INTERACÇÕES DAS RADIAÇÕES COM A MATÉRIA

Propaganda
INTERACÇÕES DAS
RADIAÇÕES COM A
MATÉRIA
M Filomena Botelho
Objectivos
• Identificar quando há interacção da radiação com a
matéria
• Saber classificar os diversos tipos de interacção das
radiações com a matéria
• Identificar e distinguir as interações dos diversos
tipos de radiação com a matéria
• Compreender o conceito da atenuação e da absorção
• Identificar e distinguir os coeficientes de absorção
linear
• Compreender o que é e a importância da espessura
de semi-absorção
1
A radiação interage com a matéria, resultando consequências
específicas, consoante o local da interacção
Esta interacção resulta da:
Æ cedência de energia ao meio que percorrem
Energia capaz de extrair electrões a
átomos provocando alterações
químicas das moléculas
Radiação ionizante
RADIAÇÃO IONIZANTE
A radiação pode ser sob a forma de:
- partículas
- radiação electromagnética
e ambas as formas se podem propagar através da matéria
Partículas
Radiação electromagnética
• Carregadas
• Não carregadas
• Pequena quantidade de energia
por fotão
Possuem energia cinética
(vai desde alguns eV a
muitos milhões de eV)
++
Partículas α
+
Protões
Neutrões
• Relativamente grande
quantidade de energia
Raios gama
Deuterões
+
Partículas β
Rx de pequena energia
Fotões de luz
Núcleos
pesados
2
A radiação interage com a matéria, através de:
Æ Transferência de energia ao meio envolvente
A energia das partículas carregadas Æ energia cinética
A energia dos fotões Æ energia electromagnética
Embora marcadamente diferentes nas suas características físicas,
os diferentes tipos de radiação, exercem:
Æ algumas acções análogas
quando atravessam a matéria
A radiação pode interagir com a matéria de maneiras diferentes:
Æ pode atravessar os átomos sem ceder energia
Æ não há interacção
Æ pode interagir com o núcleo
Æ pode interagir com os electrões orbitais
3
Tipos de interacções
• Partículas carregadas
– Electrões
• Com o núcleo
• Com os electrões orbitais
– Protões e partículas α
• Com o núcleo
• Com os electrões orbitais
– Neutrões
• Radiação electromagnética
• Com o núcleo
• Com os electrões orbitais
Tipos de interacções
• Partículas carregadas
– Electrões
• Com o núcleo
• Com os electrões orbitais
– Protões e partículas α
• Com o núcleo
• Com os electrões orbitais
– Neutrões
ética
ção electromagn
• Radia
electromagné
Radiaç
• Com o n
úcleo
nú
• Com os electrões orbitais
4
Partículas carregadas
As partículas carregadas podem ser classificadas como:
Æ pesadas
- protões
- deuterões
- tritões
- partículas α
- átomos ionizados
Æ leves
- electrões
- positrões
Partículas carregadas
Quando as partículas carregadas e com elevada energia cinética
se deslocam no meio material, podem exercer forças
coulombianas com os:
- electrões
- núcleos dos átomos do meio
Ocorre uma colisão sempre que a partícula passa suficientemente
próximo de um:
- electrão, ou
- núcleo
de modo a que haja interacção
5
Partículas carregadas
Quando as partículas carregadas e com elevada energia cinética
se deslocam no meio material, podem exercer forças
coulombianas com os:
- electrões
- núcleos dos átomos do meio
A transferência da energia cinética, pode produzir:
- ionização
- excitação
conforme a quantidade de energia transferida
Tipos de interacções
• Part
Partíículas carregadas
– Electrões
• Com o núcleo
• Com os electrões orbitais
– Protões e part
partíículas α
• Com o n
úcleo
nú
• Com os electrões orbitais
– Neutrões
ética
ção electromagn
• Radia
electromagné
Radiaç
• Com o n
úcleo
nú
• Com os electrões orbitais
6
1. Interacção dos electrões com a matéria
A maioria das transferências de energia no interior da matéria, é
feita à custa dos electrões.
