RADIOACTIVIDADE Aplicaes Previso Datao radioactiva Breves consideraes sobre

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Previsão Datação radioactiva. Breves considerações sobre os efeitos das radiações. Efeitos biológicos das radiações. Dosimetria: dose, taxa de dose e distribuição de dose. Unidades de medida de radiações. Exposição humana às radiações. Breve referência à regulamentação. Algumas aplicações em Medicina Nuclear: radioterapia e diagnóstico. R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Datação Radioactiva Radioactividade natural (Declínio radioactivo) T 1/2 bem definido … desintegrações simples (progenitor) X 1 X 2 (descendente estável) Inicialmente… R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Datação Radioactiva Radioactividade natural (Declínio radioactivo) T 1/2 bem definido … desintegrações simples (progenitor) X 1 X 2 (descendente estável) Inicialmente… R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Datação Radioactiva Radioactividade natural (Declínio radioactivo) T 1/2 bem definido … desintegrações simples (progenitor) X 1 X 2 (descendente estável) Inicialmente… R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Datação Radioactiva Radioactividade natural (Declínio radioactivo) T 1/2 bem definido … desintegrações simples (progenitor) X 1 X 2 (descendente estável) Inicialmente… R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Datação Radioactiva Radioactividade natural (Declínio radioactivo) T 1/2 bem definido … desintegrações simples (progenitor) X 1 X 2 (descendente estável) Inicialmente… … hoje R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Datação Radioactiva Radioactividade natural (Declínio radioactivo) T 1/2 bem definido … desintegrações simples (progenitor) X 1 X 2 (descendente estável) Inicialmente… … hoje R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Datação Radioactiva Radioactividade natural (Declínio radioactivo) T 1/2 bem definido … desintegrações simples (progenitor) X 1 X 2 (descendente estável) Inicialmente… … hoje R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Datação Radioactiva Radioactividade natural (Declínio radioactivo) T 1/2 bem definido … desintegrações simples (progenitor) X 1 X 2 (descendente estável) R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Datação Radioactiva Radioactividade natural (Declínio radioactivo) T 1/2 bem definido … desintegrações simples (progenitor) X 1 X 2 (descendente estável) ΔNP(t), ΔND(t): medição do tempo (rigorosa, reprodutível) R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Datação Radioactiva Radioactividade natural (Declínio radioactivo) T 1/2 bem definido … desintegrações simples (progenitor) X 1 X 2 (descendente estável) ΔNP(t), ΔND(t) R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Datação Radioactiva Radioactividade natural (Declínio radioactivo) T 1/2 bem definido … desintegrações simples (progenitor) X 1 X 2 (descendente estável) R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Datação Radioactiva Declínios radioactivos – Desintegrações simples X 1 X 2 (estável) t 0 R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Datação Radioactiva Declínios radioactivos – Desintegrações simples X 1 X 2 (estável) t 1 R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Datação Radioactiva Declínios radioactivos – Desintegrações simples X 1 X 2 (estável) t 2 R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Datação Radioactiva Declínios radioactivos – Desintegrações simples X 1 X 2 (estável) ti R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Datação Radioactiva Declínios radioactivos – Desintegrações simples X 1 X 2 (estável) t R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Datação Radioactiva Declínios radioactivos – Desintegrações simples X 1 X 2 (estável) ΔNP(t), ΔND(t): medição do tempo (rigorosa, reprodutível) t 0 t R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Datação Radioactiva Declínios radioactivos – Desintegrações simples X 1 X 2 (estável) t 0 t R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Datação Radioactiva Declínios radioactivos – Desintegrações simples X 1 X 2 (estável) t 0 t R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Datação Radioactiva Declínios radioactivos – Desintegrações simples X 1 X 2 (estável) Como… ? Usando as equações da desintegrações simples R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Datação Radioactiva Declínios radioactivos – Desintegrações simples X 1 X 2 (estável) Como… ? Usando as equações da desintegrações simples R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Datação