Aula 1 – Conceitos Básicos
sobre Radiação
F 107 – Física para Biologia – 1º Semestre de 2010 – Prof.Dr. Edmilson JT Manganote
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Introdução
• O que vamos discutir?
– Tipos e características das radiações
– Teoria dos quanta
– Dualidade onda-partícula
– Microscópio eletrônico
A radiação é a propagação de energia sob várias formas, sendo dividida
geralmente em dois grupos: Radiação Corpuscular e Radiação
Eletromagnética
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RADIAÇÃO CORPUSCULAR
É constituída de um feixe de partículas elementares, ou núcleos atômicos,
tais como: elétrons, prótons, neutrons, deuterons, partículas alfa, etc.
Energia Cinética
v << c
K
1 2
mv
2
RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
São constituídas de campos elétricos e magnéticos oscilantes e se
propagam com velocidade constante c no vácuo. Exemplos: Ondas de rádio,
luz visível, raios infravermelhos, raios ultra-violetas, raios X, raios gama, etc.
f
λ: comprimento de onda
f: frequência
v: velocidade da onda
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Teoria dos Quanta
• Max Planck (1901)
• Albert Einstein (1905)
A radiação eletromagnética é emitida e se propaga
descontinuamente em pequenos pulsos de energia,
chamados pacotes de energia, quanta ou fótons.
(Caráter Corpuscular)
O que são Fótons?  Sem carga e Massa de Repouso nula
Todos os fótons, numa dada
freqüência, possuem a mesma energia
h é a constante de Planck e vale
6,63 10
34
j s
E
E
hf
hc
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Dualidade Onda-Partícula
• Louis de Broglie (1924)
A matéria possui características ondulatórias
e corpusculares...
mv
h
λ é o comprimento de onda de de Broglie
Unidade de Energia
eletron-volt
1eV 1,6 10
1MeV
19
J
106 eV
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Aplicação – Microscopia
A capacidade de resolução dos microscópios ópticos é limitada pelos
efeitos da difração da luz (visível 0,4 a 0,7μm)
Microscópio de Hooke,
de uma gravura de seu livro “Micrographia”
O microscópio eletrônico supera essa dificuldade,
pois os comprimentos de onda associados aos
elétrons são muito menores que o da luz visível
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Microscópio Eletrônico
O funcionamento do microscópio
eletrônico se baseia nas propriedades
ondulatórias do elétron !!
São possíveis aumento de 350.000 vezes !!
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Cápsulas de musgo (escala 16:1)
Cápsulas de musgo seco liberam seus esporos. Os musgos estão entre os mais
antigos vegetais do planeta. Essa imagem é a maior já tirada com ajuda de um
microscópio eletrônico. O original mede 1,5 por 2,5 metros. (© Martin Oeggerli)
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Bactérias intestinais E. coli (escala 57'800:1)
As bactérias Escherichia Coli medem cerca de um milésimo de milímetro. Pela facilidade
de cultura, elas são utilizadas freqüentemente na pesquisa científica. (© Martin Oeggerli)
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Superfície de uma pteridófita aquática (escala 130:1)
O tamanho dos folíolos das pteridófitas aquáticas não ultrapassa meio centímetro. Sua
superfície é coberta de uma grande quantidade de asperidades que expelem a água e
deixam a planta insubmergível. (© Martin Oeggerli)
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Tipos de Radiação
• Radiação Alfa
– São núcleos de átomos de Hélio (2p + 2n)
– Perdem 33eV por ionização
– A distância que uma partícula percorre até
parar é chamada alcance. Aumentando-se a
energia, aumenta-se o alcance.
– O alcance diminui se a densidade do meio
aumentar
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Como são produzidas as partículas Alfa?
A desintegração Alfa segue o modelo:
Exemplo:
A energia das partículas Alfa tem um caráter discreto, ou seja valores
próprios para cada decaimento. Por exemplo:
Neste caso 77% das partículas são emitidas com 4,2 MeV, 23% com 4,15 MeV
e 0,23% com 4,04 MeV.
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Tipos de Radiação
• Radiação Beta
– São elétrons (e-) e pósitrons (e+), que são
muito mais penetrantes que as partículas alfa
– A radiação beta, ao passar por um meio
material, também perde energia ionizando os
átomos que encontra no caminho. Para
blindar a radiação beta pode-se usar plástico
ou alumínio.
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Como são produzidas as partículas Beta?
A desintegração Beta segue o modelo:
Exemplo:
Alguns radioisótopos de interesse biológico são:
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Tabela 1: Alcance das partículas alfa e beta no ar, no tecido humano
e no Alumínio (OKUNO, E. 1982)
Energia (MeV)
Partículas alfa
Alcance (cm)
Tecido Humano
Alumínio
Ar
1,0
0,55
0,33 10
2
0,32 10
3
2,0
1,04
0,63 10
2
0,61 10
3
3,0
1,67
1,00 10
2
0,98 10
3
4,0
2,58
1,55 10
2
0,50 10
3
5,0
3,50
2,10 10
2
2,06 10
3
Partículas beta
Ar
0,01
0,23
0,27 10
3
0,1
12,0
1,51 10
2
0,5
1,0
2,0
3,0
150,0
420,0
840,0
1260,0
Tecido Humano
0,18
0,50
1,00
1,50
Alumínio
4,3 10
3
5,9 x10
2
0,15
0,34
0,56
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Tipos de Radiação
• Neutrons
– São partículas sem carga e não produzem ionização
diretamente, mas o fazem indiretamente, transferindo
energia para outras partículas carregadas que, por
sua vez, podem produzir ionização
– Os neutrons percorrem grandes distâncias através da
matéria, antes de interagir com um núcleo dos
átomos que compõe o meio
– São muito penetrantes, podem ser blindados com
materiais ricos em hidrogênio como parafina ou água
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Tipos de Radiação
• Radiação Gama
– São ondas eletromagnéticas extremamente
penetrantes, produzidas por elementos radioativos ou
em processos subatômicos como a produção de
pares. Por causa de sua alta energia são muito mais
penetrantes do que as partículas Alfa ou Beta.
– Interagem com a matéria pelo efeito fotoelétrico, pelo
efeito Compton ou pela produção de pares (e o que
acontece?)
– Pode perder toda ou quase toda energia em uma
única interação. Tudo o que se pode prever é a
distância em que ela tem 50% de chance de interagir.
Essa distância se chama semi-redutora.
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Efeito Fotoelétrico
Espalhamento Compton
Produção e Aniquilação
de Pares
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Tipos de Radiação
• Raios X
– São ondas eletromagnéticas, exatamente
como os raios gama, diferindo apenas quanto
à origem. Os gamas se originam dentro do
núcleo atômico, enquanto que os Raios X têm
origem fora do núcleo, na desexcitação dos
elétrons
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Tabela 2: Camadas semi-redutoras no tecido humano e
no chumbo para os raios X e gama (OKUNO, E. 1982).
Energia (MeV)
Raios X ou gama
0,01
0,05
0,1
0,5
1,0
5,0
Camada Semi-redutora (cm)
Tecido humano
Chumbo
0,13
4,5 10
4
3,24
0,8 10
2
2
4,15
7,23
9,91
23,1
1,1 10
0,38
0,86
1,44
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