Estes podem interagir com:
- electrões orbitais dos átomos do meio atravessado
Æ ionização e/ou excitação
- núcleos dos átomos do meio atravessado
Æ radiação de frenação (= bremsstrahlung)
A. Interacção dos electrões com electrões orbitais dos
átomos do meio atravessado
Quando ocorre uma colisão de um electrão com um electrão orbital,
verifica-se uma:
- repulsão coulombiana
que origina uma distribuição entre os 2 electrões, da energia
cinética do primeiro
A transferência de energia cinética, pode produzir:
- ionização
- excitação
conforme a quantidade de energia transferida
7
Ionização
-
electrão
incidente
-
electrão
secundário
-
-
O átomo neutro
fica com carga +
-
ião
Ionização
Ionização específica ou poder ionizante
Número de pares de iões formados por unidade de comprimento de
percurso, quando um feixe de electrões percorre uma distância x no
interior de um dado meio
Quando ocorre a formação de iões, há transferência de energia
por unidade de comprimento, e a perda energética é igual a:
∆E k q2 n Z
=
= IE
∆x
v2
q – carga do electrão
n – número de átomos da substância atravessados por
unidade de volume
Z – nº atómico do elemento atravessado
v – velocidade
E – energia que é necessário ceder para produzir 1 par
de iões
I – ionização específica
8
∆E k q2 n Z
=
= IE
∆x
v2
A ionização específica das partículas α é alta porque:
• têm pequena velocidade quando comparada com a da luz
• têm carga dupla
O produto nZ representa o número de electrões por unidade de
volume da matéria atravessada
Quando maior nZ Æ
Æ maior o número de colisões
electrão incidente, com
energia cinética Ec
colide com um electrão periférico
do material atravessado com
energia de ligação El
-
-
-
-
estabelece-se entre os dois electrões uma:
- força repulsiva coulombiana com transferência de uma certa
quantidade Q de energia cinética do electrão incidente para o
electrão ligado
9
Q > El
- O electrão ligado é arrancado (formando um ião positivo)
sendo-lhe transmitida uma energia cinética igual a:
Q - El
- O electrão incidente é desviado da sua trajectória inicial,
ficando com uma energia cinética após a colisão de:
Ec - Q
A energia transferida ao electrão ligado, é função da:
- distância que o separa da trajectória do electrão incidente
sendo tanto maior quanto menor for a distância
Porém, as interacções deste tipo, são mais frequentes com os:
- electrões mais afastados da trajectória do electrão incidente
pois são os que existem em maior número Æ
Æ o número de reacções com baixa transferência de
energia é superior ao número de reacções com grande
transferência de energia
Devido à pequena massa do electrão :
→ 1800 vezes mais leve do que o protão
→ 7200 vezes mais leves do que a partícula α
a colisão sofrida é em geral suficiente para produzir desvios
consideráveis do seu trajecto, o que lhe confere: Æ
Æ trajectórias sinuosas
10
Após a colisão, o átomo ionizado emite
radiação electromagnética, ao
reajustar as suas camadas electrónicas
para se estabelecer a estabilidade
emissão de fótão de fluorescência
emissão de raios X característicos
emissão de electrão auger
emissão de electrão auger
O excesso energético do átomo, pode ser comunicado directamente
a um electrão periférico, o qual vai ser expulso, originando uma:
→ segunda ionização
L
L
K
K
Este tipo de emissão é predominante
quando os meios atravessados têm:
→ pequeno número atómico
A energia cinética do
electrão expulso é
rapidamente absorvida
pelo meio
11
Excitação
Mecanismo de transferência de energia semelhante à ionização mas
em que a quantidade de energia transferida é:
- menor do que a energia de ligação do electrão ficando o
átomo apenas excitado
O electrão passa para
uma orbital mais exterior
∆E k q2 n Z
=
= IE
