Física de Radiaciones

1. Física de Radiaciones Interacción de la radiación con la materia

2. Atenuación de un haz de fotones • I(x): intensidad de un haz delgado de fotones monoenergéticos después de atravesar un atenuador de espesor x. • Relación entre coeficientes:

3. Interacción de fotones

4. Carbono

5. Plomo

6. Interacciones de fotones • Puede ser con un e- fuertemente ligado, (PE, RS), con el campo del núcleo (PP), con un e- orbital libre (CS). • e- fuertemente ligado: cuya energía de ligadura es del orden o apenas mayor a la del fotón incidente, e- orbital libre : El mucho menor. • Durante la interacción el fotón puede desaparecer (PE, PP), dispersado coherentemente (RS) ó incoherentemente (CS).

7. John William Strutt Lord Rayleigh (1842-1919) • En 1885 escribió el trabajo: On waves propagated along the plane surface of an elastic solid. • Descubrimiento del gas inerte argón en 1895, por el cual le otorgaron el Premio Nobel en 1904. http://www-gap.dcs.st-and.ac.uk/~history/Mathematicians/Rayleigh.html

8. Scattering coherente (Rayleigh). • Los fotones son dispersados por electrones atómicos fuertemente ligados, sin excitar el átomo blanco: Ei = Ed • Coherente: interferencia entre ondas electromagnéticas secundarias que provienen de distintas partes de la distribución de carga atómica. • La dispersión Rayleigh de la luz del sol en partículas de la atmósfera es la razón por la cual la luz del cielo es azul.

9. Scattering coherente (Rayleigh). • Sección eficaz atómica: • En tejido vivo la importancia del scattering Rayleigh es pequeña.

10. Arthur Holly Compton(1892-1962) • Su tesis doctoral: estudio de la distribución angular de rayos-X reflejados por cristales. (Princeton) • En 1922 midió el corrimiento en la longitud de onda con respecto al ángulo dispersado. • Bases teoría cuántica. http://www.aip.org/history/gap/Compton/Compton.html

11. Dispersión ó scattering Compton

12. Scattering Compton • Disminuye al aumentar la energía del fotón incidente. • Sección eficaz atómica: • Entre 100 keV y 10 MeV la absorción de energía se realiza principalmente a través de este proceso.

13. Efecto fotoeléctrico • El fotón es absorbido, eyectándose un electrón de las capas externas del átomo (ionización). • El átomo excitado regresa a su estado neutro con la emisión de rayos-X característicos.

14. Efecto fotoeléctrico • Sección eficaz atómica: • Es un proceso dominante en la absorción de fotones para energías de hasta 500keV. • También es una interacción dominante para materiales de bajo número atómico.

15. Producción de pares • Umbral de energía: 2mec2 = 1.02 MeV E+ + E- = E - 2mec2 • Sección eficaz atómica: • La probabilidad aumenta con la energía del fotón incidente.

16. Predominio de cada interacción

18. Interacciones electrones y positrones

19. Interacciones de electrones y positrones • Interacciones Coulombianas con un e- orbital atómico ó con el núcleo. • Puede perder energía cinética (colisiones y pérdidas radiactivas) ó cambiar su dirección de movimiento (dispersión). • Poder de frenado para las primeras (Sttoping power) y poder de dispersión para las segundas (Scattering power).

20. Tipos de Colisiones Elásticas: el e- es desviado de su camino original, sin pérdida de energía. Colisiones Inelásticas: el e- es desviado de su camino original y parte de su energía es: transferida al e- orbital atómico ó emitida como radiación de frenado.

21. Parámetro de impacto

22. Parámetro de impacto • Para b >> a: Colisión blanda, el e- transfiere sólo una pequeña parte de su energía. • Para ba: Colisión dura, el e- transfiere una fracción importante de su energía cinética. • Para b << a: Interacción radiactiva, (colisión), con el núcleo atómico: el e- emite un fotón con energía entre 0 y la Ee- 

23. Interacciones e- _ e- orbital • Resultan en ionización y excitación del átomo. • Producen pérdida de energía por colisión y se caracterizan por el poder de frenado másico de colisión.

24. Interacciones e-_núcleo • Resultan en dispersión del electrón y pérdida de energía por emisión de radiación de frenado. • Se caracterizan por el poder de frenado radiactivo. • La emisión de radiación de frenado aumenta con el Z del absorbente y con la energía cinética de los e-. • Radiología diagnóstica (100keV): 1%, en radioterapia (MeV): 10-20%.

25. Poder de frenado • A partir de este se puede calcular el rango de los electrones en el medio. • El poder de frenado de colisión es importante en dosimetría:

26. Fotón de 10MeV incidente en lámina de Pb.

27. Detectores de radiación • Diseño y uso de los distintos detectores de radiación: distintos mecanismos de interacción. • Ejemplo: PET. Utiliza radioisótopos que decaen con emisión de positrones. Se construye la imagen a partir de la detección de los dos rayos gama. Detectores: anillos

28. Recursos • Interacción de la radiación con la materia. Cap I : Basic Radiation Physics. En formato pdf: http://www-naweb.iaea.org/nahu/external/e3/syllabus.asp http://www.nukeworker.com/study/