isotopo que tiene como consecuencia la emision de partículas alfa. Localmente estas partículas liberadas, van a entregar la energía en el medio y van a producir un daño en el tumor. También podemos activar una fte de cobalto 59 para convertirlo en cobalto 60 Partículas neutras sin masa: fotones (rayos gamma y x) este es el modulo que mas nos interesa en la materia. No hay dif entre los fotones gmma y x. solo se los denomina asi por la fte que los origina. Rayos x emisión de foton cuando partículas cargadas se frenan. Rayos gamma se producen cuando un nucleo inestable produce energía. Separando la fuente no me puedo dar cuenta q tipo de foton es Un haz de fotones se puede atenuar a medida que penetra la materia en función de la dispersión del foton o la absorción que puede ocurrir No se puede eliminar a todos los fotones. Por eso se habla de atenuación. La dispersión puede ser - Sin perdida de energía (coherente) (incoeherente) con perdida de energía . compton absorcion: Efecto fotoeléctrico Producción de pares Fotodesintegración Fotofisión Las posibles interacciones van a depender del material involucrado y la energía del foton. Detector en el pto p que contabiliza los fotones incidentes. Estos fotones pertenecen a un haz estrecho En el material van a estar sucediendo dos fenómenos: absorbidos en el medio o dispersados. Fotones que son removidos del haz son proporcionales a los los fotones que contabilizo el detector por el espesor del material. Coeficiente Mu depende la energía y del material. A mayor mu mayor fotones removidos del haz. capa hemireductora espesor de material blindante que reduce la intensidad del haz de radiación a la mitad. Dispersion coherente Un foton entrega energía a un electron orbital. Excitandolo. Este electron va a reirradiar un foton a la misma frecuencia distinta dirección. Este fenómeno se da para bajas energías de los fotones incidentes. Dispersión incoherente- efecto compton. Hay perdida de energía para el foton incidente. En foton va a interaccionar con un electron de la capa mas externa. Este e tiene una ligadura pequeña y la colision va a producir que el electron salga disparado(electron compton) con un angulo tita. El foton va a ser dispersado en un angulo Fi . con una frecuencia mas baja que el incidente porque va a perder energía. Parte de la energía perdida va a ser para pagar la energía de ligadura del electron. Genera una vacante que luego puede ser ocupada. Casos extremos: golpe directo: el foton incidente es dispersado en un angulo de 180 grados con la trasferencia máxima energía. Electron compton sale con la misma dirección del foton incidente. Golpe razante: foton no se dispersa prácticamente y el electron compton sale de forma perpendicular. El foton se va con la misma energía y el electron se escapa con una en cinetica muy baja Efecto fotoeléctrico El foton interactua con todo el atomo y toda su energía es transferida. Lo que hace que el atomo se encuentre excitado con exceso de energía que va a ser liberada con la emisión de un electron fuertemente ligado al nucleo. Por ej capa k. la energía cinetica que se va a llevar el electron va a ser igual a la energía cinetica que traía el foton menos la enegia de ligadura. Este proceso da lugar a vacantes. Energía que trae el foton incidente debe ser igual o mayor a la energía de ligadura del electron. Producción de pares Se da cuando un foton supera un umbral de energía interaccionando con el campo electromagnético del nucleo. Este foton es compleamente absorbido por el nucleo y esta energía va a ser usada para crear un par ionico(un positrón y un electron) El resto de la energía se va a repartir a cada una de las partículas en eenergia cinetica. Mientras mas grande sea la energía del foton mas grande es la probabilidad de que ocurra esto. Producción de triplete Esta interacción es cuando el foton incidente va a interaccionar con el campo electromagnético de un electron orbital, y ese electron va a ser liberado y la energía de del foton va a ser utilizada para crear el otro electron y el positrón. Positrón va a encontrar un electron libre en la materia y se van a aniquilar produciendo dos fotones Fotodesintegracion