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7/29/2019 01-FISICA DAS RADIAES
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NATUREZA DAS RADIAES NUCLEARES
E SUAS CARACTERISTICAS
ANA MENDONA
BIOFSICA-UFPE
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Os modelos atmicos
1911 Modelo de Rutherford
Muitas partculasatravessaram a folha
em linha reta
Poucas partculasrefletiram
O espao vazio eramuito maior que oespao ocupado
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Os modelos atmicos
A descoberta dos prtons eeltronspara os cientistas
Modelo planetrio
O tomo de RUTHERFORD, 1911
1932 a descoberta dos nutrons, CHADWICK
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Os modelos atmicos Modelo atual Rutherford e Bohr
1
1
H8
18
O dez mil vezes menor que o tomo
Nucldeo
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Partcula Massa Carga (C)
Eltron 5,486 x 10-4 uma - 1,60210 x 10 -19
Prton 1,0073 uma + 1,60210 x 10 -19
Nutron 1,0087 uma xxxxxxxxx
Estrutura Nuclear
REPRESENTAO DE UM ATOMO
AXZ
A= numero de nucleons (A = Z +N)X = elemento considerado
OBS: padro de medida de massa atmica o 12C1 ev = variao de energia cintica de um eltron submetido a uma ddp
de 1 volt. (Kev; Mev; Gev) 1 ev = 1,6 x 10-19
J
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tomo nutrons = o no. de prtons = no. de eltrons
Energia de ligao nuclear
Foras intranucleares= atuam apenas dentro do ncleo. (mesons)
Estabilidade nuclearBarreira de potencial
Estrutura Nuclear
ISOTOPOS= Z IGUAIS; A diferentes e mesmaspropriedades qumico
ISOBAROS = mesmo no. de A e diferentes no. Z
ISOMEROS = mesmo no. de A e Z mas diferentes nveisenergticos.
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Estrutura Nuclear
ATOMOS LEVES
A = 2 x Z ou seja,Z=N
ATOMOS PESADOS
A = deve ser maiorque 2 x o no de carga
ESTABILIDADE NUCLEAR
CAUSAS DA INSTABILIDADE NUCLEARAgitao nuclear constante
Desproporo de prtons e nutronsExpulso da partcula alfa
EMISSO DE RADIAO
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RADIOATIVIDADE
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Descoberta da radioatividade
1896
Antonie Henri Becquerel
Minrio uranita
(sulfato de urnio e potssio)
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Descoberta da radioatividade
1898 o casal Curie estudandoPolnio e Rdio observou amesma emisso espontnea do
Urnio.
Casal Curie
RADIOATIVIDADE
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RadioatividadeConceito: Fenmeno pelo qual um ncleoatmico, espontaneamente, se modifica por
meio da cesso de energia em forma departculas ou radiaes eletromagnticas.Corpos radioativos naturais- ex: Urnio,Trio, Polnio, Rdio...Corpos radioativos artificiais- ex: 17O8
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RADIOATIVIDADE
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Radiaes particuladas
Partcula Alfa( ) Formadas por 2 prtons e 2 nutrons associados. Possui estrutura
exatamente igual ao ncleo do Hlio.
Representao: 42CARACTERSTICAS GERAIS: Possui grande poder de ionizao (60.000 pares de ons/mm) Pequena capacidade de penetrao na matria
Fazem trajetrias espessas, retilneas e curtas So facilmente absorvidas pela matria, podendo serem detidas por uma
folha de papel. No conseguem penetrar nossa pele, porm se ingeridas podem causar
danos aos tecidos internos.
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So produzidas por elementos de elevado nmeroatmico (famlia radioativa urnio, Trio, Actnio,Netnio e 148Sm62 (samrio) e alguns terras raras
Tem todas a mesma energia, so formadas no ncleoe expelidasExemplos:
226Ra88 222Rn86* + + 238
U92234
Th + + 239Pu94 235U + + 212Po84 208Pb +
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Partcula Beta () So partculas idnticas aos eltrons, so altamente energtica, emitidas
pelo ncleo com velocidade que podem atingir at quase a velocidadeda luz.