∆x
v2
Esta equação aplica-se também a outras
partículas carregadas, para além dos
electrões, como:
- partículas α
- protões
Curvas de Bragg
Traduzem a variação da ionização
em função da distância percorrida
I
x
12
Curvas de Bragg
Traduzem a variação da ionização em função da distância percorrida
I
À medida que a partícula abranda o seu
movimento, por perda de energia cinética, a:
- ionização específica aumenta primeiro
lentamente e, depois, mais rapidamente
Ri
x
Quando a energia cinética já baixou tanto
que não é possível produzir mais
ionizações, a curva diminui bruscamente,
até que atinge o eixo dos x num ponto Ri
que traduz a distância a partir da qual já
não há ionização específica
Este ponto Ri é específico para cada partícula
Traduzem a variação da ionização em
função da distância percorrida
Curvas de Bragg
I
Ri
x
As diferenças entre os electrões, os protões e
as partículas α resultam de que para a:
- a mesma energia
o módulo da velocidade ser muito superior para
os electrões do que para as partículas pesadas,
as quais:
- não sofrem alterações da trajectória
após colisão (por terem massa maior)
Devido à pequena velocidade das partículas pesadas, a ionização específica
é maior do que a dos electrões
No caso dos:
- protões Æ pode provocar um máximo de 30 000 ionizações por cm
- partículas α Æ pode atingir as 70 000 ionizações por cm
13
B. Interacção dos electrões com o núcleo dos átomos
do meio atravessado – Radiação de frenação
Quando um electrão incidente, passa próximo de um núcleo
pertencente a um átomo da matéria atravessada, sofre uma:
- força de atracção coulombiana
pela qual o electrão é desviado na sua trajectória
Como a massa do núcleo é muito superior à do electrão, a energia
que é comunicada ao núcleo é muito pequena, e o electrão é
desviado, não sofrendo redução considerável na sua energia Æ
Æ dispersão de Rutherford (colisão elástica)
Quando o electrão é desviado da sua trajectória inicial, fica sujeito a
uma:
- aceleração centrípeta
hν
e-
Ec
Electrão
Partícula beta
-
+ +
Radiação de
Bremsstrahlung
Núcleo
Ec - hν
A energia é perdida pela
passagem perto de um núcleo
Teoria electromagnética clássica Æ
Æ Toda a aceleração do electrão deve provocar emissão de radiação
electromagnética
Teoria quântica Æ
Æ A aceleração cria uma certa probabilidade de emissão de um fotão,
e a energia irradiada pode variar de zero até à energia total do
electrão
14
A importância deste tipo de emissão é:
- inversamente proporcional ao quadrado da massa da
partícula incidente
Pouca importância quando se trata de partículas pesadas
A interacção entre o electrão incidente e o núcleo traduz-se por uma:
• diminuição da velocidade do electrão, e consequentemente
diminuição da energia cinética
Irradiada sob a forma de fotões
Radiação de bremsstrahlung ou radiação de frenação
(Radiação de espectro contínuo)
A probabilidade do electrão perder energia é tanto maior
quanto mais próximo do núcleo passar
Tipos de interacções
• Part
Partíículas carregadas
– Electrões
• Com o n
úcleo
nú
• Com os electrões orbitais
– Protões e partículas α
• Com o núcleo
• Com os electrões orbitais
– Neutrões
ética
ção electromagn
• Radia
electromagné
Radiaç
• Com o n
úcleo
nú
• Com os electrões orbitais
15
2. Interacção dos protões e das partículas α com
a matéria
Quer os protões quer as partículas α
• têm massa muito superior à dos electrões
Æ
Para igual energia cinética a:
Æ velocidade é consideravelmente inferior à dos
electrões
Æ
As transferência energéticas entre protões ou
partículas α e os átomos do meio, são muito
menores do que as que ocorrem quando a partícula
incidente é o electrão
Os protões e as partículas α são totalmente
frenados por obstáculos bastante finos,