Hay una absorción completa del foton, quedando el nucleo completamente inestable, da lugar a que se emita un fragmento que va a depender del nucleo que estemos hablando. En muchos casos el elemento que se libera es un neutrón. Por lo tanto este mecanismo ser empleado para producir una fte emisora de neutrones. Fotofisión Igual a la fotodesintegración, solo que, la masa del fragmento es totalmente considerable con respecto al nucleo. Nucleo se esta dividiendo. Fotones muy energéticos Los fenómenos mas predominantes de los fotones reaccionando con la materia son tre El efecto fotoeléctrico. El efecto compton. La producción de pares. Partículas cargadas Estas interacciones se van a llevar a cabo mediante las fuerzas colombianas va a ser mediante el campo eléctrico de las partículas incidentes y el campo eléctrico de los electrones orbitales o del nucleo atomico. Cuando hablábamos de los fotones trabajamos con atenuación. Con las partículas cargadas hablamos del poder de frenado. Interacciones mas livianas: Electrones: Parámetros de impacto -La distancia mas pequeña entre el nucleo y la trayectoria del electron incidente (b) y la energía que va a perder la particula incidente es inversamente proporcional al cuadrado de b Mientras mas grande sea b menos energía va a perder esta particula. -radio atomico: a En función de estos dos paramentos vamos a distinguir si la interacion es con el nucleo o con la nube electrónica En el caso de que la interacción sea con la nube electrónica vamos a poder ver excitación. Este electron recibe energía y luego lo emite como foton En el caso que el electron incidente este mas cerca la energía que va a tomar este electron va a ser suiciente para escapar del atomo (ionizarlo) esto implica que la energía q va a recibir este electron va a ser superior a la energía de ligadura con el nucleo. Electron secundario Si la interacción se da con el nucleo vemos que el electron se dispersa reduciendo su vel, por frenarse con el campo electromagnético del nucleo. La particula pierde energía cinetica Esa energía va a ser emitida como foton.(rayo x). colision inelástica, se conoce como perdidasd radioactivas. Es el caso que se busca en un tubo de rayos x. Esos fotones no tienen un valor puntal. Dependen de los paramentros de impacto. Teniendo un z elevamos tenemos lugar a q el fenómeno suceda con mayor prob. Poder de frenado : tasa de energía cinetica que pierde la particula por unidad de tiempo recorrido. Tos tipos de poder de frenado De colision y de radiación Positrones: esta particula tienen la mismas características que los electrones pero con carga eléctrica positiva en vez de negativa. La diferencia con los electrones es q tiene un periodo de vida muy pequeño porque básicamente siempre se va a encontrar con un electron libre y se van a aniquilar produciendo dos fotones con la energía que se requiere para producir cada una de estas partículas. Este fenómeno se busca en los equipos de medicina nuclear. Partículas cargadas pesadas: protones, partículas alfa Un proton tiene mucho mas masa q el electron. Proton, poca transferencia de energía en la superficie. Poder de frenado cada vez aumente mas. Proton entrega toda la energía que le queda y se queda en reposo. (pico de bragg) Partículas alfa Completamente detenidas con una simple hoja de papel. 4 nucleones. Carga eléctrica +2. Muy considerable su poder de frenado por lo que el rango va a ser muy corto. Pero no despreciable. La transferencia energética es muy grande. Una vez que la particula ala se detiene va a conformar un atomo de helio, consiguiendo dos electrones libres. Trasferencia lineal de energía (LET) cuanta energía depositan por unidad de distancia. Fotones let baja. Debido a que recorren distancias largas. Deposición de energía pequeña en relación a partículas alfa que tienen alta LET. A mayor LET mayor daño van a producir las radiaciones CLASE 5 INTRODUCCION A LA DOSIMETRIA Dosis: acción de dar. Dosis: energía absorbida por unidad de masa. tipo de fuente, que tipos de radiaciones ionizantes. Que energía posee. - tipo de radiación: externa o interna(inyección). -caracteristicas de haz de partículas -caracteristicas