Radioactiva Declínios radioactivos – Desintegrações simples X 1 X 2 (estável) Como… ? Usando as equações da desintegrações simples R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Datação Radioactiva Declínios radioactivos – Desintegrações simples X 1 X 2 (estável) Como… ? Usando as equações da desintegrações simples R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Datação Radioactiva Declínios radioactivos – Desintegrações simples X 1 X 2 (estável) Mas se ND(t 0) 0 então… Usando as equações da desintegrações simples… R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Datação Radioactiva Declínios radioactivos – Desintegrações simples X 1 X 2 (estável) Mas se ND(t 0) 0 então… Usando as equações da desintegrações simples e uma eq. auxiliar… Isótopo estável do descendente… R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Datação Radioactiva Declínios radioactivos – Desintegrações simples X 1 X 2 (estável) Mas se ND(t 0) 0 então… Usando as equações da desintegrações simples e uma eq. auxiliar… Isótopo estável do descendente… Conhecidos… R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Datação Radioactiva Declínios radioactivos – Desintegrações simples X 1 X 2 (estável) Mas se ND(t 0) 0 então… Usando as equações da desintegrações simples e uma eq. auxiliar… Isótopo estável do descendente… R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Datação Radioactiva Declínios radioactivos – Desintegrações simples X 1 X 2 (estável) Mas se ND(t 0) 0 então… Usando as equações da desintegrações simples e uma eq. auxiliar… Isótopo estável do descendente… R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Datação Radioactiva - exemplos 84 Sr (0, 56%) 85 Rb (72, 17%) 86 Sr (9, 86%) 87 Rb 4, 75× 1010 a (27, 83%) 87 Sr (7%) 88 Sr (82, 58%) Existem em minerais… R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Datação Radioactiva - exemplos 84 Sr (0, 56%) Constante: 85 Rb (72, 17%) 86 Sr (9, 86%) 87 Rb 4, 75× 1010 a (27, 83%) 87 Sr (7%) 88 Sr (82, 58%) Existem em minerais… R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Datação Radioactiva - exemplos 84 Sr (0, 56%) Constante: 85 Rb (72, 17%) 86 Sr (9, 86%) 87 Rb 4, 75× 1010 a (27, 83%) 87 Sr (7%) 88 Sr (82, 58%) Semelhantes em minerais diferentes com origens comuns… (mesmo Δt) R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Datação Radioactiva - exemplos 84 Sr (0, 56%) Constante: 85 Rb (72, 17%) 86 Sr (9, 86%) 87 Rb 4, 75× 1010 a (27, 83%) 87 Sr (7%) 88 Sr (82, 58%) Diferentes em minerais diferentes com origens comuns… (mesmo Δt) R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Datação Radioactiva - exemplos R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Datação Radioactiva - exemplos R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Efeitos biológicos das radiações A radioactividade e as radiações – propriedades… invisíveis, incolores, inodoras, insípidas, silenciosas… (partículas – p, n, , , fotões …) R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações As radiações… …penetrantes R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Fontes de radiações… grandezas pertinentes Bq (Becquerel) /s Gy (Gray) J/kg Sv (Sievert) J/kg efeitos biológicos R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Fontes de radiações… Naturais… Contribuição para a dose equivalente anual de diferentes fontes naturais de radiação ionizante Radionuclidos cosmogénicos Radiação cósmica Radionuclidos inalados Radionuclidos internos Radiação Terrestre Organismos vivos (sistemas biológicos complexos)… expostos! R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Fontes de radiações… Artificiais Contribuição para a dose equivalente anual de diferentes fontes antropogénicas de radiação ionizante Reactores nucleares Produtos domésticos Aceleradores de partículas Fontes de neutrões Viagens aéreas Fontes de raios-X, (diagnóstico, Testes de armas nucleares na atmosfera terapia). . . Diagnóstico médico Precipitação radioactiva (fall-out) Armamento nuclear Centrais nucleares Organismos vivos (sistemas biológicos complexos)… sempre expostos! R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Radiações nucleares Partículas energéticas… e , n, p, , iões pesados… Fotões… R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Radiações nucleares Partículas energéticas… e , n, p, , iões pesados… Fotões… R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) Detectores Modificação de materiais Análise de materiais Diagnóstico médico Radioterapia FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Radiações nucleares