Radioqumica Radioactividad proceso de transformacin nuclear Nucleido X

Radioquímica Radioactividad proceso de transformación nuclear Nucleido X está definido por 3 parámetros: 1 - A número de masa suma de protones (p+) y neutrones (n) 2 - Z número atómico protones 3 - Contenido Energético estado de mínima E estable otros estados E metaestables o excitados AX Z Ejemplos : 62 Co 7 ; 238 U 92 Isótopos igual Z; diferente A 131 I 53 ; 127 I 53 ; 125 I 53 Propiedades químicas iguales Isóbaros igual A; diferente Z 130 Xe 54 Isómeros igual A y Z; diferente E ; 130 Cs 55 99 m. Tc 43 ; 99 Tc 43

Nucleídos estables : n/p+ 1 para átomos ligeros n/p+ 1, 56 para átomos de alto Z Nucleídos Inestables desintegraciones espontáneas Corpusculares : α; Β; captura e-; neutrones Desintegraciones electromagnéticas : γ Los procesos ocurren en forma simultánea y/o consecutiva siempre en igual %; igual forma de desintegración e igual contenido E siendo característicos de cada Isótopo.

ISOTOPOS PROTONES NEUTRONES ESTABILIDAD C-11 6 5 ARTIFICIAL C-12 6 6 ESTABLE 98, 9 C-13 6 7 ESTABLE 1, 1 C-14 6 8 RADIOACTIVO TRAZAS Nucleido Uranio-238 Cobalto-60 Fosforo-32 Tritio (Hidrogeno-3) Carbono-14 Yodo-131 Vida Media 4. 510. 000 años 5 años 14 días 12, 26 años 5. 600 años 8 días % Radiación Alfa Beta, Gamma Beta, Gamma

a) Desintegración alfa (α); monoenergética, capturan 2 e- (al atravesar el medio) : AX Z (A-4) Y (Z-2) + Ejemplo 4α 2 238 U 92 234 Th 90 + 4 He 2 b) Desintegración Beta (β) ; espectro continuo de energía característico : β- : A XZ A Y (Z+1) Proceso nuclear : β+ : A XZ n p+ + e- + ζ Ej. 14 C 6 14 N 7 + β- + ζ A Y (Z-1) Proceso nuclear : + β- + ζ (anti neutrino) + β+ + ζ (neutrino) p+ n+ β+ + ζ Ej. 22 Na 11 22 Ne 10 + β+ + ζ Proceso Beta (β) generalmente acompañado de captura electrónica :

Captura electrónica : p+ + e - n + ζ A XZ A Y (Z-1) + ζ + Rayos X Ejemplo : 51 Cr 24 + e- 51 V 23 + ζ + Rayos X origen orbital c) Desintegración por neutrones : 235 d) Desintegración γ U 92 138 Cs 55 + 95 Zr 40 + 2 n (origen nuclear) Fotones Monoenergéticos, espectro característico de cada nucleido transición isomérica conversión interna

Transición Isomérica: 99 m Tc 43 99 Tc 43 Conversión Interna: γ emitida excita e- interno expulsandolo y otro e- externo ocupa su orbita liberando Rx γ Esquema de desintegración E Rx Nucleído madre Estados excitados γ γ α Β+ c. e. -2 -1 γ γ ΒZ 1 e- C. I. Nucleidos hijos

Vida Media 15, 0 h Ejemplos : 24 Na 11 Β- 1, 39 Me. V; 99, 997 % Β- 4, 17 Me. V; 0, 003 % γ 2, 75 Me. V γ 1, 36 Me. V Vida Media 6, 0 h 99 m Tc 43 γ 0, 142 Me. V γ 0, 140 Me. V 99 Tc 43 Vida Media 2, 12 x 105 años Β- 0, 292 Me. V 99 Ru 44

Radioactividad fenómeno nuclear cuya velocidad es una constante independiente de las condiciones físico químicas λ : constante de desintegración característica de cada nucleído nº de átomos que se desintegran por unidad de tiempo -dn/dt = -λ. N -dn/N = -λ. dt Para t = 0 N = N 0 integrando ln N = -λ t + cte = ln N 0 Por lo tanto ln N/N 0 = -λ t N/N 0 = e –λt N = N 0. e-λt proceso de desintegración sigue una ley exponencial negativa Período de semidesintegración (T) : es el tiempo necesario para que se desintegren la mitad de los átomos existentes al estado inicial : t = T N = ½ N 0 T = ln 2/λ Unidad es el Becquerelio (Bq) = una desintegración/segundo Tambien se acostumbra a expresar la actividades en otra unidad, el

INTERACCION CON LA MATERIA Choques elásticos y/o ineslásticos con los núcleos y/o ea – Detección (medir) α b – Aplicación β c – Seguridad γ + α La interacción más importante inelástica con ea) Ionización b) Excitación la energía de la partícula excita el eluego regresa a su estado basal liberando energía electromágnética Radiación electromágnetica

β a) Interacción inelástica con e 1) ioniza, menos que α por menor contenido energético 2) excitación b) Choque inelástico con núcleos β es frenado cerca del núcleo, por efectos electrostáticos, la energía se disipa radiación de frenamiento (electromagnética) c) Choque elástico con el núcleo partícula β se desvía de su trayectoria sin perder energía (retrodispersión) d) β+ produce aniquilamiento del positrón Al llegar al reposo β+ + e- (del medio) 2 fotones Ejemplo de conversión de masa en energía Fotón 511 Kev (electromagnética β+ e- 2 m C 2 Fotón 511 Kev