Representao:+, -
Caractersticas: So capazes de penetrar alguns milmetros de alumnio Os emissores de beta podem ser corpos naturais ou artificiais So partculas menos ionizantes que as alfas, porm so mais
penetrantes, pois tem massa e volume desprezveis As trajetrias so tnues, delgadas e tortuosas Somente lminas metlicas de certas espessuras conseguem det-las.
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Radiao Gama ( ) A radiao gama no surge isoladamente mas sempre, se
sucede a emisso ou . Esta energia geralmente emitidaem tempo extremamente curto aps a expulso da partcula.
Representao : 0 Caractersticas gerais; extremamente penetrante, porm pouco ionizante. Possui trajetrias tnues, tortuosas e muitas vezes
ramificadas Possui a velocidade da luz Somente pode ser detida por espessas camadas de chumbo
ou concreto.
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Decaimentos Decaimento Alfa
A energia de transio corresponde energia cintica daradiao alfa e a energia liberada na forma de radiaogama.
Indesejveis para aplicaes diagnsticas Decaimento por negatron
Converso de um nutron em um prton + antineutrino. A relao N/P diminui Ncleo ricos em nutrons Ex: I-127 ( 53 prtons e 74 nutrons) I -131 ( 78 nutrons - )
com 6 energias diferentes + 19 364Kev A energia de transio liberada na forma de energia
cintica do - + antineutrino+ A desvantagem dos emissores alta dose para o
paciente.
D i i C
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Decaimento por psitron e Capturaeletrnica
Psitron Ocorre em nucldeos pobres em nutrons
Decaimento: + + + neutrino
A energia mnima de transio requerida para o
decaimento por psitron 1,02 Mev. Captura eletrnica
Ncleos pobres em nutrons e energia de transiomenor que 1,02 Mev.
O letron da camada K incorporado ao ncleo raios X caractersticos.
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Decaimento Tipos:
ou + ou +
TRANSIA ISOMRICA a transio do estado metaestvel para o basal , no
altera o nmero atmico. Tc 99m ocorre do decaimento do Mo-99 T1/2 = 6 horas tempo que permite separar o
radionucldeo metaestvel do radionucldeo pai e
a sua aplicao para imagens clnicas. Radiao pura no associada a partculas Baixa energia Baixas doses de radiao para o paciente
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Emisso gama ()
A emisso de ftons acompanha as emisses e . Origina-se de ncleos instveis excitados Ocorre em larga escala de energia. As energias de maior aplicabilidade em imagens convencionais de
fton-nico em aplicaes clnicas variam entre 80 e 400 KeV. Abaixo de 80 KeV trazem dificuldades- atenuao e espalhamento. Energia superior a 400 KeV eficincia da gama-cmera. Os ftons de 511 keV aniquilao de psitron e negatron
PET
OBS: radiao caracterstica = raios X caractersticos.
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Radiao alfa Radiao beta
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Decaimentos e
Ngatron
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RADIOATIVIDADE 2
Profa.Dra. Ana Mendona
UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO
CENTRO DE CINCIAS BIOLGICASDEPARTAMENTO DE BIOFSICA E RADIOBIOLOGIA
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Radiaes De acordo com efeitos provocados na matria
Ionizantes -arrancam eltrons do tomo
No ionizantes
Excitao da matria (estado mais elevado de energia)
tomo on positivo
A interao das radiaesionizantes com a matria
Transferncia de energia
para o meio irradiado
on: ganhou ou perdeu .
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Radiaes
Radiaeseletromagnticas (EM) : Raios csmicos, raios-X,
raios Gama, luz visvel
Radiaes corpusculares: Eltrons, prtons, nutrons,
partculas Beta e alfa
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Introduo
ESPECTRO ELETROMAGNTICO DAS RADIAES
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Espectro eletromagnetico
Conceito de ondas eletromagnticas (EM) So produzidas por vibraes de partculas que
possuem cargas (propriedades eltricas e
magnticas).
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Comprimento
Frequncia Quantidade de picos que passam num
determinado tempo (seg) Hertz
Ondas de radio = baixa frequncia, grandecomprimento e baixa energia
Espectro eletromagntico
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Propriedades das ondas
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Espectro eletromagntico
Comprimento de ondasso refletidos e outrosso absorvidos
Aplicao: identificarcomposio qumica;densidade; Temp
1nm= dividir o metro em um bilho de vezes
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Radiao
Radiao No-Ionizante
EXCITAO e- aumenta nvel de energia
NO ejetado
IONIZAO energia suficiente para
EJETAR e-
Radiao Ionizante
Radiaes ionizantes
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Radiaes ionizantes
RADIAO
Interao da radiao com a
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Interao da radiao com amatria
Interao da partcula alfa: Excitao
Ionizao (primria e secundria)- transferncia de energiapara o meio.