Detectores Partículas energéticas… e , n, p, , iões pesados… Modificação de materiais Análise de materiais Diagnóstico médico Radioterapia Fotões… Danos em materiais Danos em tecidos vivos R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Radiações nucleares Detectores Modificação de materiais Partículas energéticas… e , n, p, , iões pesados… Análise de materiais Diagnóstico médico Radioterapia Fotões… Energia Intensidade Tipo Danos em materiais Danos em tecidos vivos R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Radiações nucleares Detectores Partículas energéticas… e , n, p, , iões pesados… Modificação de materiais Análise de materiais Diagnóstico médico Radioterapia Fotões… Danos em materiais Detecção Danos em tecidos vivos R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) Controlo FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Radiações nucleares Partículas carregadas… e , p, , iões pesados… Efeitos na matéria deslocações ionizações Energia Fotões, n R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Radiações nucleares Partículas carregadas… e , p, , iões pesados… Efeitos na matéria deslocações ionizações Energia Fotões, n Danos em materiais Danos em tecidos vivos R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Interacções da radiação com a matéria viva… 10 12 – 10 8 s 10 7 s – horas R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações … Tecidos vivos reagem aos danos reparação Sobrevivem à escala geológica em ambientes de radiações… Interacções iniciais (10 12 – 10 8 s) R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações … Tecidos vivos reagem aos danos reparação Sobrevivem à escala geológica em ambientes de radiações… Interacções iniciais (10 12 – 10 8 s) Energia ionização e excitação de átomos e moléculas… …depende do tipo de radiação e energia da radiação. R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações … Tecidos vivos reagem aos danos reparação Sobrevivem à escala geológica em ambientes de radiações… Interacções iniciais (10 12 – 10 8 s) Energia ionização e excitação de átomos e moléculas… …depende do tipo de radiação e energia da radiação. R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Interacção com a matéria Partículas carregadas pesadas (PPCs: p, , iões pesados) Colisões com electrões… R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Interacção com a matéria Partículas carregadas pesadas (PPCs: p, , iões pesados) Colisões com electrões… R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) trajectórias rectilíneas… FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Interacção com a matéria Partículas carregadas pesadas (PPCs: p, , iões pesados) Colisões com electrões… muito numerosas… trajectórias rectilíneas… (dominantes!) R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Interacção com a matéria Partículas carregadas pesadas (PPCs: p, , iões pesados) Colisões com electrões… muito numerosas… trajectórias rectilíneas… (dominantes!) interacções coulombianas… campos transientes transferência de energia Elevada densidade de ionização e excitação… R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Interacção com a matéria Partículas carregadas pesadas (PPCs: p, , iões pesados) Colisões com electrões… muito numerosas… trajectórias rectilíneas… (dominantes!) interacções coulombianas… campos transientes transferência de energia Elevada densidade de ionização e excitação… Danos físicos directos e indirectos R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Interacção com a matéria Partículas carregadas pesadas (PPCs: p, , iões pesados) Colisões com electrões… muito numerosas… trajectórias rectilíneas… (dominantes!) interacções coulombianas… campos transientes transferência de energia Elevada densidade de ionização e excitação… R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Interacção com a matéria – perdas de energia Partículas carregadas pesadas (PPCs: p, , iões pesados) interacções coulombianas… campos transientes transferência de momento transferência de energia R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Interacção com a matéria – perdas de energia Partículas carregadas pesadas (PPCs: p, , iões pesados) interacções coulombianas… campos transientes transferência de momento transferência de energia R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Interacção com a matéria – perdas de energia Partículas carregadas pesadas (PPCs: p, , iões pesados) Colisões com electrões… trajectórias rectilíneas… interacções coulombianas… campos transientes transferência de momento transferência de