como:
- uma folha de papel
não representando grande perigo quando se
trata de irradiação externa
α
p
Por outro lado:
- quando introduzidos no organismo, as
partículas podem provocar efeitos nocivos
consideráveis, pois toda a energia é
dissipada num percurso muito curto
Só provoca lesões quando
dentro do organismo
Absorvida por papel
Folha de papel
Irradiação
Irradiação interna
interna
lesão interna
16
Ionização
Processo pelo qual um átomo neutro adquire carga positiva ou negativa
Partícula α
+
-
electrão é
retirado do
átomo
+
O átomo neutro
fica com carga +
ião
Tipos de interacções
• Part
Partíículas carregadas
– Electrões
• Com o n
úcleo
nú
• Com os electrões orbitais
– Protões e part
partíículas α
• Com o n
úcleo
nú
• Com os electrões orbitais
– Neutrões
ética
ção electromagn
• Radia
electromagné
Radiaç
• Com o n
úcleo
nú
• Com os electrões orbitais
17
3. Interacção dos neutrões com a matéria
Grande poder de penetração
Neutrão
Interacção com os
núcleos do meio
Perda
Perda progressiva
progressiva de
de
energia
energia cinética
cinética
Não têm carga
Folha de papel
Chumbo
Alumínio
Parafina
Podem penetrar profundamente
no organismo
As consequências são diferentes consoante a energia cinética
do neutrão incidente:
1º Æ Ec > 1000 eV
toda a energia cinética é transferida para os
núcleos da matéria atravessada
2º Æ Ec < 1000 eV
o próprio neutrão é absorvido pelos núcleos
do meio envolvente
A energia absorvida pelos núcleos Æ
Æ leva-os a entrar em reacção com os outros átomos
do mesmo meio, originando:
→ ionização
→ excitação
18
Tipos de interacções
• Part
Partíículas carregadas
– Electrões
• Com o n
úcleo
nú
• Com os electrões orbitais
– Protões e part
partíículas a
• Com o n
úcleo
nú
• Com os electrões orbitais
– Neutrões
• Radiação electromagnética
• Com o núcleo
• Com os electrões orbitais
4. Interacção das radiações electromagnéticas
com a matéria
Quando as radiações electromagnéticas, de origem nuclear
(raios gama – γ) ou de origem extranuclear (Raios-X) interagem
com a matéria, a colisão pode ocorrer com o:
- núcleo
- electrões orbitais
Quando consideramos um feixe de fotões a incidir sobre um objecto,
a energia do feixe emergente é inferior à do feixe incidente, pois
existem interacções com a matéria
19
Quando o fotão incidente interage com a matéria, diferentes
situações podem ocorrer:
- Absorção total
Toda a energia do fotão incidente é absorvida pelos átomos
do meio atravessado
- Transmissão sem desvio da trajectória
Não ocorre qualquer reacção entre o fotão e o meio
- Difusão
Absorção total
Feixe incidente
O fotão é desviado da sua
trajectória inicial, podendo
haver ou não perda de energia
Transmissão
sem desvio
Difusão
∆x
Tipos de interacções
• Radiação electromagnética
– Com os electrões orbitais
• Efeito fotoeléctrico
• Efeito de Compton
• Efeito de Rayleigh Thonson
– Com o núcleo
• Materialização ou produção de pares
• Reacções fotonucleares
20
Efeito fotoeléctrico
• Processo de absorção atómico no qual o átomo absorve totalmente
a energia do fotão incidente (Ec)
• O fotão incidente desaparece e a energia absorvida é usada para
ejectar o electrão orbital para fora do átomo
• O electrão ejectado chama-se:
- fotoelectrão
Fotoelectrão
ejectado
Fotão
incidente
A energia cinética do electrão (Ece) ou
fotoelectrão é igual à diferença entre a
energia do fotão incidente e a energia de
ligação do electrão do átomo do material
Ece = Ec - El
Parte da energia do fotão incidente é dispensada para extrair o electrão
do seu nível energético, sendo a restante energia transferida ao electrão
orbital sob a forma de energia cinética
Ece = Ec - El
O fotão incidente tem que ter uma energia pelo menos igual
à energia de ligação do electrão orbital
