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HISTÓRICO DA RADIOTERAPIA e NOÇÕES DE FÍSICA NUCLEAR MSc.Leonardo Peres da Silva Física Médica – Radioterapia.

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1 HISTÓRICO DA RADIOTERAPIA e NOÇÕES DE FÍSICA NUCLEAR MSc.Leonardo Peres da Silva Física Médica – Radioterapia

2 HISTÓRICO DA RADIOTERAPIA Roentgen : Roentgen : novo tipo de radiação Raio X

3 HISTÓRICO DA RADIOTERAPIA Roentgen : Raio X Roentgen : Raio X –Enegrecer filmes fotográficos –Atravessar cobre, chumbo e prata –intensidade da fluorescência - inversamente proporcional d² mão de sua esposa : primeira radiografia humana mão de sua esposa : primeira radiografia humana

4 HISTÓRICO DA RADIOTERAPIA

5 Uso indiscriminado dos Raios X Uso indiscriminado dos Raios X 1. Localização dos pés em sapatos 2. Show em praças públicas (uso de telas fluorescentes)

6 HISTÓRICO DA RADIOTERAPIA 1898: Antonie Henry Becquerel: descobriu radioatividade 1898: Antonie Henry Becquerel: descobriu radioatividade –elementos encontrados na natureza PODEM Emitir raios Gama -Pechblenda: 60% de Urânio

7 HISTÓRICO DA RADIOTERAPIA Marie e Pierre Curie: descoberta do polônio e o Radio Marie e Pierre Curie: descoberta do polônio e o Radio. 1º elemento isolado: Polônio 2º elemento isolado: Radio O Rádio (Ra 226 ) foi o primeiro elemento utilizado como fonte em radioterapia. Surgimento da BRAQUITERAPIA O Rádio (Ra 226 ) foi o primeiro elemento utilizado como fonte em radioterapia. Surgimento da BRAQUITERAPIA

8 HISTÓRICO DA RADIOTERAPIA Primeira mulher a ganhar um premio Nobel

9 HISTÓRICO DA RADIOTERAPIA Primeiro relato de contaminação Primeiro relato de contaminação - os pintores de relógio utilizavam tinta fluorescente com Ra 226 e molhavam o pincel na língua Diferença entre : Diferença entre : CONTAMINAÇÃO x EXPOSIÇÃO

10 HISTÓRICO DA RADIOTERAPIA Becquerel : primeiro relato de experiência em radiobiologia: Becquerel : primeiro relato de experiência em radiobiologia: –tubo de radio - bolso –Eritema - 2 semanas ulceração 1901: Pierre repetiu: queimadura com radio em seu próprio braço 1901: Pierre repetiu: queimadura com radio em seu próprio braço

11 HISTÓRICO DA RADIOTERAPIA

12 Após a segunda guerra, com o advento dos ciclótrons, começou a após a segunda guerra com o advento produção artificial de fontes com energias maiores que poderiam ser usadas em teleterapia. Após a segunda guerra, com o advento dos ciclótrons, começou a após a segunda guerra com o advento produção artificial de fontes com energias maiores que poderiam ser usadas em teleterapia. Surgimento do primeiro aparelho de teleterapia: Bomba de cobalto (co 60 – artificial) Surgimento do primeiro aparelho de teleterapia: Bomba de cobalto (co 60 – artificial) E media = 1,25MeV E media = 1,25MeV Substituição do Ra 226 (natural) E media aprox. 1Mev pelo Cs 137 (artificial) E media = 0,662MeV. Substituição do Ra 226 (natural) E media aprox. 1Mev pelo Cs 137 (artificial) E media = 0,662MeV.

13 HISTÓRICO DA RADIOTERAPIA

14 ÁTOMO Tauhata L, Fundamentos de radioproteção e dosimetria – IRD - CNEN

15 NÚCLEO NUCLEONS: prótons, nêutrons NUCLEONS: prótons, nêutrons Modelos de distribuição das partículas no núcleo: Modelos de distribuição das partículas no núcleo: Camadas, partículas simples, gotícula e outros. Camadas, partículas simples, gotícula e outros.

16 DISTRIBUIÇÃO DOS NUCLEONS Energia de ligação do núcleo Princípio de exclusão de pauli Estado fundamental MODELO DE CAMADAS

17 ESTRUTURA EXTRANUCLEAR Os elétrons estão dispostos em camadas ou níveis de energia Os elétrons estão dispostos em camadas ou níveis de energia Os elétrons de camadas mais afastadas podem pular para uma mais interna (de maior energia de ligação) caso exista uma vacância, podendo assim emitir a diferença de energia entre os níveis em forma de radiação. Os elétrons de camadas mais afastadas podem pular para uma mais interna (de maior energia de ligação) caso exista uma vacância, podendo assim emitir a diferença de energia entre os níveis em forma de radiação.