energia R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Interacção com a matéria – perdas de energia Partículas carregadas pesadas (PPCs: p, , iões pesados) interacções coulombianas… campos transientes transferência de momento transferência de energia R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Interacção com a matéria – perdas de energia Partículas carregadas pesadas (PPCs: p, , iões pesados) interacções coulombianas… campos transientes transferência de momento transferência de energia A energias elevadas… … núcleos completamente “nus”… … carga efectiva +Z 1 e R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Interacção com a matéria – perdas de energia Partículas carregadas pesadas (PPCs: p, , iões pesados) interacções coulombianas… campos transientes transferência de momento transferência de energia R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Interacção com a matéria – perdas de energia Partículas carregadas pesadas (PPCs: p, , iões pesados) interacções coulombianas… campos transientes transferência de momento transferência de energia R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Interacção com a matéria – perdas de energia Partículas carregadas pesadas (PPCs: p, , iões pesados) interacções coulombianas… campos transientes transferência de momento transferência de energia R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Interacção com a matéria – perdas de energia Partículas carregadas pesadas (PPCs: p, , iões pesados) interacções coulombianas… campos transientes transferência de momento transferência de energia R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Interacção com a matéria – perdas de energia Partículas carregadas pesadas (PPCs: p, , iões pesados) Colisões com electrões… Elevada densidade de ionização e excitação… Transferência de energia (Bethe-Bloch para energias elevadas) força electrostática tempo de trânsito densidade electrónica R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) parâmetro de impacto FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Interacção com a matéria – perdas de energia Partículas carregadas pesadas (PPCs: p, , iões pesados) Colisões com electrões… Elevada densidade de ionização e excitação… Transferência de energia (Bethe-Bloch para energias elevadas) Correcção relativista… I 10 Z-11 Z e. V R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Interacção com a matéria – perdas de energia Partículas carregadas pesadas (PPCs: p, , iões pesados) Colisões com electrões… Elevada densidade de ionização e excitação… Transferência de energia (Bethe-Bloch para energias elevadas) pesa s e iõ R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) LET elevado… dos FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Interacção com a matéria – perdas de energia Poderes de paragem LET elevado… 100 ke. V/μm LET baixo… 1 -10 ke. V/μm R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Interacção com a matéria – perdas de energia e alcances Partículas carregadas pesadas (PPCs: p, , iões pesados) Transferência de energia (Bethe-Bloch para energias elevadas): As perdas de energia aumentam com a carga nuclear do projéctil… R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Interacção com a matéria – perdas de energia e alcances Partículas carregadas pesadas (PPCs: p, , iões pesados) Transferência de energia (Bethe-Bloch para energias elevadas): As perdas de energia aumentam com a carga nuclear do projéctil… Os alcances diminuem com a carga nuclear do projéctil… R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Interacção com a matéria – perdas de energia Partículas carregadas pesadas (PPCs: p, , iões pesados) Transferência de energia (Bethe-Bloch para energias elevadas): As perdas de energia diminuem com a energia… R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Interacção com a matéria – perdas de energia e alcances Partículas carregadas pesadas (PPCs: p, , iões pesados) Transferência de energia (Bethe-Bloch para energias elevadas): As perdas de energia diminuem com a energia… Os alcances aumentam com a energia… R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Interacção com a matéria – perdas de energia Partículas carregadas pesadas (PPCs: p, , iões pesados) Transferência de energia (Bethe-Bloch para energias elevadas): As perdas de energia diminuem com a energia… R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Interacção com a matéria – perdas de energia Partículas carregadas pesadas (PPCs: p, , iões pesados) Transferência de energia (Bethe-Bloch para energias elevadas): As perdas de energia