del medio de la radiación -caracteristicas del dectector -equilibrio electrónico. Como relacionamos lo que medimos con respecto a la dosis - método de medición que se emplea. -caracteristicas de la exposición. Dosis terapéuticas o laborales, accidentales - incertidumbres y correcciones Un elemento muy utilizado antigualemente eran mil de radio. Genero habitos. El radio decae en radón que es muy toxico. Rompia ftes selladas. Grandes complejidades en cuanto a las protecciones. A la hora de usar otros elementos radioactivos se empezó a hablar de miligramos de radio equivalente, lo cual fue reemplazado por curio y luego por bequerel. Características propias en cada aplicación. Icru reporte se determinan las cantidades y unidades fundamenteales para las radiaciones ionizantes. Ya tenemos grandes precisiones. Cantidades Estocástico: aleatorio Estocásticas y no estocásticas Al realizar una medición podemos encontrarnos en que las lecturas pueden ser no estables ya que puede que el sistema de medición puede tener imperfecciones o que existen fenómenos físicos que están sujetos a fluctuaciones inherentes propios del fenomeno Cantidad no estocástica: medición repetible. Valor único Cantidad estocástica: distribución probabilística. Medir cantidad en varias instancias para identificar la distribución y establecer ese parámetro. Dosis es una cantidad no estocástica. Se pide un vol de masa sufientemente grande. Características de un haz Energía radiante es la energía de las partículas que es emitida, trasferida, o recibida. Se debe excluir la energía de reposo de la particula. Nos interesa la energía que están transportando las partículas del haz. Caracteristicas de interacción Coeficientes de interacción -seccion eficaz: cantidad de partículas interaccionando respecto a la cantidad de fluencia. Probabilidad de que ocurra la interacción -coeficientes de interacción masico: partículas interaccionando dividido la cantidad de las partículas. Fotones o neutrones(partículas indirectamente ionizantes) -poder de frenado masico: partículas cargadas. Hacemos referencia a la energía que pierden las partículas cargadas al atravesar un espesor masico - trasferencia lineal de energía(LET): poder de frenado lineal. LET ESQUEMATICO Imágenes que remarcan la capacidad que tienen las radiaciones para producir radiacion en el medio Alcance: es la prof máxima en la cual podemos encontrar partículas del haz incidente. Recorrido: sentido. DOSIMETRIA Deposición de la energía de radiaciones ionizantes Exposición: definición basada forma de medir. Cámara de ionización estándar. Solo apta para medir fotones que están por debajo de los 3 MV. TENER EN CUENTA DE LAS CARACTERISTICAS DEL AIRE.Masa de aire involucrada en la medición. Valor absoluto de las cargas totales de los iones de un solo signo que se han producido en el aire cuando todos los electrones que fueron liberados por los fotones por unidad de masa de aire son completamente detenidos en aire . en el volumen de medición. Se miden con un electrómetro las cargas. Tubo de rayos x. vamos a colimar. Atenuador va a dajar pasar una sección conocida a una distancia conocida con respecto a la fte. Vamos a estar trabajando en una distancia conocida. La cantidad de fluencia va a ser conocida. Nuestro sistema de medición va a contemplar placas y va a formar un campo eléctrico lo mas hemogenico posible. placas las vamos a polarizar ara generar un campo eléctrico. Los fotones que logren atravesar el volumen va a estar provocando electrones secundarios que van a a llevar la energía que le han entregado los fotones incidentes pero rápidamente debido al campo eléctrico van a ser absorbidos por las placas correspondientes según el signo que traen. Estas partículas secundarias son el resultado de efecto compton y efecto fotoeléctrico. Con el objeto de poder frenar estas partículas aparece la limitación de esta cámara estándar . Con la exposición tenemos la cantidad de cargas que se producen. Sin embargo al multiplicarlo por W. a los iones colectados los transformamos en energía que trae el haz incidente. Haz estrecho: haz colimado. Logramos que los pcos fotones que se puedan llegar a dispersar