18 NÍVEIS DE ENERGIA e ÓRBITAIS EXTRANUCLEAR ORBITAIS(região onde os elét. tem gde prob. de serem localizados- conc. Quantico e pode ter a forma circular ou elíptica) X CAMADAS (níveis de energia)

19 PARTÍCULAS ELEMENTARES

20 NATUREZA QUÂNTICA DA RADIAÇÃO o que é radiação? o que é radiação? tipos de radiação: mecânica e eletromagnética tipos de radiação: mecânica e eletromagnética A radiação eletromagnética se propaga em blocos denominados fótons. A radiação eletromagnética se propaga em blocos denominados fótons. Cada fóton viaja com a velocidade da luz ( C) e carrega uma certa quantidade de energia dada por: Cada fóton viaja com a velocidade da luz ( C) e carrega uma certa quantidade de energia dada por: E = h E = h h = constante de planck = 6.63 x j/s = freqüência da fonte (oscilação de uma carga elétrica) = freqüência da fonte (oscilação de uma carga elétrica)

21 ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO IONIZANTE E NÃO-IONIZANTE

22 Ativação, Excitação e Ionização Ativação: Ocorre quando a radiação incidente interage com o núcleo do átomo, tornando este instável com o excesso de energia que ganhou. O núcleo se desfaz deste excesso emitindo radiação. Ativação: Ocorre quando a radiação incidente interage com o núcleo do átomo, tornando este instável com o excesso de energia que ganhou. O núcleo se desfaz deste excesso emitindo radiação. Ionização: Ocorre quando a radiação tem energia suficiente para transferir ao elétron e arranca-lo do átomo, ou de seu orbital de equilíbrio, tornando-o livre. Neste caso a radiação incidente é classificada como ionizante. Ionização: Ocorre quando a radiação tem energia suficiente para transferir ao elétron e arranca-lo do átomo, ou de seu orbital de equilíbrio, tornando-o livre. Neste caso a radiação incidente é classificada como ionizante. Excitação: Este fenômeno ocorre quando a radiação incidente não transferiu energia suficiente para arrancar os elétrons do átomo, ou seja, torna-los livre. Neste caso, os elétrons são deslocados de seus orbitais de equilíbrio para outros mais energéticos e ao retornarem emitem a energia excedente em forma de radiação, que pode ser luz ou raios X característicos. Excitação: Este fenômeno ocorre quando a radiação incidente não transferiu energia suficiente para arrancar os elétrons do átomo, ou seja, torna-los livre. Neste caso, os elétrons são deslocados de seus orbitais de equilíbrio para outros mais energéticos e ao retornarem emitem a energia excedente em forma de radiação, que pode ser luz ou raios X característicos.

23 Ativação, Excitação e Ionização

24 TEORIA RELATIVÍSTICA MASSA e ENERGIA MASSA e ENERGIA a massa é uma quantidade de energia e ambas são relacionada através da equação: a massa é uma quantidade de energia e ambas são relacionada através da equação: MASSA e VELOCIDADE MASSA e VELOCIDADE Para velocidades próximas a da luz, a massa não é mais constante Para velocidades próximas a da luz, a massa não é mais constante

25 DECAIMENTO RADIOATIVO Emissão de radiação Emissão de radiação - Isotopos x instabilidade nuclear (nem todo isotopo é instável) - Na busca incesante do equilíbrio nuclear o átomo emite o excesso de energia em forma de radiação(O núcleo formado é mais organizado do que o anterior)

26 DECAIMENTO RADIOATIVO Tauhata L, Fundamentos de radioproteção e dosimetria – IRD - CNEN

27 TIPOS DE RADIAÇÃO Beta positivo ( + ) Ocorre em núcleos com excesso de prótons. Neste caso um próton se transforma em um nêutron emitindo uma partícula β + e um neutrino ( ). Beta positivo ( + ) Ocorre em núcleos com excesso de prótons. Neste caso um próton se transforma em um nêutron emitindo uma partícula β + e um neutrino ( ). neutrino é uma partícula sem carga e de massa muito pequena em comparação ao elétron. neutrino é uma partícula sem carga e de massa muito pequena em comparação ao elétron. P n + β + + P n + β + + Neste caso o núcleo inicial se transforma num núcleo. Neste caso o núcleo inicial se transforma num núcleo.

28 TIPOS DE RADIAÇÃO pósitron ( + ) : pósitron ( + ) : Um pósitron tem a mesma massa de um elétron, porém o sinal de sua carga é positivo. È conhecido também pelo nome de o anti-elétron. Um pósitron, na matéria, tem uma vida muito curta, pois este logo se encontra com um elétron e ambos desaparecem e se transformam em dois fótons, cada um com energia de 0,511MeV, diametralmente opostos.