diminuem com a energia… Transferência de energia (para energias baixas): As perdas de energia aumentam com a energia… R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Interacção com a matéria – perdas de energia Partículas carregadas pesadas (PPCs: p, , iões pesados) Transferência de energia (Bethe-Bloch para energias elevadas): As perdas de energia diminuem com a energia… Transferência de energia (para energias baixas): As perdas de energia aumentam com a energia… As perdas de energia têm um máximo !! R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Interacção com a matéria – perdas de energia Partículas carregadas pesadas (PPCs: p, , iões pesados) As perdas de energia têm um máximo !! R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Deposição de energia – danos físicos directos e indirectos Partículas carregadas pesadas (PPCs: p, , iões pesados) Densidade de ionização e de excitação perdas de energia Densidade de ionização e excitação têm um máximo!. . . …próximo do fim da trajectória Densidade de ionização e excitação vs. alcance têm um máximo!. . . …próximo do fim da trajectória Energia depositada vs. alcance tem um máximo!. . . …próximo do fim da trajectória R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Deposição de energia – danos físicos directos e indirectos Partículas carregadas pesadas (PPCs: p, , iões pesados) electrões (21 Me. V) dose relativa (%) carbono (270 Me. V/u) fotões profundidade (mm) A energia depositada tem um máximo !!. . . Pico de Bragg R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Deposição de energia – danos físicos directos e indirectos Partículas carregadas pesadas (PPCs: p, , iões pesados) electrões (21 Me. V) dose relativa (%) carbono (270 Me. V/u) fotões profundidade (mm) A energia depositada tem um máximo !!. . . Pico de Bragg R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Deposição de energia – danos físicos directos e indirectos Partículas carregadas pesadas (PPCs: p, , iões pesados) electrões (21 Me. V) dose relativa (%) carbono (270 Me. V/u) fotões profundidade (mm) A energia depositada tem um máximo !!. . . Pico de Bragg R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Deposição de energia – danos físicos directos e indirectos Partículas carregadas pesadas (PPCs: p, , iões pesados) electrões (21 Me. V) dose relativa (%) carbono (270 Me. V/u) fotões profundidade (mm) A energia depositada tem um máximo !!. . . Pico de Bragg R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Deposição de energia – danos físicos directos e indirectos Electrões Colisões com electrões… (menos que com PPC) trajectórias não rectilíneas… … + perdas por radiação (bremsstrahlung) alcances mal definidos… volumes de interacção… … > que p/ PPCs !! densidade de ionização e excitação… … < que p/ PPCs !! R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Deposição de energia – danos físicos directos e indirectos Electrões Colisões com electrões… (menos que com PPC) Neutrões trajectórias não rectilíneas… … + perdas por radiação (bremsstrahlung) alcances mal definidos… volumes de interacção… … > que p/ PPCs !! densidade de ionização e excitação… … < que p/ PPCs !! 0, 025 e. V – 100 e. V: (n, ) como n + p d + (E = 2, 2 Me. V) excitação molecular 100 e. V – 20 ke. V: (n, ) como n + p d + (E = 2, 2 Me. V) + colisões elásticas: protões com energias elevadas, C, O… elevada densidade de ionização e excitação > ke. V: colisões elásticas: protões com energias elevadas, C, O… elevada densidade de ionização e excitação R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Deposição de energia – danos físicos directos e indirectos Fotões < 40 ke. V: efeito fotoeléctrico excitação molecular 40 ke. V – 10 Me. V: dispersão de Compton electrões com energias elevadas… ionização e excitação > 10 Me. V: criação de pares (E > 1, 022 Me. V) electrões e positrões com energias elevadas… ionização e excitação Deposição de energia não localizada… Absorção exponencial !! R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Deposição de energia – danos químicos indirectos (10 7 s…horas + …) Deposição de energia… Ionização de moléculas simples… transferência de e R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Deposição de energia – danos químicos indirectos (10 7 s…horas + …) Deposição de energia… Ionização de moléculas simples… transferência de e H 2 O + H 2 O+ + e e + H 2 O H 2 O+ H+ + OH • H 2 O H • + OH R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Deposição de energia – danos químicos indirectos (10 7 s…horas + …) Deposição de energia… Ionização de