se escapen y no sean medidos por el dectector. Alejamos el detector a una distancia considerable Haz ancho Mayor espesor del atenuador mayor dispersa va a llegar al detector. En medida que acerquemos el detector al atenuador. La dispersa va a aumentar Medir la capa hemireductora Tubo de rayos x a- Filtros Conos. Adentro del cono se dispone un diafragma de colimación. Buscamos que sea un haz estrecho. Y a final del cono vamos a estar agregando los atenuadores de cobre o aluminio. A 50 cm o mas vamos a colocar el detector. Primero realizamos la medición sin filtración y luego vamos colocando los distintos filtros. Construimos tabla. Y grafico Hemicapareductora: espesor que logra provocar la mitad de la exposición sin la filtración. Intensidad del haz: puede ser vinculada a la atenuación Espectro: fluencia de partículas en función de la energía. Energía de transferencia El foton incidente transfiere la energía a un electron compton 2 etapas 1. Colision compton. Trasferencia de energia 2. Distribución energética que va a tener lugar en los electrones ionizantes Kerma( energía cinetica liberada al medio) energía transferida por unidad de masa. Kerma de colision: interacciones del electron secundario con los electrones orbitales sumados al fenomeno que produce el rayo delta. Constante de tasa de exposición Podemos definir dosis absorbida por unidad de masa. Es igual al kerma de colision Si existe la condición de equilibrio electrónico. - Equilibrio electrónico Suponemos que el haz de fotones no tiene atenuación. Coeficiente de atenuación nulo. Los electrones se van generando en sentido del haz indicente En ningún momento se produce radiación de frenado. 100 maximo El kerma no tiene atenuación. Es cte a lo largo de la proundidad. A partir de D el kerma y la dosis se hacen iguales y se habla de equilibrio electrónico. Todos los electrones que están entrando son iguales a los que están saliendo. - Eliminamos el caso de que los fotones no se atenúan. De esta manera comprendemos que el kerma tiene una transferencia negativa. Energía absorbida va decayendo gradualmente. Hay un puto en que el kerma y la dosis son iguales Equilibrio electrónico solo se da en un pto pero vamos a contemplar la región de cercanía como equilibrio electrónico. Trazabilidad laboratorio primario de calibración dosimetrica: Existe a nvel mundial. Tienen un calorímetro que es un instrumento uqe va a contar con un elemento resistivo configurados en un pte de wistom y que van a estar diseñados donde lo que se va a hacer es medir el cambio térmico que produce la exposición de la radiación a este instrumento de medición. El cambio térmico lo podemos asociar con la energía que a dejado la radiación. Cambios de valor bajo. Se desarrolla en el lab primario un instrumento de este tipo para poder calibrar a conjuntos dosimétricos q van a pertenecer a un lab secundario. LSCD laboratorio secundario Fte de cobalto por ej. Recibe el conj dosimétrico q lo envía a lab primario para calibrado para hacer las mediciones para poder establecer las dosis que miden a partir de la fte radiactiva . Nos entregan un coeficiente para convertir la irradiación en dosis. - Dosimetría interna : permite estimar las dosis que va a recibir una persona por la incorporación de ftes radioactivas no selladas. Contacto, inhalación ingesta o inyección al torrente sanguíneo. Podrán ser eliminadas. Exalacion, orina, heces, transpiración. Ser importante conocer los mecanismos metabólicos relacionados al tipo de contaminación a administacion y con esa info podemos saber como este el se distribuye en el cuerpo humano. Como se va a distribuir y como se va a eliminar. Dosimetría personal: Radioproteccion. Personas expuestas. Deberían contar con un sensor que lleve el control mensual de cuanta radiación están recibiendo. Icrp tres principios fundamentales. Justificación de practicas. Optimización de las protecciones. aplicacon de limites de dosis. Estos permiten garantizar practicas seguras Silver : SV Definición compleja -kerma Constante de tasa de kerma Equilibrio electrónico Dosis absorbida detectores de radiación calorímetro para medir energía en cuestión, buscar la definición