29 TIPOS DE RADIAÇÃO Beta negativo ( - ) (ELÉTRON DE ORIGEM NUCLEAR) Beta negativo ( - ) (ELÉTRON DE ORIGEM NUCLEAR) Ocorre em núcleos com excesso de nêutrons. Neste caso um nêutron se transforma em um próton emitindo uma partícula β - e um anti-neutrino ( ). Ocorre em núcleos com excesso de nêutrons. Neste caso um nêutron se transforma em um próton emitindo uma partícula β - e um anti-neutrino ( ). Este último é a anti-partícula do neutrino como prevê o modelo padrão. Este último é a anti-partícula do neutrino como prevê o modelo padrão. A transformação de nêutron em próton está simbolizada abaixo: A transformação de nêutron em próton está simbolizada abaixo: n P + β - + Neste caso o núcleo inicial se transforma num núcleo Neste caso o núcleo inicial se transforma num núcleo Z+1

30 TIPOS DE RADIAÇÃO A radiação β - emitida possui um espectro de energia que vai desde o valor zero até um valor máximo. Isto ocorre, porque ela compartilha energia com o neutrino (anti- neutrino) e, portanto não sabemos a quantidade de energia que a partícula β ficou e nem a quantidade que o neutrino ficou. Podemos dizer que está dentro de uma faixa de valores de energia, com uma faixa mais provável de ocorrer A radiação β - emitida possui um espectro de energia que vai desde o valor zero até um valor máximo. Isto ocorre, porque ela compartilha energia com o neutrino (anti- neutrino) e, portanto não sabemos a quantidade de energia que a partícula β ficou e nem a quantidade que o neutrino ficou. Podemos dizer que está dentro de uma faixa de valores de energia, com uma faixa mais provável de ocorrer

31 TIPOS DE RADIAÇÃO Alfa ( ) Ocorre em núcleos com o número elevado de prótons e nêutrons. Alfa ( ) Ocorre em núcleos com o número elevado de prótons e nêutrons. Quando este número é elevado o núcleo pode se tornar instável porque a repulsão entre os nucleons pode superar a força que os mantém coesos (força nuclear forte). Quando este número é elevado o núcleo pode se tornar instável porque a repulsão entre os nucleons pode superar a força que os mantém coesos (força nuclear forte). Uma partícula α é composta por dois prótons e dois nêutrons, ou seja, o núcleo do átomo 4 He. Uma partícula α é composta por dois prótons e dois nêutrons, ou seja, o núcleo do átomo 4 He. Um átomo ao emitir uma partícula α se transforma em outro átomo. Geralmente numa emissão de uma partícula α o átomo emite, também, raios γ, devido os seus nucleons ficarem desestabilizados. Um exemplo do processo de emissão de partícula α será dado abaixo: Um átomo ao emitir uma partícula α se transforma em outro átomo. Geralmente numa emissão de uma partícula α o átomo emite, também, raios γ, devido os seus nucleons ficarem desestabilizados. Um exemplo do processo de emissão de partícula α será dado abaixo: + 4 He + 5,2 MeV (luz ou calor) + 4 He + 5,2 MeV (luz ou calor)

32 TIPOS DE RADIAÇÃO A partícula α emitida possui energia discreta, ou seja, monoenergética, ao contrário da partícula β que possui um espectro largo de energia. A partícula α emitida possui energia discreta, ou seja, monoenergética, ao contrário da partícula β que possui um espectro largo de energia. A figura mostra um exemplo do espectro discreto de emissão de uma partícula α de 3 MeV. A figura mostra um exemplo do espectro discreto de emissão de uma partícula α de 3 MeV. Energia (MeV) Intensidade 3

33 DECAIMENTO RADIOATIVO Probabilístico: Probabilístico: Descrição da equação: Descrição da equação:

34 ATIVIDADE(A) é o número de transformações nucleares por unidade de tempo é o número de transformações nucleares por unidade de tempo A= dN/dT unidade no SI: Bequerel(Bq) = desintegrações/s unidade no SI: Bequerel(Bq) = desintegrações/s Currie (ci): 1ci = 3,7 x Bq Currie (ci): 1ci = 3,7 x Bq Definição de Currie: Número de desintegrações por segundo ocorrido em 1g de Ra 226.

35 DECAIMENTO RADIOATIVO Meia-vida: Tempo necessário para que o número de átomos radioativos de uma amostra caia pela metade. Meia-vida: Tempo necessário para que o número de átomos radioativos de uma amostra caia pela metade. Vida média: tempo necessário para que o número de átomos radioativos de uma amostra caia de 1/e. Vida média: tempo necessário para que o número de átomos radioativos de uma amostra caia de 1/e.

36 DECAIMENTO RADIOATIVO

37 Meia-vida biológica e efetiva Meia-vida biológica: é o tempo necessário que o material radioativo é eliminado pelo corpo Meia-vida biológica: é o tempo necessário que o material radioativo é eliminado pelo corpo Meia-vida efetiva = combinação da meia-vida física com a biológica. Meia-vida efetiva = combinação da meia-vida física com a biológica. 1/meia-vida efetiva = 1/meia-vida física + 1/meia-vida biológica

38 EQUILÍBRIO RADIOATIVO O número de núcleos filhos alcança o número de núcleos pai. O número de núcleos filhos alcança o número de núcleos pai.

39 FIMOBRIGADO!!!!


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