i. estructura de la materia ii. naturaleza de la radiaciÓn em iii. interacciÓn radiaciÓn-materia...

I. ESTRUCTURA DE LA MATERIA

II. NATURALEZA DE LA RADIACIÓN EM

III. INTERACCIÓN RADIACIÓN-MATERIA

Manuel Pamos UreñaServicio de F.M y P.R.

Hospital Universitario Central de Asturias

I. ESTRUCTURA DE LA MATERIA

II. NATURALEZA DE LA RADIACIÓN EM

III. INTERACCIÓN RADIACIÓN-MATERIA

El átomo es la cantidad más pequeña de un elemento que conserva sus propiedades químicas

AX Z

I. ESTRUCTURA DE LA MATERIA

1.Introducción

2. Estructura atómica

El átomo está formado por Núcleo Corteza

I. ESTRUCTURA DE LA MATERIA

Las propiedades físicas dependen del núcleo (protones y neutrones).

Las propiedades químicas depende de la corteza electrónica (e- de capa externa).

Núcleo

Compuesto de p+ y n 99 % masa del átomo Pequeño en relación al radio atómico (100000 veces menor) Muy denso

Corteza

Electrones orbitando alrededor del núcleo en órbitas definidas

La energía de cada e- depende de la órbita en que se encuentre

I. ESTRUCTURA DE LA MATERIA

I. ESTRUCTURA DE LA MATERIA

3. Excitación e ionización atómica

En un átomo en estado fundamental los e- ocupan (siempre de forma ordenada) los orbitales de menor energía.

En un átomo excitado alguno de sus e- ha absorbido energía y se ha movido a un orbital de mayor energía (se ha alejado del núcleo).

I. ESTRUCTURA DE LA MATERIA

En el caso de un átomo ionizado, uno de sus e- ha absorbido energía suficiente como para desligarse del núcleo.

El átomo queda con carga positiva y en la estructura de capas de la corteza existe ahora una vacante

Esta vacante puede ser ocupada por un e- de una capa superior

emisión de energía en forma de radiación electromagnética (fotones)

3. Excitación e ionización atómica

I. ESTRUCTURA DE LA MATERIA

4. Desexcitación nuclear

Un núcleo en un estado fuera del equilibrio puede desexcitarse de 3 maneras:

1.Emisión de partículas α: se trata de núcleos de He (2 p+ y 2 n) muy poco penetrantes pero muy

ionizantes

2. Emisión de partículas β: son electrones más penetrantes que α pero menos ionizante

I. ESTRUCTURA DE LA MATERIA

4. Desexcitación nuclear

3. Radiación gamma γ: son ondas electromagnéticas

es el tipo de radiación más penetrante

5. Interacción de partículas cargadas (e-) con la materia

5.1 Tipos de colisiones

Los e- pierden su energía al interaccionar con la materia por medio de tres procesos fundamentalmente:

Colisión elástica

Colisión inelástica

Colisión radiativa

Cesión de energía cinética

No hay alteración atómica del medio.

Parte de la energía del e- incidente es transferida al átomo

Ionización

Excitación

El e- se "frena" o se "desvía" en su interacción con los átomos del medio

Emisión de radiación de frenado (Bremsstrahlung).

I. ESTRUCTURA DE LA MATERIA

Colisión elástica

Cesión de energía cinética

No hay alteración atómica del medio.

e-

I. ESTRUCTURA DE LA MATERIA

Colisión inelástica

Parte de la energía del e- incidente es transferida al átomo. Si E suficiente como para arrancar e- , el átomo queda ionizadoEstado inestable, reordenación electrónica Rayos X característicos

e- desviado

Ionizacióne- expulsado del átomo

e- incidente

I. ESTRUCTURA DE LA MATERIA

Colisión inelástica

Excitación

e- desviado e- incidente

Parte de la energía del e- incidente es transferida al átomo. Ahora la E no es suficiente para arrancar e- ,sí para “subirlo” de nivelEstado inestable, reordenación electrónica Rayos X característicos

I. ESTRUCTURA DE LA MATERIA

Colisión radiativa

Radiación de frenado

Trayectoria del e- alterada emisión de ondas electromagnéticas

radiación de frenado (Bremsstrahlung)

I. ESTRUCTURA DE LA MATERIA

I. ESTRUCTURA DE LA MATERIA

II. NATURALEZA DE LA RADIACIÓN EM

III. INTERACCIÓN RADIACIÓN-MATERIA

II. NATURALEZA DE LA RADIACIÓN EM

1. Radiación electromagnética

Radiación EM: propagación de energía sin el soporte de un medio material

Radiación EM: propagación de energía sin el soporte de un medio material

Está formada por dos campos, eléctrico (E) y magnético (B), que se encuentran en fase y cuyos planos de propagación son perpendiculares.