γ Puede interaccionar de 3 maneras : a) Efecto Fotoeléctrico γ b) Interacción con e- interno Foton se dispersa c) Puede generar Rx Foto e- b) Efecto Compton Interacción e- γ e- compton externo c) Producción de pares fotón incidente E > 1, 02 Mev, interacciona con campo eléctrico del núcleo dando un positrón y un electrón energía se transforma en materia γ Βe+-

Penetración de los distintos tipos de radiación Radiación al atravesar el medio cede energía (E) hasta detenerse la E es absorbida material absorbente α penetra 5 -7 cm en el aire Β dispersión, alcance lineal > que α γ mayor penetración que todas ( 1 cm de Pb reduce al ½ la intensidad

La radiación a la que estamos expuestos de manera natural es aproximadamente 100 mrem por año. Rem es la unidad que integra la cantidad de dosis y sus efectos biológicos 1 Rem = 1 Rep x 1 RBE Rep es el equivalente físico de un roetgen, la dosis correspondiente a la absorción de 93 erg g-1 de tejido blando REB es la unidad de efectividad biológica relativa Esta condición puede variar de acuerdo a diferentes factores (altitud, condiciones del suelo, estación del año, etc.

El impacto de las radiaciones en la salud se estiman por: a) El tiempo de exposición b) Intensidad de la exposición c) Organo o tejido expuesto a) Exposición crónica: Efectos genéticos, puede producir cáncer, lesiones precancerosas, tumores benignos, cataratas, cambios en la piel y defectos congénitos. b) Exposición aguda : Genera lesiones en la piel, desórdenes gastrointestinales, condiciona infecciones bacterianas, hemorragias, anemia, pérdida de fluidos corporales, esterilidad temporal, cáncer y efectos genéticos. La muerte en unos cuantos días puede ser una de sus consecuencias

Detección y medición de la Radiación Instrumentos de detección se basan en los fenómenos de interacción de la radiación con la materia : 1 - Detectores de Ionización : a) Sin campo eléctrico b) Con campo eléctrico cámara de ionización, contadores proporcionales y los detectores Geiger Muller Cámara de Ionización (-)

Ionización total Iones se recombinan Iones 2º guardan proporcionalidad con los 1º Los detectores de ionización tienen buen rendimiento para α y β pero poca para γ (aproximadamente 1 %)

Detector de centelleo fotomultiplicador Cristal Na. I activado con Tl Cristal de centelleo al incidir una radiación emite un fotón (UV ó Visible) que termina en un impulso eléctrico Sustancias luminiscentes hay gran variedad, orgánicas, inorgánicas, sólidas, líquidas, etc. Los detectores de centelleo se utilizan fundamentalmente para γ

CONTADOR DE CENTELLEO LÍQUIDO

Espectro Rayos γ de una fuente monoenergetica A- Pico principal es el fotopico B- Borde Compton corresponde a la maxima E de los e- en una colisión frontal con los fotones incidentes C- Pico de back scattering corresponde a la E de los fotones que son retrodispersados en el medio circundante y reingresan al detector

Espectro Emisión γ de 137 Cs con el centellador Voltaje aplicado

Detector de Centelleo Líquido Medida de radiacion β ; Isótopos más utilizados Tritio, 14 C, 32 P, 45 Ca Detector sólido de cristal antraceno Muestras (dentro de un recipiente transparente) se colocan en un líquido de centelleo que contiene un solvente aromático fluorescente, compuesto por ejemplo de 2, 5 -difenil oxazol (PPO), 1, 4 -bis 2 -5 fenil oxazolil benceno (POPOP) y naftaleno disueltos en toxilol, dioxano, 2 metoxictanol, 2 -etoxie- etcétera El centellador interactúa con la radiación y emite luz en la región cercana al visible la que se transforma en la señal. El fotón emitido incide sobre dos fotocátodos y 2 tubos fotomultiplicadores de manera de disminuir el ruido porque sólo se considera señal aquella que es detectada por ambos detectores simultáneamente Relación señal/ruido optimizada.

Aplicaciones a) Análisis Radiométrico : b) 1 - Titulación directa y/o indirecta c) Ag (TSH) + Ac* (anticuerpo) Ag-Ac* (orgánico) d) *Ag+ + Cl- *Ag. Cl (inorgánico) b) Dilución Isotópica : sirve para determinar cuatitativamente un componente de una mezcla, que es muy difícil de separar Analito (An) Trazador (Tz) Act. esp. Tz / Act esp An Actividad específica Tz : Act. Tz / Masa Tz Actividad específica An : Act Tz / (Masa Tz + Masa An) Despejo Masa Analito

c) Análisis con Radioligandos : utilizados para medios complejos como los biológicos Radioinmunoanálisis Dosaje de hormonas, receptores, etc. H + Ac H-Ac H H* + Ac H* -Ac H* d) Esterilización de equipamiento médico, alimentos, etc. e) Tomografías y radioterapias. f) Medicina Nuclear para realizar diagnóstico : in vivo 99 m Tc , en cámara gamma por ejemplo en la detección del cáncer de huesos e in vitro en análisis de radioinmunoensayo