Interação da Radiação com a Matéria II

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Interação da Radiação com a Matéria II

  1. 1. INTERAÇÕES DAS RADIAÇÕES COM A MATÉRIA Professora Ariane Penna
  2. 2. INTERAÇÕES DA RADIAÇÃO COM A MATÉRIA APÓS PRODUZIDAS, SEJA POR MEIO DE UM APARELHO DE RAIOS X, OU POR UMA FONTE GERADORA DE RADIOATIVIDADE, AS RADIAÇÕES ATINGEM AS SUBSTÂNCIAS, INTERAGINDO COM AS MESMAS DE DIFERENTES MANEIRAS. Professora Ariane Penna A FORMA COMO OCORRERÁ ESTA INTERAÇÃO, SEJA COM O ORGANISMO VIVO, SEJA COM O PRÓPRIO RECEPTOR DE IMAGENS (FILME, SENSOR) SERÁ RESPONSÁVEL PELA DEFINIÇÃO DA QUALIDADE DIAGNÓSTICA DA IMAGEM. ESSE CONHECIMENTO PERMITIRÁ AO TECNÓLOGO CONDIÇÕES DE COMPREENDER MELHOR COMO SE DÁ O PROCESSO DE FORMAÇÃO DA IMAGEM, OS RISCO DOS EXAMES QUE UTILIZAM RADIAÇÕES IONIZANTES, BEM COMO FUNCIONAM AS BARREIRAS PROTETORAS E EQUIPAMENTOS INDIVIDUAIS DE PROTEÇÃO.
  3. 3. ANTES DE COMEÇARMOS A ESTUDAR OS TIPOS DE INTERAÇÕES QUE PODERÃO OCORRER ENTRE OS RAIOS X E OS CORPOS NOS QUAIS INCIDEM, É IMPORTANTE REVERMOS ALGUNS CONCEITOS COMO DE EXCITAÇÃO E IONIZAÇÃO. Professora Ariane Penna EXCITAÇÃO IONIZAÇÃO
  4. 4. EXCITAÇÃO & IONIZAÇÃO _________________________________ AO INTERAGIREM COM A MATÉRIA, OS FÓTONS DE RADIAÇÃO PODERÃO PROVOCAR PROCESSOS DE EXCITAÇÃO . NESTE PROCESSO, A ENERGIA DOS FÓTONS INCIDENTES É TRANSFERIDA A UM ELÉTRON QUE, AO RECEBÊ-LA, PASSA A UM NÍVEL ENERGÉTICO MAIS ALTO NO ÁTOMO. APÓS ESTA ETAPA, ESTE MESMO ELÉTRON CEDE ESTA ENERGIA ABSORVIDA NA FORMA DE FÓTON. INTERAÇÕES DA RADIAÇÃO COM A MATÉRIA Professora Ariane Penna
  5. 5. EXCITAÇÃO & IONIZAÇÃO _________________________________ POR ESTAR MAIS ENERGÉTICO, APÓS ESTA ABSORÇÃO, O ÁTOMO TORNA-SE MAIS REATIVO, MAIS PROPENSO A REAÇÕES. DIZEMOS QUE OCORREU UMA EXCITAÇÃO . Professora Ariane Penna
  6. 6. EXCITAÇÃO & IONIZAÇÃO _________________________________ POR OUTRO LADO, DEPENDENDO DA ENERGIA DO FÓTON INCIDENTE, PODERÁ OCORRER UMA REMOÇÃO DE ELÉTRONS DO ÁTOMO DA SUBSTÂNCIA IRRADIADA. O QUE, COMO SABEMOS, TRANSFORMARÁ ESTA SUBSTANCIA EM UM ÍON COM CARGA POSITIVA, JÁ QUE PERDEU ELÉTRON(S). OS ÍONS SÃO ELEMENTOS EXTREMAMENTE REATIVOS E ENTÃO PODERÃO FORMAR NOVOS COMPOSTOS. DIZEMOS QUE HOUVE UMA IONIZAÇÃO. Professora Ariane Penna
  7. 7. EXCITAÇÃO & IONIZAÇÃO _________________________________ ESTES ÍONS ATUAM NOS ORGANISMOS VIVOS COMO OS CHAMADOS “RADICAIS LIVRES”, PODENDO LEVAR À FORMAÇÃO DE SUBSTÂNCIAS DE DIFERENTES AÇÕES NOS TECIDOS Professora Ariane Penna -
  8. 8. BEM, ANTES DE COMEÇARMOS A ESTUDAR AS DIFERENTES INTERAÇÕES DAS RADIAÇÕES COM A MATÉRIA, VAMOS RECORDAR UMA UNIDADE DE “ENERGIA” QUE É MUITO UTILIZADA NO ESTUDO DA QUANTIFICAÇÃO ENERGÉTICA DAS RADIAÇÕES ELETROMAGNÉTICAS, O “ ELÉTRONVOLT ” ASSIM COMO O JOULE (J) E OUTRAS UNIDADES JÁ CONHECIDAS DE MENSURAÇÃO DE ENERGIA, O ELÉTRONVOLT É UMA UNIDADE DE ENERGIA QUE CORRESPONDE À ENERGIA ADQUIRIDA POR 01 ELÉTRON, QUANDO ESTE É ACELERADO EM UM CAMPO ELÉTRICO DE 01 VOLT. OBSERVE: Professora Ariane Penna