La velocidad de propagación en el vacío de las ondas EM es constante

c = 3 x 108 m/s

Para todas las ondas EM se cumple la relación

c = λ ν

La velocidad de propagación en el vacío de las ondas EM es constante

c = 3 x 108 m/s

Para todas las ondas EM se cumple la relación

c = λ ν

2. Frecuencia y longitud de onda

λ longitud de onda : distancia entre dos puntos de la misma fase

ν frecuencia: número de oscilaciones por segundo

c = velocidad de propagación

II. NATURALEZA DE LA RADIACIÓN EM

λ longitud de onda : distancia entre dos puntos de la misma fase

ν frecuencia: número de oscilaciones por segundo

II. NATURALEZA DE LA RADIACIÓN EM

3. Espectro electromagnético

II. NATURALEZA DE LA RADIACIÓN EM

3. Espectro electromagnético

Se extiende desde la radiación de menor longitud de onda, como los rayos gamma y los rayos X, pasando por la luz ultravioleta, la luz visible y los rayos infrarrojos, hasta las ondas electromagnéticas de mayor longitud de onda, como son las ondas de radio

II. NATURALEZA DE LA RADIACIÓN EM

4. Dualidad Onda- Corpúsculo

Los fenómenos físicos asociados a la Radiación EM sólo se pueden explicar si se le asocia una dualidad en el comportamiento:

El carácter ondulatorio explica los fenómenos de interferencia, difracción y refracción.El carácter corpuscular explica los fenómenos de interacción con lamateria.

Onda

Corpúsculo

Onda

Corpúsculo

Fotón: cuanto de energía E.M.

E = h ν

Fotón: cuanto de energía E.M.

E = h ν

II. NATURALEZA DE LA RADIACIÓN EM

I. ESTRUCTURA DE LA MATERIA

II. NATURALEZA DE LA RADIACIÓN EM

III. INTERACCIÓN RADIACIÓN-MATERIA

III. INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CON LA MATERIA

1. Interacción de los fotones con la materia

1.1 Procesos de interacción

La interacción de los fotones con la materia interesa desde dos puntos de vista:

•Macroscópico: Atenuación de un haz al atravesar un objeto: BLINDAJES

•Microscópico: Procesos de interacción de los fotones con los átomos:

TÉCNICAS DE OBTENCIÓN DE IMÁGENES.

La interacción de los fotones con la materia interesa desde dos puntos de vista:

•Macroscópico: Atenuación de un haz al atravesar un objeto: BLINDAJES

•Microscópico: Procesos de interacción de los fotones con los átomos:

TÉCNICAS DE OBTENCIÓN DE IMÁGENES.

1. Interacción de los fotones con la materia

III. INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CON LA MATERIA

Tipos de interacción

Efecto Fotoeléctrico

Interacción Compton

Creación de pares

1.1 Procesos de interacción

III. INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CON LA MATERIA

El fotón interacciona con un electrón ligado cediéndole toda su energía. Esta energía se invierte en romper la ligadura con el átomo y el resto como energía cinética

Probabilidad del efecto fotoeléctrico:

cuando la energía de los fotones (aprox como 1/E3)

cuando Z del blanco (proporcionalmente a Zn) (n > 3). Proporcional a la densidad del medio.

Efecto Fotoeléctrico

III. INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CON LA MATERIA

La interacción fotoeléctrica es dominante a bajas energías

<100 keV en tejidos biológicos

La interacción fotoeléctrica es dominante a bajas energías

<100 keV en tejidos biológicos

Efecto Fotoeléctrico

III. INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CON LA MATERIA

Efecto Compton

El fotón interacciona con un electrón poco ligado cediéndole parte de su energía. En la interacción se producen un fotón dispersado de Edis <Einc y un electrón de energía Ee

- = Einc - Edis

Probabilidad del efecto Compton:

cuando la energía de los fotones (aprox como 1/E)

Proporcional a la densidad electrónica del medio.

III. INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CON LA MATERIA

La interacción Compton es dominante a energías entre100 y 1000 keV en tejidos biológicos

La interacción Compton es dominante a energías entre100 y 1000 keV en tejidos biológicos

Efecto Compton

III. INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CON LA MATERIA

Creación de pares

Consiste en la materialización de un fotón en un electrón y un positrón que se reparten la energía de éste.

El positrón cuando rebaja su energía se recombina con un electrón libreemitiendo dos fotones de 511 KeV cada uno que salen en sentidos opuestos.

Probabilidad de la creación de pares:

cuando la energía de los fotones (aprox. proporcional a E para E>1.02 MeV)

cuando Z del blanco (˜ Z2)

III. INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CON LA MATERIA

La creación de pares sucede a energías >1.02 MeVLa creación de pares sucede a energías >1.02 MeV

Creación de pares

III. INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CON LA MATERIA

Como prescriptores y usuarios de radiaciones, algunas ideas:

En el ámbito hospitalario se usan radiaciones, rutinariamenteEn el ámbito hospitalario se usan radiaciones, rutinariamente

Radiodiagnóstico Terapia

Rayos X Rayos X en RadioterapiaRadiación γ en Medicina Nuclear

Conocer el origen de estas radiacionesConocer el origen de estas radiaciones

Tras las normas de uso y protección radiológica subyace una teoría física bien conocida y perfectamente establecida

Tras las normas de uso y protección radiológica subyace una teoría física bien conocida y perfectamente establecida

Muchas gracias