Apesar de teoricamente este processo poder ocorrer com qualquer electrão
do meio, desde que Ec (energia cinética do fotão incidente) seja superior a El
(energia de ligação do electrão orbital), ocorre sobretudo:
Æ electrões mais fortemente ligados ao núcleo, isto é, camadas
mais internas − K, L
O átomo atingido pelo fotão, após libertar o fotoelectrão fica ionizado e
num estado excitado, sofrendo um re-arranjo dos electrões periféricos,
com emissão de:
- raios-X característicos
- fotões de fluorescência
- electrões de Auger
21
fotoelectrão
+
ionização
excitação
++
Raios-X característico
Fótões de fluorescência
Electrões Auger
Irradiação secundária
A probabilidade de ocorrência do efeito fotoeléctrico:
− aumenta rapidamente com o número atómico do absorvente
− decresce muito rápido quando aumenta a energia do fótão
⎛Z⎞
⎜ ⎟
⎝E⎠
3
O fotoelectrão torna-se uma partícula ionizante e vai ser
um agente de ionização secundária à radiação γ
Efeito Compton
• É a colisão entre um fotão e um electrão orbital das camadas mais
externas do átomo
• Só parte da energia do fotão incidente é cedida ao electrão orbital
• Ocorre nos electrões mais frouxamente ligados, os electrões periféricos
Fotão
difundido
θ
Fotão
incidente
ϕ
Electrão
Compton
O fotão incidente em energia cinética
(Ec) ao colidir com um electrão orbital
com baixa energia de ligação (El), cede
parte da sua energia ao electrão orbital,
que é expulso do átomo com uma
energia cinética (Ece), enquanto que o
fotão incidente sofre uma alteração na
sua trajectória
O fotão difundido passa a ter
uma energia cinética (Ed)
Ec = Ece + Ed + El
A energia cinética do electrão diminui progressivamente,
e como é ela própria uma partícula ionizante pode ionizar
ou excitar átomos
22
λ’
e
e
λ
+
φ
θ
e
ionização
++
excitação
Raios-X característico
Fótões de fluorescência
Electrões Auger
h
λ’ – λ = m c
e
(1 – cos θ)
Irradiação secundária
A probabilidade de ocorrência do efeito Compton:
Z
E
Z – número átomo
E – energia do fotão
Efeito Rayleigh-Thonson
• Quando a interacção entre o fotão e o electrão periférico é
insuficiente para produzir excitação ou ionização, a colisão é:
Æ Elástica Æ esta difusão só se manifesta para pequenas energias
Posteriormente
re-emitido
+
Fotão aborvido
pelo átomo
++
O fotão é absorvido pelo átomo, sendo
posteriormente reemitido, sem qualquer
alteração do seu estado energético, mas
com uma ligeira mudança de direcção
O ângulo de difusão:
Æ tanto mais pequeno quanto maior a energia do fotão
23
Materialização ou produção de pares
• Fotões incidentes com energias cinéticas elevadas (> 1,022 MeV)
quando passam nas proximidades do núcleo dos átomos do
material que atravessam, ficam sujeitos ao intenso capo eléctrico
nuclear
• Nestas circunstâncias pode ocorrer
Æ materialização da energia
produzindo-se 1 electrão
1 positrão
eE = 511 keV
e+
e- do meio
E = 511 keV
Positrão (+)
511 keV
Energia do fotão
1,022 MeV
Electrão (-) 511 keV
O fotão incidente é aniquilado e o excesso de energia que o fotão
possuía em relação a 1,022 MeV (energia equivalente a 2 vezes a
massa do electrão, no repouso) aparece na forma de:
Æ energia cinética do par de electrões
Ec = ħ ν = 2 m c2 +Ece+ + Ece-
24
Quando o electrão tiver perdido a sua energia cinética Æ
Æ combina-se com um átomo ionizado do meio
Quando o positrão tiver perdido quase toda a sua energia cinética
Æ combina-se com um electrão negativo do meio
desaparecendo as duas massas e produzindo-se 2
fotões divergentes com 511 keV cada
Positrão
511 keV
Electrão
2 fotões
emitidos em direcções opostas
511 keV
E = mc2
Probabilidade de ocorrência de
materialização ou produção de pares
Z2 (E − 1,022)
Reacções fotonucleares
• Quando os fotões incidentes têm energias cinéticas muito intensas