  9. 9. + - AO SER ACELERADO DE A PARA B , CUJA D.D.P É 1 VOLT, ESTE ELÉTRON IRÁ ADQUIRIR 01 ELÉTRONVOLT (eV) DE ENERGIA. ESTA É A DEFINIÇÃO DA UNIDADE DE ENERGIA eV. A 1eV B DDP=1V Professora Ariane Penna
  10. 10. ASSIM COMO TODAS AS UNIDADES, O eV POSSUI TAMBÉM SEUS MÚLTIPLOS: Professora Ariane Penna MeV MEGA ELETRONVOLT KeV KILO ELÉTRONVOLT eV ELÉTRONVOLT 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0
  11. 11. Professora Ariane Penna MeV KeV eV 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 DESTA FORMA : 1MeV= 1000 000 eV = 10 eV 1KeV= 1 000 eV = 10 eV 6 3
  12. 12. SABEMOS QUE UM FEIXE DE RAIOS X É UM FEIXE HETEROGÊNEO, POSSUINDO FÓTONS DE DIVERSOS COMPRIMENTOS DE ONDAS ( λ ), AS ENERGIA POR CONSEQÜÊNCIA DESTES FÓTONS SÃO VARIÁVEIS, DEPENDENDO DE DIVERSOS FATORES (KV, ETC). OS RAIOS X UTILIZADOS PARA FINS DE DIAGNÓSTICO (PRODUÇÃO DE IMAGENS RADIOGRÁFICAS), POSSUEM ENERGIAS VARIANDO DENTRO DE UMA FAIXA DE 20 A 150 KeV . Professora Ariane Penna 150 KeV 20 KeV
  13. 13. DE UMA MANEIRA GERAL, AO ATINGIREM UM CORPO, AS RADIAÇÕES PODERÃO INTERAGIR COM ESTA MATÉRIA, SOFRENDO OS SEGUINTES COMPORTAMENTOS: SEREM TRANSMITIDAS , OU SEJA ULTRAPASSAREM O CORPO, SEM QUE HAJA NENHUMA ALTERAÇÃO ENERGÉTICA OU DE TRAJETÓRIA Professora Ariane Penna
  14. 14. SEREM ATENUADAS , ONDE HÁ UMA INTERAÇÃO DESTAS COM A MATÉRIA, OCASIONANDO ALTERAÇÕES EM SUA ENERGIA E/OU TRAJETÓRIA, ALÉM DE OUTROS PROCESSOS. Professora Ariane Penna
  15. 15. ATENUAÇÃO :CADA VEZ QUE UM FEIXE DE RADIAÇÃO ATRAVESSA UMA SUBSTÂNCIA, ESTE FEIXE SOFRERÁ UM CERTO GRAU DE ATENUAÇÃO QUE DIMINUIRÁ SUA INTENSIDADE INICIAL Professora Ariane Penna
  16. 16. CADA MATERIAL TERÁ A CAPACIDADE DE ABSORVER OS FÓTONS DE DIFERENTES INTENSIDADES. ESTA ABSORÇÃO SEGUE À SEGUINTE EQUAÇÃO, CONSIDERANDO A FIGURA ACIMA. e Professora Ariane Penna I 0 I 0 - X X I X I X =
  17. 17. I 0 = INTENSIDADE DA RADIAÇÃO INCIDENTE I X = INTENSIDADE DA RADIAÇÃO EMERGENTE X= ESPESSURA DO MEIO ABSORVENTE e = CONSTANTE (NÚMERO NEPERIANO) VALOR JÁ TABELADO PARA MUITOS MATERIAIS, VARIANDO COM O MATERIAL E A ENERGIA ( KV ) DA RADIAÇÃO INCIDENTE. =CONSTANTE, DEPENDE DO MATERIAL E DA ENERGIA DA RADIAÇÃO INCIDENTE: COEFICIENTE DE ABSORÇÃO LINEAR DO MATERIAL Professora Ariane Penna e - X I 0 I X =
  18. 18. e X I 0 I X = 1 NOTE QUE QUANTO MAIOR FOR: 1)INTENSIDADE INCIDENTE (I 0) MAIOR SERÁ I X , OU SEJA HAVERÁ MUITA RADIAÇÃO CAPAZ DE PASSAR ATRAVÉS DO MATERIAL! Professora Ariane Penna e - X I 0 I X =
  19. 19. e X I 0 I X = 1 MENOR SERÁ I X , OU SEJA HAVERÁ POUCA RADIAÇÃO CAPAZ DE PASSAR ATRAVÉS DO MATERIAL, MUITA ABSORÇÃO! Professora Ariane Penna e - X I 0 I X = NOTE QUE QUANTO MAIOR FOR: ESPESSURA (X), DENSIDADE E NÚMERO ATÔMICO ( ) DO MATERIAL.
