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Física de las radiaciones




Enviado por Pablo Turmero



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    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.

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    Contenidos Estructura atómica Decaimiento radiactivo
    Producción de radionucleidos Interacción de la
    radiación ionizante con la materia Magnitudes y unidades
    de radiación Detectores de radiación

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    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

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    Identificación de un isótopo (Gp:) Número
    Atómico (Gp:) Número de Neutrones (Gp:) Masa
    Atómica

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    Ernest Rutherford, 1871-1937

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    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, …

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    Ionización – excitación (Gp:) Energía

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    Desexcitación (Gp:) Radiación característica
    (Gp:) electron- Auger

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    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

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    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

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    (Gp:) Energía (Gp:) partículas y/o fotones
    Excitación del núcleo

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    (Gp:) Partícula alfa Partícula beta (Gp:)
    Radiación gamma Desexcitación nuclear

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    Conversión interna (Gp:) Radiación
    característica (Gp:) Electrón de
    conversión

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    Espectro de radiación gamma(características de los
    núcleos) (Gp:) Energía del Fotón (keV) (Gp:)
    Conteos por canal

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    (Gp:) Rayos X y g (Gp:) IR (Gp:) UV (Gp:) IR: infrarojo, UV:
    ultravioleta Los fotones son parte del espectro
    electromagnético

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    Física de las Radiaciones SubMódulo 2 Decaimiento
    radiactivo

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    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)

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    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)

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    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

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    (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

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    El número de núcleos radiactivos que decaen por
    unidad de tiempo 1 Bq (becquerel) = 1 desintegración por
    segundo Actividad

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    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

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    Múltiplos & prefijos (Actividad)

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    Henri Becquerel, 1852-1908

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    Marie Curie, 1867-1934

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    Decaimiento de padre a hijo A C B ?1 ?2

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    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

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    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

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    Irene Curie, 1897-1956Frederic Joliot, 1900-1958

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    Física de las Radiaciones SubMódulo 4
    Interacción de la radiaciónionizante con la
    materia

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    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.

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    Interacción de partículas cargadas con la materia
    (Gp:) pesada (Gp:) ligera (Gp:) Macroscópico
    Microscópico

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    (Gp:) Partículas beta (Gp:) Partículas alfa
    Transmisión de particulas cargadas

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    Alcance medio de partículas b- (Gp:) Alcance medio (Gp:)
    Energía (MeV)

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    Radiación de frenado (Gp:) Fotón (Gp:)
    Electrón

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    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

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    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

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    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

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    Mega voltaje rayos X (linac) (Gp:) Blanco (Gp:) Electrones (Gp:)
    Rayos X

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