(≈ 10 MeV) ao incidirem no núcleo há:
Æ emissão de partículas nucleares
Æ reacções γ,n
Æ reacções γ,p
ou seja, os fotões com alta energia ejectam do núcleo
- um neutrão
ou
- um protão
radionuclideos deficitários em neutrões
emissores de β+
reacções γ,n
12C
→
11C
16N
→ 15O
14N
→ 13N
19F
→
18F
25
COEFICIENTES DE
ATENUAÇÃO
M Filomena Botelho
1. Radiação
γ
Feixe incidente
Quando um fotão incidente atravessa o meio, há maior probabilidade
de ocorrer interacção, por qualquer dos seguintes processos :
- efeito fotoeléctrico
- efeito de Compton
- efeito de produção de pares (para energias > que 1,022 MeV)
I0
I = I0 – ∆I
∆x
A probabilidade de ocorrência de qualquer
destes processos é função da:
- energia do fotão
- espessura e composição do material
atravessado
26
Feixe incidente
I0
I = I0 – ∆I
O resultado é o decréscimo na intensidade da:
- radiação incidente
à medida que aumenta a distância percorrida
no material
∆x
- Consideremos um feixe de fotões com intensidade I0 quando
incidem num material de espessura ∆x
- Após penetração do material a intensidade do feixe é I
- O número de fotões absorvidos é:
Feixe incidente
• ∆I = I0 - I
I0
I = I0 – ∆I
A fracção de fotões absorvidos é directamente
proporcional à espessura do absorvente ∆x
∆x
∆I
= − µ ∆x
I0
µ – coeficiente de absorção linear
O sinal – mostra que o número de fotões diminui
com o aumento da espessura do absorvente
Re-arranjando a expressão, vem:
dI
= − µ I0
dx
27
Feixe incidente
I0
∆I
= − µ ∆x
I0
I = I0 – ∆I
Re-arranjando a expressão, vem:
dI
= − µ I0
dx
∆x
Diz que:
a intensidade que é absorvida por
unidade de comprimento é proporcional à
intensidade dos fotões incidentes
Coeficiente de absorção linear
Fracção de intensidade que é absorvida
por unidade de comprimento
µ=−
dI 1
I0 dx
-1
Dimensões: cm-1
µ=−
dI 1
I0 dx
Integrando a equação vem:
I = I0 . e
-µx
O número de fotões transmitidos através de um absorvente
está na dependência da espessura do absorvente e da
intensidade do feixe de fotões incidente
28
Coeficiente de Absorção Linear
O coeficiente de absorção linear total (µ) é a soma dos coeficientes
de absorção lineares correspondentes aos diversos tipos de
interacção que podem ocorrer
µ = τ + σ + π
τ – coeficiente de absorção devido a efeito fotoeléctrico
σ – coeficiente de absorção devido a efeito Compton
π – coeficiente de absorção devido a produção de pares
µ - depende de:
• energia do fotão incidente
• tipo de material absorvente
• estado físico do absorvente – sólido, líquido, gasoso
Espessura de Semi-Absorção – X1/2
Espessura de um absorvente, necessária para reduzir a metade a
intensidade de um feixe incidente (Raios-X, Raios-γ)
HVL – Half-Value Layer
CDA – Couche de Demi-Absorption
A espessura de semi-absorção pode relacionar-se com o coeficiente
de absorção linear µ
Quando
x = X1/2
I=
I0
2
29
Quando
x = X1/2
I=
I = I0 . e
I0
2
-µx
1 I0
−µx
=
= e 1/2
2
I
Logaritmizando, vem:
ln2 = - µ . X1/2
x1/2 =
ln2 0,693
=
µ
µ
A espessura pode ser dada em termos de:
Æ densidade superficial – xm
e o coeficiente de absorção linear µ, pode transformar-se no:
Æ coeficiente mássico de atenuação - µm
Por divisão pela massa específica do
absorvente
µm =
µ
ρ
Deste modo, o coeficiente mássico de atenuação, é o mesmo,
para os sólidos, líquidos e gases
30
Coeficiente de Absorção
fotoelectrões
Os electrões do meio atravessado, após absorverem a energia dos
fotões incidentes, por efeito fotoeléctrico (fotoelectrões) (Nf) são em
número igual ao número de efeitos fotoeléctricos
Nf = N0 . dx
A energia total Ef é função da energia total do feixe incidente E0
Ef = N0 . dx . E0 (× K)
Coeficiente de Absorção
electrões compton
Os electrões compton (NC) são equivalentes ao número de efeitos
