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sábado, 15 de mayo de 2010

RADIACIONES_3

RADIACIONES 3
RADIACION ELECTROMAGNETICA IONIZANTE - RADIACION IONIZANTE POR PARTICULAS - RADIOACTIVIDAD - RADIACION Y EL SER HUMANO.

RADIACIONES ELECTROMAGNÉTICAS IONIZANTES
Esta radiación electromagnética ionizante se caracteriza por su energía. Cuando un aparato de Rx esta funcionando a 100 kvp los rayos x que se generan van desde los 0 a los 100 KeV. Este tipo de radiación tiene frecuencias muy elevadas (1022 Hz y longitudes de ondas muy cortas (10-14m)
La diferencia entre los rayos gamma y los rayos x ya no es mas debido a su energía, ya que hoy en día con un acelerador lineal se pueden generar rx con energías superiores a los rayos gamma, por lo que diremos que la única diferencia entre los rayos x y los gammas es su origen, el primero en las orbitas de los átomos y las segundas en el núcleo atómico.

ORIGEN DE LA RADIACION IONIZANTE ELECTROMAGNETICA
EMISION DE RAYOS GAMMA γ
El núcleo del elemento radiactivo emite un fotón de alta energía, la masa y el número atómico no cambian, solamente ocurre un reajuste de los niveles de energía ocupados por los nucleones.
Un ejemplo de este proceso es el de la desintegración del tecnecio 99 meta estable y que usualmente se representa de la forma: 99mTc, es el radionucleido de mayor uso en medicina nuclear y que se desintegra con la emisión de radiación ionizante electromagnética gamma con una energía de 140 keV
VIDEO: FOMACION RADIACION ELECTROMAGNETICA GAMMA

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FORMACIÓN DE RAYOS X EN RADIODIAGNÓSTICO
La formación de rayos x se realiza en la zona de las órbitas de un átomo. Veamos la formación de rayos x en el diagnostico medico, con energías de hasta 150 keV aproximadamente.
El haz de rayos x en un sistema de imagen medico esta formado por rayos x característicos y por radiación de frenado (bremsstrahlung)
Radiación característica:
Cuando un elemento es bombardeado por electrones “proyectiles”, estos interaccionan con los electrones de sus átomos produciendo excitaciones e ionizaciones. La excitación es propia de las capas más externas de los átomos y es la responsable de la gran producción de calor. Los electrones proyectiles que superan estas capas pueden ionizar los electrones de las capas más profundas (K L M). Al producir dicha ionización el hueco que se ha producido en una capa es reemplazado por un electrón de cualquiera de las capas superiores produciendo un rayo x característico con una energía igual a la diferencia de energías entre esas capas.
Para que esto se pueda producir el electrón proyectil debe tener una energía superior a la energía de enlace de los electrones, así, como un electrón de la capa K de un átomo de tungsteno tiene una energía de enlace de 69 KeV aproximadamente, si el electrón proyectil no lleva al menos esta energía no podrá ionizarlo.
Ejemplo.
Un átomo de tungsteno es bombardeado por un electrón proyectil con una energía de 100 KeV que supera las capas externas y arranca un electrón de la capa K con una energía de ligadura de 69 KeV.
Un electrón de la capa L (energía de ligadura de 12 KeV) reemplaza al electrón arrancado. Como la diferencia de energías es de 69-12 Kev se creara un rayo x característico con una energía de 57 KeV.
Si el electrón fuese reemplazado por un electrón de la capa M el rayo x producido tendría una energía de 66 KeV (69 – 3 KeV).
Si en lugar de arrancar un electrón de la capa K lo hace de la capa L (Eb 12 KeV) y este es reemplazado por uno de la capa N (Eb 1 KeV) el rayo x creado tendrá una energía de 11 KeV (12 – 1 KeV)
De esta manera podemos calcular las energías de los rayos x formados en cada una de las capas ionizadas reemplazando los electros de cada una de las capas posibles como muestra el cuadro de abajo. De todos estos los únicos rayos x característicos útiles en el haz de rayos x son los producidos en la capa K y se resumen en una emisión con una energía efectiva de 69 KeV, el resto como veremos mas adelante son absorbidos por filtración del tubo de rx.