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Interao da radiao com a matria
Interao do ngatron (-): Repulso
Ngatron (-) repele eltrons (produzindo ons)
Interao do psitron(+): Aniquilao da matria
Psitron (+) ao se chocar com ngatron (-)
Interao da radiao com a
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Interao da radiao com amatria
Raios EM que acompanham transies nucleares
Raios XAcompanham transies eletrnicas
Interao da radiao gama e X :
Efeito fotoeltrico Efeito Compton Formao de pares (inverso da aniquilao)
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Efeito fotoeltrico
ou X transfere suaenergia total para um nico orbital ejetando-o do
tomo (ionizao).
O ejetado o fotoeltrone poder perder a energiarecebida, produzindoionizao em outros tomos
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Efeito Compton
Maior energia deRadiao
Parte da energia incidente transferida para o
e o restante cedida parao fton espalhado
O fton ter energiamenor e direo diferente
P d d
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Produo de pares
Somente quando ftonsde 1,02 MeV passamprximos do ncleo
Radiao desaparece,originando um pareltron-psitron
Perdero sua Ec pela
ionizao e excitao.
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Interao Radiao-Matria
Raios gama
Nucldeo
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Radionucldeos
R di ld
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Radionucldeos(radioistopos)
Isotopos naturais Z > 82 (famlia radioativa)
- Na biologia -uso limitado
Isotopos artificiais
- IRENE e JOLIOT CURIE
Obs: Importantes para medicina nuclear
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Produo de radionuclideos Reatores nucleares
Reator IEA R1- IPEN/SP
EX: Iodo-131 e Samrio-153
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Produo de radionuclideos
Acelerador - Ciclotron
Ex: Flor-18; Iodo-123; Glio-67 e Tlio-201
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Produo de radionuclideos
filme
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Aplicaoes dos radionuclideos
Os radioistopos podem ser usados de duasmaneiras distintas:
1FONTES DE IRRADIAO- O material
biolgico recebe apenas as radiaes emitidaspelo radionucldeo.
2 - COMO TRAADORES (radiofmacos) - O
radioistopo incorporado ao meio biolgicoque se deseja estudar.
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CARACTERSTICAS DO USO COMO FONTEDE IRRADIAO
A ESCOLHA DA FONTE - TIPO DE RADIAO EMITIDA: , , ENERGIA DA RADIAES MEIA VIDA DO RADIONUCLIDEO DISPONIBILIDADE PREO
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EXEMPLOS DO USO COMO FONTES DEIRRADIAO
MEDICINA: RADIOTERAPIA - TUMORES MALIGNOS
RADIOBIOLOGIA FUNDAMENTAL - pesquisas RADIOESTERILIZAO SERINGAS, FIOS CIRRGICOS
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Cobaltoterapia
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RADIOFRMACO
TERMINOLOGIA RADIONUCLDEO- tomos radioativos
RADIOQUIMICOS- radionuclideos+ molcula
qumica com propriedades de localizaodesejadas.
RADIOFMACOS radioqumico utilizadosem pacientes .