Compton
A energia total destes electrões EC
EC = N0 . dx . Q
Energia cinética média transferida pelos fotões
incidentes aos electrões, i.e. É função da energia
total do feixe incidente, E0
⎛Q⎞
Ec = σ ⎜⎜ ⎟⎟ dx
⎝ E0 ⎠
31
A fracção da energia incidente transferida aos electrões secundários,
é:
Q⎞
⎛
⎜ τ − σ ⎟ dx = µa dx
E⎠
⎝
Coeficiente de absorção ≈ coeficiente de
atenuação por efeito fotoeléctrico
µd = µ - µa
Coeficiente de difusão
Feixe incidente
2. Radiação Cropuscular – partículas α
I0
I = I0 – ∆I
Uma partícula α perde energia à medida
que atravessa a memória
∆x
A partícula α muda muito pouco o seu
trajecto, na sequência das suas colisões
com os:
- núcleos ou
- electrões orbitais
Como resultado:
a distância percorrida por uma partícula α, depende somente da:
- sua energia inicial
- perda média de energia no meio
32
Um feixe de partículas α com a mesma energia, têm todas um
percurso muito semelhante
A curva de absorção, mostrando a
percentagem das partículas α
transmitidas em relação à espessura
do absorvente
- permanece plana nos 100% até
que o máximo do percurso seja
atingido
- caindo então rapidamente para
zero
%
Efeito de
Straggling
1
0,5
0
O percurso médio é:
- a espessura necessária para que se verifique
50% da absorção
espessura do
absorvente
Percurso médio
Nas partículas α há somente uma:
- pequena flutuação à volta deste valor – efeito de Straggling
(tipicamente 1% do valor médio)
%
Efeito de
Straggling
1
O percurso médio é:
- a espessura necessária para que se
verifique 50% da absorção
0,5
0
espessura do
absorvente
Percurso médio
Nas partículas α há somente uma:
- pequena flutuação à volta deste valor – efeito de Straggling
(tipicamente 1% do valor médio)
Exemplo:
Para as partículas α com energia entre 4 – 8 MeV, o seu
percurso médio no ar é:
R(cm) = 0,325 E3/2 (MeV)
33
Feixe incidente
2. Radiação Cropuscular – partículas β
I0
I = I0 – ∆I
A absorção das partículas β pela matéria, é uma
função da distância percorrida pela partícula na
matéria em causa
∆x
Em contraste com as partículas α, os:
- electrões têm trajectos muito variáveis
variando de electrão para electrão quando
atravessam um determinado material, mesmo
para electrões com a mesma energia
Por outro lado, têm um:
- espectro contínuo de energia
- podem perder uma fracção considerável da sua energia numa
única interacção
Como os electrões têm um:
• trajecto sinuoso
• dispersão em diferentes direcções
• percursos variam consideravelmente
Æ O efeito de Straggling é muito acentuado
A espessura atravessada por uma partícula β é em geral:
- muito menor do que o percurso real por ela percorrido
O comprimento total percorrido pela partícula β nos seus numerosos
desvios pode atingir:
- 1,5 a 4 vezes a espessura percorrida
34
Apesar das diversas características das partículas β (espectro contínuo,
dispersão e diferente trajecto) origina que a:
• absorção das partículas β se faça de modo praticamente
exponencial
I0 – Intensidade (nº partículas/seg cm2) de um feixe incidente de partículas β
I – Intensidade de um feixe emergente
x–
Espessura do absorvente
I = I0 . e
-µx
µ–
coeficiente de absorção linear
Depende de:
- meio
- características das radiãções β incidentes
Objectivos
9 Identificar quando há interação da radiação com a
matéria
9 Saber classificar os diversos tipos de interação das
radiações com a matéria
9 Identificar e distinguir as interações dos diversos
tipos de radiação com a matéria
9 Compreender o conceito da atenuação e da absorção
9 Identificar e distinguir os coeficientes de absorção
linear
9 Compreender o que é e a importância da espessura
de semi-absorção
35
Leitura adicional
Biofísica Médica. JJ Pedroso de Lima
Capítulo Vpag. 592 a 601
36
Download