VIDEO: FORMACION RAYOS X CARACTERISTICOS EN RADIODIAGNOSTICO

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Radiación de frenado:
Si un átomo es bombardeado por un electrón proyectil y este no interacciona con ningún electrón de las capas electrónicas y pasa cerca del núcleo se vera influenciado por el campo eléctrico de este siendo frenado y cambiando su trayectoria. Cuanto más cerca del núcleo pase mas será influenciado y perderá mas cantidad de energía cinética, esta perdida de energía es transformada en un rayos x.
Un electrón proyectil puede perder cualquier cantidad de su energía y los rayos x asociados con la perdida pueden tener valores correspondientes.
Ejemplo:
Un electrón proyectil con una energía cinética de 70 KeV atraviesa la capa electrónica y pasa cerca del núcleo atómico, este puede perder toda, nada o cualquier nivel intermedio de energía cinética. El rayo x producido podrá tener entonces una energía de hasta 70 KeV.
La radiación por frenado es la responsable de formar el 100% de rayos x en radiología diagnostica con energías inferiores a 70 KeV.
VIDEO: RADIACION DE FRENADO EN RADIODIAGNOSTICO

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RESUMEN PROPIEDADES DE LOS RAYOS X

EN RADIOLOGIA DIAGNOSTICA:

DESCUBIERTOS: viernes 8 de noviembre de 1895 por Wilhem Conrad Röntgen.

RADIACION ELECTROMAGNETICA IONIZANTE: 500 pares iones/cm.

FRECUENCIA: 1019 Hz

LONGITUD DE ONDA: 0,6 Å – 0,08 Å (10 -1010-11 m)

VELOCIDAD: c, velocidad de la luz (3 x 108 m/seg.)

ENERGIA: 20 keV a 150 keV

ORIGEN: ORBITAS ATOMICAS (radiación de frenado y radiación característica)

CAPACIDADES:

  • PENETRAN Y LOGRAN ATRAVESAR LA MATERIA
  • ATENUACIÓN: por absorción (efecto fotoeléctrico) o dispersión (efecto Compton) de fotones al traspasar la materia.
  • IMPRESIONAN PELICULAS FOTOGRAFICAS (efecto fotográfico)
  • PRODUCEN FLUORESCECIA EN CIERTAS SUSTANCIAS.
  • OCASIONAN UN EFECTO BIOLOGICO (por su ionización)
  • SE ATENUAN CON LA DISTANCIAS (ley del inverso del cuadrado de la distancia)
RADIACIONES IONIZANTES: PARTICULAS
Para entender la radiación ionizante por partículas alfa y beta+ y beta- vamos a ver un poco la radioactividad:
RADIOACTIVIDAD
La radioactividad es la emisión, por parte del núcleo atómico, de partículas y energía con la finalidad de alcanzar la estabilidad. Algunos átomos existen en un estado anormal de excitación caracterizado por un núcleo inestable, para alcanzar la estabilidad emiten partículas y energía transformándose en otros átomos, proceso conocido como decaimiento radioactivo o desintegración radioactiva. Los átomos involucrados son los radionúclidos.
Además de los isótopos estables muchos elementos tienen isótopos radioactivos o radioisótopos. Estos pueden producirse artificialmente en reactores nucleares o aceleradores de partículas, de hecho se han producido radioisótopos para casi todos los elementos, pero solo unos pocos elementos posees radioisótopos naturales, ejemplo de estos son el uranio y el carbono-14.
Estos radioisótopos pueden decaer a la estabilidad emitiendo partículas alfa, beta y rayos gamma.