de dosis dosis: energía sobre masa. único método de medición directa sistemas calorimétricos. sistemas dosimétricos de radiación medición por el método de ionometria. factores son adimensionales. coeficientes traen unidades. energía la vamos a relacionar con cantidad de dosis excitación y luminiscencia: medimos fotnes de baja energía. propio de lab específicos. tipos de mediciones directa o indirecta directa medimos la energía absorbida en el medio indirecta medimos otro parámetro y lo vamos a relacionar con la dosis absoluto: por ej calorímetro. dosis representada en un volumen especifico convección conducción radiación energía de la radiación ionizante radiación en forma de calor sabemos que si podemos medir el calor dividido la masa en cuestión tenemos la dosis calorímetro de agua o de grafito meyor resolución con grafito. dosimetría química: bastante amplia. se basa en que la energía depositada en el medio va a provocar algún cambio medido por un mecanismo que lo vamos a relacionar con un cambio de dosis reacciones oxido readuccion radiación va a producir iones medir cambio que produjo la radiación. medir oxidación o reducción. RADIOBIOLOGIA estudia que pasa a los organimos vivos con la radiación. celula eucariota. esta celula esta organizada en estructuras para poder compluir fun especificas que permiten conformar tejidos, órganos y tej complejos. todas tienen un nucleo. dentro del nucleo tenemos nucléolo, adn arn, mem nuclear. que fenómeno le va a pasar a la celula con la radiación. procesos de la celula están íntimamente ligados celula tiene estructuras que permiten regular gasto energético, almacenar energía en forma de lípidos, eliminar desechos. ADN alcanza los dos metros si lo estiramos cantidad de información. diferenciación células madre pluripotentes celula tiene capacidad de ir tomando funciones especificas células madre son adiferenciadas RADIACIONES IONIZANTES EN UN MEDIO BIOLOGICO (libro de soc española vol 8) después del daño ocacionado hay algo que pueda hacer la celula? a la radiación no le interesa el medio la radiación actua de forma inmediata. en cambio el proceso que nos genero nuevos cambios químicos en un org vivo puede que prospere y genere efectos celula que tiene info hipercompactada celula tiene mecanimos de reparación que van a estar evaluando como esta la celula que reparan los problemas que producen la radiación ionizante una celula que por alguna cuestión perdió la cap de replicarse la entendemos como celula muerta si alteramos el adn y le genera un daño directo por q entendemos que radiación indirecta no lo hace en la inmediatez la celula desp de que tuvo alteraciones detectables tiene horas para que ocurra la repacion nuestros tejidos están conformados por mucha agua radicales libres formados por los fotones, hidrolicis del agua la celula se replica en función de la necesidad en un cáncer la celula se replica por que si la radiación provoca la radiolicis del agua la radiación actuando sobre una molecula de agua daño directo tiene mas baja probabilidad doble ruptura de cadena: proc mas complejos de reparación se detectan reparaciones incorrectas de la celula, errores de precisión. existen dos tipos de daños efectos determinísticos surgio un efecto que somáticos crean síntomas son tempranos tiene umbral, hay que atravesar un nivel de dosis para que aparezca el efecto para cada tipo de daño tenemos un riesgo espermatozoides son super radiosencibles ulceras debido a radiaciones quedan en el adn de la piel graf la severidad ef. estocásticos a medida que aumenta la dosis aumenta la probabilidad de que algo ocurra cáncer radioinducido graf la probabilidad daño aleatorio capaz una persona genera síntomas y otras no no tienen umbral son tardíos pueden demorar hasta 10 años concepto hereditario de transmitisse a generaciones siguientes evaluar grupos poblacionales clon oncogénico el daño logro superar mecanismos y esta info sea codificante y relevante. la celula cree que nada paso y se va a dividir pensando en que esta tdo ok. pierde función la celula clon no oncogénico daño no codifica, celula no usa esa info. y como no lo usa no hay proceso que demuestre el daño.