CARACTERISTICAS DOS RADIOFARMACOS
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IDEAIS
Fton gama com energia e quantidadeadequada para deteco externa;
Energias entre 100 e 200 keV
Meia vida efetiva adequada Marcadores ideais no devem emitir
radiaes de partcula;
Alta especificidade
CARACTERISTICAS DOS
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CARACTERISTICAS DOSRADIOFARMACOS IDEAIS
O frmaco deve ter biodistribuio adequada,ausncia de toxicidade ou efeitossecundrios;
Os radiofrmacos no devem sofredissociao nem in vitro nem in vivo
Disponiveis
Ser fceis de marcar Custo razovel
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RADIOFRMACO
GERADORES DE RADIONUCLIDEOS MOLIBDNIO-99 (66 HORAS)
FILHO TECNCIO-99M ( 6 HORAS)
RUBDIO-81 (4,5 HORAS) CRIPTNIO- 81 ( 13 SEGUNDOS)
GERMNIO 68 HORAS Glio 68 ( 68 minutos)
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RADIOFRMACO
Gerador de Mo-99 e Tc-99m Caracteristicas
Produo
Coluna de troca inica (Al2O-alumina) pH cido Blidagem de chumbo
Autoclavado controle de qualidade
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GERADOR DE 99TCm
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RADIOFRMACO
Radioiodos
ndio-111
Glio-67 marcadores sseo, tumores efocos de infeces
Tlio-201
Xennio, criptnio imagem pulmonar deventilao
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MEDICINA
CINTILOGRAFIA DE ESQUELETO 99Tcm
DIAGNSTICO DO CNCER CA-15; CA 13
ESTUDOS DA FUNO TIROIDIANA 125I ;
131I ESTUDOS RENAIS 113In; 99Tcm
ESTUDOS DE FGADO E BAO 113In +
cloreto frrico.
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RADIOFRMACO
Radiofmacos usados no tratamento da doroncolgica
Linfonodo sentinela cncer de mama Cintilografia aps 3 horas
Cirurgia 18 a 24 horas aps
Principais radioistopos usados na Medicina
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p pIstopos Principais usos
Trtio Determinao do contedo de gua no corpo.
Carbono-11 Varredura do crebro com tomografia de emisso positrnica.
Carbono-14 Ensaios de radioimunidade.
Sdio-24 Deteco de constries e obstrues do sistema circulatrio.
Fsforo-32 Deteco de tumores oculares, cncer de pele, ou tumores ps-cirrgicos.
Cromo-51Diagnstico de albumina, tamanho e forma do bao, desordensgastrointestinais.
Ferro-59 Mal funo das juntas sseas, diagnstico de anemias.
Cobalto-60 Tratamento do cncer.
Glio-67 Varredura do corpo inteiro para tumores.
Selnio-75 Varredura do pncreas.
Criptnio-81m Varredura da ventilao no pulmo.Estrncio-85 Varredura dos ossos para doenas, incluindo cncer.
Tecncio-99mUm dos mais utilizados: diagnstico do crebro, ossos, fgado, rins, msculose varredura de todo o corpo.
Iodo-131Diagnstico de mal funcionamento da glndula tireide, tratamento dohipertireoidismo e cncer tireoidal.
Mercrio-197 Varredura dos rins.
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Sistemas de geradores de radionucldeos
radioinuclideo pai T1/2 pai Radionucldeofilho
T1/2
99
Mo 66 h99m
Tc 6 hRubideo-81 4,5 h Criptnio -81m 13 seg
Germnio-68 270 d Glio-68 68 min
Telrio-132 3,2 d Iodo 132 2,3 h
Estanho- 113 115 d ndio-113m 1,7 h
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.
Caractersticas fsicas de radionuclideos emissores de psitrons utilizadosem medicina nuclear
Radioinuclideo T1/2 (min) Energia psitron(MEV)
Penetraopartes moles(mm)
Mtodo deProduo
11C 20 0,96 4,1 acelerador15O 2 1,73 7,3 acelerador18F 110 0,635 2,4 acelerador
68Ga 68 1,9 8,1 Gerador(68Ge)
PROPRIEDADES NUCLEARES 18F
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PROPRIEDADES NUCLEARES 18F Meia Vida: 109,7 min
Decaimento: + (97%), EC (3%)
E + mxima: 6,35 KeV
Alcance Mxima: 2,4 mm(H2O)
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ANIQUILAO
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Imagens cerebrais utilizando o 18F-FDG obtidas com o PET. esquerda imagem de um crebro normal e direita um
paciente drogado com cocana.
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APLICAES
PET
http://static.hsw.com.br/gif/nuclear-medicine-brain.gif7/29/2019 01-FISICA DAS RADIAES
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CINTILOGRAFIA SSEA
http://rad.med.hoje.zip.net/images/hueso.png7/29/2019 01-FISICA DAS RADIAES
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TRAADORES RADIOATIVOS
DESVANTAGENS: TCNICAS ESPECIAIS
APARELHAGEM CARA
CUSTO ELEVADO DAS SUBSTNCIASMARCADAS
POSSIBILIDADE DE DANOS NO SISTEMAPROVOCADA PELA RADIAO