VIDEO RADIOACTIVIDAD

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EMISION DE PARTICULAS ALFA (α):
Durante la emisión alfa un átomo pesado expulsa dos protones y dos neutrones, perdiendo así dos unidades de cargas positivas y 4 unidades de masa atómica.
Ejemplo:
El radio-226 tiene:
A=226 Z= 88 N= 138
Y se desintegra por emisión alfa (Z=2 N=2 A=4).
En radon-222:
A=222 Z= 86 N=136

VIDEO: FORMACION DE PARTICULA ALFA

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CARACTERISTICAS ALFA
Estas partículas alfa son equivalentes a un átomo de He (helio) doblemente ionizados, es decir, que han perdido sus dos electrones. Por tanto, tienen dos neutrones y dos protones (numero másico de 4, con dos unidades de carga eléctrica positivas). Es la radiación característica de isótopos de número atómico elevado, tales como los del uranio, torio, radio, plutonio. Dada la elevada masa de estas partículas y a que se emiten con una energía de unos 7 MeV, al chocar con la materia pierden gradualmente su energía ionizando unos 40.000 átomos por cm. de aire recorrido y se frenan muy rápidamente, por lo que quedan detenidas en tan sólo unos cm. de aire o unas milésimas de cm. de agua. En su interacción con el cuerpo humano no son capaces de atravesar la piel. Así pues, tienen poco poder de penetración siendo absorbidos totalmente por una lámina de aluminio de 0.1 mm de espesor o una simple hoja de papel.
Cuando la partícula alfa pierde su energía cinética, capta dos electrones y se convierte en un átomo de helio-4



EMISION DE PARTICULAS BETA NEGATIVA (β-):
Durante la emisión beta- un electrón creado en el núcleo es expulsado del mismo con una energía cinética considerable. En este proceso un neutrón se transforma en protón. Como resultado tenemos un nuevo elemento con un Z + 1 mientras el número masico “A” es constante.
Ejemplo:
El yodo-131 tiene
A=131 Z= 53 N= 78
Y se desintegra por emisión beta negativa
en xenón-131
A=131 Z=54 N=77

VIDEO: FORMACION DE PARTICULAS BETA NEGATIVA

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CARACTERISTICAS BETA
Las partículas beta- son electrones emitidos a con una energía de hasta 7 Mev. Poseen un número másico de 0. Ionizan varios cientos de átomos por cm. de aire recorrido. Puede atravesar de 10 a 100cm de aire y uno o dos centímetros de tejido blando.
Cuando la partícula beta pierde su energía cinética se combina con átomos deficitarios de electrones.


EMISION DE PARTICULAS BETA NEGATIVA (β+):
Si hay un exceso de protones respecto de la línea de estabilidad en el núcleo se hace más estable a través de la transformación de un protón en un neutrón y emitiendo un positrón (electrón con carga positiva). Al positrón se lo llama partícula beta positiva (beta +). El nuevo núcleo tiene, entonces, un protón menos (z-1).
Ejemplo:
El fluor-18 tiene
A=18 Z= 9 N= 9
Y se desintegra por emisión beta positivo
en oxigeno-18
A=18 Z=8 N=10
Una partícula beta positiva es un electrón con carga positiva.

VIDEO: FORMACION BETA POSITIVA

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EJEMPLO DE FAMILIA RADIACTIVA

SERIE DEL RADIO: a la cadena radiactiva del uranio-238 se la conoce habitualmente como familia radiactiva del radio (datos de wikipedia)


NEUTRONES
EL NEUTRON
EL neutrón al carecer de carga eléctrica no interacciona con los electrones de las capas electrónicas (apenas interacciona con la materia) y solo sufre alteraciones cuando pasa cerca de un núcleo, pero cuando esto ocurre se debe a fenómenos nucleares y las energías involucradas son de gran magnitud. Entre las reacciones con nucleones se encuentran la FUSÓN Y LA FISIÓN.