moléculas simples… Criação de radicais livres ! transferência de e …muito reactivos, difusão a longa distância… H 2 O + H 2 O+ + e e + H 2 O H 2 O+ H+ + OH • H 2 O H • + OH RH + OH • R • + H 2 O RH + H • R • + H 2 R • + O 2 RO 2 • (radical peróxido orgânico) RO 2 • + RH RO 2 H + R • R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Deposição de energia – danos químicos indirectos (10 7 s…horas + …) Deposição de energia… Ionização de moléculas simples… Criação de radicais livres ! transferência de e …muito reactivos, difusão a longa distância… H 2 O + H 2 O+ + e e + H 2 O H 2 O+ H+ + OH • H 2 O H • + OH RH + OH • R • + H 2 O RH + H • R • + H 2 R • + O 2 RO 2 • (radical peróxido orgânico) RO 2 • + RH RO 2 H + R • alterações químicas em locais críticos de estruturas biológicas (alterações químicas secundárias) disrupção biológica R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Deposição de energia – danos químicos indirectos (10 7 s…horas + …) Deposição de energia… Criação de radicais livres ! Espécies reactivas de oxigénio (ROS) OH • O 2 • superóxido Só 0, 1 1% dos electrões transferidos para o O 2 produzem O 2 • À velocidade de consumo de O 2 mesmo 0, 1% de produção de O 2 • tornariam intoleráveis os danos intracelulares se não existissem defesas que resultem na sua eliminação… As espécies reactivas de oxigénio (ROS) se não forem rapidamente eliminadas quando se formam, causam danos celulares importantes R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Deposição de energia – danos químicos indirectos (10 7 s…horas + …) Deposição de energia… Criação de radicais livres ! Espécies reactivas de oxigénio (ROS) OH • O 2 • superóxido As espécies reactivas de oxigénio (ROS) se não forem rapidamente eliminadas quando se formam, causam danos celulares importantes podem reagir com biomoléculas lípidos, ácidos nucleicos, etc. alterando ou inactivando a sua actividade bioquímica. podem reagir com ácidos gordos insaturados, causando peroxidação de lípidos membranares, do plasmalema ou de organitos intracelulares a peroxidação danifica o plasmalema, com desidratação dos tecidos, perda de conteúdo celular e morte celular R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Deposição de energia – danos químicos indirectos (10 7 s…horas + …) Deposição de energia… Criação de radicais livres ! Espécies reactivas de oxigénio (ROS) OH • O 2 • superóxido As espécies reactivas de oxigénio (ROS) se não forem rapidamente eliminadas quando se formam, causam danos celulares importantes Os mecanismos antioxidantes enzimáticos comportam enzimas com a capacidade de remover, neutralizar ou eliminar radicais livres, e. g. SOD, CAT, APX, GR… SOD APX GR PO PPO CAT R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) = Superóxido dismutase = Ascorbato Peroxidase = Glutadiona dissulfito redutase = Peroxidase = Catecol oxidase = Catalase peroxidase FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Deposição de energia – danos químicos indirectos (10 7 s…horas + …) Deposição de energia… Criação de radicais livres ! Espécies reactivas de oxigénio (ROS) OH • O 2 • superóxido Produção e vias de eliminação de espécies reactivas de oxigénio (ex. : em plantas) R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Unidades de medida de radiação (Dosimetria) Actividade (Bq ou Ci) não depende do tipo ou energia da radiação útil p/ comparar fontes do mesmo núclido inútil p/ comparar fontes de núclidos diferentes Como se comparam intensidades de fontes diferentes ? X, , , ionização da matéria carga eléctrica exposição Unidades (de exposição): C/Kg: [SI] R (Rontgen): 1 R 1 esu/cm 3 (ar PTN) 1 R 2. 58 10 4 C/Kg no ar ~34 e. V/ião 1 R 0. 88 erg/g R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Unidades de medida de radiação (Dosimetria) Actividade (Bq ou Ci) não depende do tipo ou energia da radiação útil p/ comparar fontes do mesmo núclido inútil p/ comparar fontes de núclidos diferentes Como se comparam intensidades de fontes diferentes ? X, , , ionização da matéria carga eléctrica exposição depende de fracção de radiação emitida com dada energia poder ionizante da radiação material irradiado R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Unidades de medida de radiação (Dosimetria) Dose absorvida poder ionizante energia depositada Unidades (de dose): J/Kg [SI] Gy (Gray): 1 Gy 1 J/Kg rad: 1 rad 100 erg/ g 1 Gy 100 rad R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Unidades de medida de radiação (Dosimetria) Dose absorvida poder ionizante efeito biológico tipo e energia das radiações (X, , , ) depende da taxa de dose (dose rate) eficiência biológica relativa factor de qualidade (QF), (calculado para dado tipo e energia das radiações) w. R: (QF ou) w. R ~ 1 para X, e (QF ou) w. R ~ 2 -5 para p, n (ke. V) (QF ou) w. R ~ 5 -10 para p, n (Me. V) (QF ou) w. R ~ 20 para 's R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Unidades de medida de radiação (Dosimetria) Dose equivalente efeito biológico: 1 radiação, 1 tecido efeito biológico: várias radiações, 1 tecido Unidades (de dose equivalente): J/Kg [SI] Sv (Sievert): 1 Sv 1 Gy rem: 1 rem 1 rad 1 Sv 100 rem R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Dosimetria Dose equivalente efeito biológico: 1 radiação, 1 tecido efeito biológico: várias radiações, 1 tecido Radiossensibilidades de tecidos, órgãos R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Dosimetria Dose equivalente efeito biológico: 1 radiação, 1 tecido efeito biológico: várias radiações, 1 tecido Radiossensibilidades de tecidos, órgãos factores de peso “tecidulares” w. T (específicos de tecidos ou órgãos) Dose efectiva R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Dosimetria Factores de peso aconselhados para órgão individuais Tecido w. T Gónadas 0, 20 Medula óssea 0, 12 Cólon 0, 12 Pulmões 0, 12 Estomago 0, 12 Bexiga 0, 05 Mamas 0, 05 Fígado 0, 05 Esófago 0, 05 Tiróide 0, 05 Pele 0, 01 Osso 0, 05 Restante 0, 05 R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) ICRP publ. 74, Annals of the ICRP 26 (3/4), 1996 FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Dosimetria Limites de exposição (ICRP) integral: público : 5 m. Sv/ano (0, 5 rem/ano) profissionais : 50 m. Sv/ano (5 rem/ano) raios cósmicos: 1 -2 m. Sv/ano (0, 1 -0, 2 rem/ano); raios-X: 20 -500 μSv/ano (0, 002 -0, 05 rem/ano) R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Limites de exposição (Legislação Comunitária, 1996) público : 1 m. Sv (0, 1 rem)/ano (dose efectiva) com limites para órgãos específicos (doses equivalente) – cristalino: 15 m. Sv (1, 5 rem)/ano – pele 1: 50 m. Sv (5 rem)/ano profissionais : 100 m. Sv (10 rem)/5 ano s/exceder 50 m. Sv (5 rem) em 1 ano (dose efectiva) com limites para órgãos específicos (doses equivalente) – cristalino: 150 m. Sv (15 rem)/ano 1 – pele : 500 m. Sv (50 rem)/ano – mãos, pés 500 m. Sv (50 rem)/ano antebraço, tornozelo 500 m. Sv (50 rem)/ano Limite de idade (profissionais): 18 anos. Aplicam-se a aprendizes e estudantes com idade > 18 anos. Aprendizes e estudantes entre 16 e 18 anos: 6 m. Sv/ano (0, 6 rem/ano) dose efectiva máxima admissível com – cristalino: – pele 1: – mãos, pés antebraço, tornozelo limites de dose equivalente 50 m. Sv (5 rem)/ano 150 m. Sv (15 rem)/ano Protecção especial durante a gravidez e amamentação: 1 m. Sv (0, 1 rem) máx. total durante toda a gravidez. 1 Aplica-se à dose média numa superfície de 1 cm 2 qualquer que seja a área exposta. R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Radiorresistência de diferentes organismos vivos R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Radioterapia com feixes de e e X R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Radiodiagnóstico e Radioterapia com feixes de PPC’s PSI (Zurich), 1996 R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Radiodiagnóstico e Radioterapia com feixes de PPC’s R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Radiodiagnóstico e Radioterapia com feixes de PPC’s R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Radiodiagnóstico e Radioterapia com feixes de PPC’s R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Radiodiagnóstico e Radioterapia com feixes de PPC’s Pico de Bragg mais estreito Fragmentos nucleares Opção por iões mais pesados R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) 12 C, 20 Ne, … FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Radiodiagnóstico e Radioterapia com feixes de PPC’s interacções nucleares 16 O(p, pn)15 O 14 N + n + e+ + νe e+ + e 2 emissores de positrões R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Radiodiagnóstico e Radioterapia com feixes de PPC’s MGH (Boston), 2001 - Ciclotrão - protões R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Radiodiagnóstico e Radioterapia com feixes de PPC’s PSI (Zurich), 1996 - Ciclotrão - protões - Lab. nacional R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7

RADIOACTIVIDADE - Aplicações Radiodiagnóstico e Radioterapia com feixes de PPC’s Loma Linda (California), 1990 - Sincrotrão - protões - Construído pelo Fermilab - 1º no mundo em nº de doentes tratados (aprox. 800 -1000/ano) R. C. da Silva, Dep. Física, FCT-UNL (rmcs@itn. pt) FN-2006/7