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