FUSION: en reactores nucleares, dos núcleos se unen y se libera un neutrón
La reacción más fácil de conseguir es la del deuterio (un protón más un neutrón) y el tritio (un protón y dos neutrones) para formar así helio (dos neutrones y dos protones) y un neutrón, liberando una energía de 17, 6 MeV


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FISION
La fisión nuclear. Proceso por el cual el núcleo de un elemento pesado, como el uranio 235 (Z 92 N 143) es bombardeado por neutron convirtiéndose en uranio 236 (N144) el cual se divide en dos partes con emisión de neutrones y liberación de energía. Estos átomos nuevos surgen al azar, en este ejemplo en bario 141 ( Z 56 N 85)y criptón 92 (Z 36 N 56) junto a tres neutrones unos 200 MeV de energía.

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Las radiaciones ionizantes, se comportan de la misma manera con respecto al tejido biológico, aunque hay diferencias importantes entre ellas como se muestra en la fig. 2 que se pueden analizar según ciertas características: masa – energía – ionización – carga – alcance y origen.

Radiación ionizante y el hombre:
El hombre esta sometido a radiaciones ionizantes sin tener la menor conciencia de ello. La exposición artificial a las radiaciones, es decir la que resulta de la acción de hombre, representa un 34 % de la exposición total, de esta el 33% es debido a las aplicaciones médicas y el 1% a aplicaciones industriales. El 66% restante es debido a la radiación natural producida por los rayos cósmicos 11%, radiación terrestre 14%, el radon 33% y potasio 8%.


Radiación natural:
Los rayos cósmicos están compuestos en un 85% por protones, 12% de partículas alfa y un 3% de otras partículas cargadas como positrones, electrones, etc. En parte estas partículas provienen del sol, pero una gran mayoría, las de mayor energía, provienen de fuentes galácticas y extra galácticas.
Estamos constantemente siendo bombardeados por estos rayos cósmicos. Las auroras polares, boreales o australes son una manifestación de los rayos cósmicos provenientes del sol. Las partículas cargadas siguen las líneas del campo magnético terrestre y llegan así cerca de los polos en donde entran en colisión con los átomos y moléculas de la atmósfera terrestre. Los electrones de estos átomos y moléculas se excitan y al desexitarse emiten fotones. Las auroras polares muestran todos estos fotones en el rango de la luz visible y la variación de los colores observados depende de cuales hayan sido los átomos excitados.
En conjunto los rayos cósmicos están constituidos por partículas muy energéticas, con una energía media de 1 GeV, pero no es raro encontrar partículas con energías de hasta 10 a la 11 GeV. En las altas capas atmosféricas una partícula muy energética puede colisionar un núcleo de un átomo y la reacción nuclear es tal que genera nuevas partículas, las que a su vez debido a su alta energía vuelven a producir nuevas reacciones y originar nuevas partículas. Se producen una serie de reacciones que crean un haz de partículas en racimo, algunas de estas partículas son absorbidas y otras llegan a la superficie de la tierra.
Como ejemplo, los rayos cósmicos son responsables de la producción natural de radioisótopos, como el carbono-14 producido en la atmósfera terrestre.
Radiación terrestre: En su proceso de formación la tierra se constituyo a partir de una gran variedad de rocas y minerales de los que hay unos cincuenta isótopos radiactivos. Es el caso de potasio-40, el rubidio-87 así como los isótopos del uranio, torio y del actinio. Estos últimos generan las series radiactivas naturales que terminan todas ellas en isótopos estables: plomo 206, plomo 208 y plomo 207 respectivamente. Todos los demás núcleos de estas series son radiactivos.
Radon: Cada serie radiactiva contiene un isótopo del radon. Este es un elemento gaseoso, químicamente inerte, emitido en pequeñas proporciones por las rocas, el agua y materiales de construcción y el cual inhalamos irradiando nuestros pulmones.
Potasio:El potasio que ingerimos con los alimentos tiene un radioisótopo, el potasio-40.
Debido a que inhalamos y nos alimentamos con diversos tipos de radioisótopos nuestro cuerpo es normalmente radioactivo y sus radiaciones representan un 12% de la radiación natural y un 8% de la radiación total.

El que la especie humana haya evolucionado en presencia de la radiación natural no significa que las radiaciones sean inocuas, sino que da una idea de un valor tolerable.



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