  20. 20. ATENUAÇÃO : ” CURVA DE ATENUAÇÃO”- PODEMOS CONFECCIONAR UMA CURVA, NA QUAL MEDIREMOS A INTENSIDADE DE UM FEIXE DE FÓTONS A CONSIDERAR, EM RELAÇÃO À PROFUNDIDADE DO MATERIAL QUE ESTE ATRAVESSA DURANTE SUA TRAJETÓRIA. OBSERVE ESTA CURVA ABAIXO DENOMINADA DE “CURVA DE ATENUAÇÃO”. ESTA CURVA É FUNÇÃO DO MATERIAL ABSORVENTE E DA ENERGIA DOS FÓTONS INCIDENTES! Professora Ariane Penna
  21. 21. ATENUAÇÃO : ” CAMADA SEMI-REDUTORA”- CONFORME VISTO, DIFERENTES MATERIAIS ATENUARÃO DIFERENTES QUANTIDADES DE RADIAÇÃO. POR DEFINIÇÃO, A FIM DE SE COMPARAR O PODER DE ATENUAÇÃO DE DIFERENTES MATERIAIS, DEFINIU-SE A GRANDEZA “CAMADA SEMI-REDUTORA” (CSR) (DE ORIGEM DO INGLÊS: HALF-VALUE LAYER , HVL), COMO SENDO A ESPESSURA DE DETERMINADO MATERIAL NECESSÁRIA PARA DIMINUIR EM 50% A INTENSIDADE DE UM FEIXE QUE O ATRAVESSA. Professora Ariane Penna
  22. 22. ATENUAÇÃO : ” CAMADA SEMI-REDUTORA”- MENOR O VALOR DA CSR, MAIS “EFICIENTE” SERÁ O MATERIAL EM ABSORVER A ENERGIA DO FEIXE DE RADIAÇÃO. A TABELA AO LADO COMPARA AS CSR DO CHUMBO E CONCRETO, PARA DIFERENTES INTENSIDADES DE RADIAÇÃO Professora Ariane Penna TENSÃO MÁX DE VOLTAGEM (KV) CSR CHUMBO (mm) CSR CONCRETO (cm) 50 0,06 0,43 70 0,17 0,84 100 0,27 1,60 125 0,28 2,00 150 0,30 2,24 200 0,52 2,50
  23. 23. ATENUAÇÃO : ” CAMADA SEMI-REDUTORA”- MENOR O VALOR DA CSR, MAIS “EFICIENTE” SERÁ O MATERIAL EM ABSORVER A ENERGIA DO FEIXE DE RADIAÇÃO. PARA A MESMA INTENSIDADE DE RADIAÇÃO (100) POR EX, NECESSITARÍAMOS DE UMA ESPESSURA DE CONCRETO APROXIMADAMENTE 16 VEZES MAIOR QUE DE CHUMBO. Professora Ariane Penna TENSÃO MÁX DE VOLTAGEM (KV) CSR CHUMBO (mm) CSM CONCRETO (cm) 50 0,06 0,43 70 0,17 0,84 100 0,27 1,60 125 0,28 2,00 150 0,30 2,24 200 0,52 2,50
  24. 24. CAMADA SEMI-REDUTORA 50% 25% 12,5% 1 CSR 2 CSR 3 CSR CSR = 15 CM Professora Ariane Penna
  25. 25. ISTO EXPLICA PORQUE O Pb (chumbo), POR EXEMPLO, É UM ELEMENTO MUITO USADO COMO BARREIRA DE RAIOS X, COMO PROTETOR DE ÁREAS ADJACENTES À SALAS DE EXAMES, POR EXEMPLO, JÁ QUE POSSUI ALTA DENSIDADE E ALTO NÚMERO ATÔMICO (82) Biombo de chumbo Professora Ariane Penna
  26. 26. NAS ATENUAÇÕES, EM QUE O FÓTON INCIDENTE CEDE TODA SUA ENERGIA NO MEIO ABSORVENTE, DIZEMOS QUE A RADIAÇÃO HOUVE UMA “ ABSORÇÃO” . NESTE CASO O FÓTON INCIDENTE CEDE TODA SUA ENERGIA NO MEIO ABSORVENTE, E ENTÃO NÃO HÁ TRANSMISSÃO DE RADIAÇÃO ATRAVÉS DESTE MEIO. Professora Ariane Penna
  27. 27. NAS ATENUAÇÕES EM QUE O FÓTON INCIDENTE EMERGE DO MEIO ABSORVENTE COM DIFERENTES ENERGIA E TRAJETÓRIAS, DIZEMOS QUE HOUVE UM “ ESPALHAMENTO” NESTE CASO O FÓTON INCIDENTE SOFRE INTERAÇÃO COM OS ÁTOMOS DO ABSORVENTE, SOFRENDO DESVIO DE SUA TRAJETÓRIA, SENDO ESPALHADO. Professora Ariane Penna
  28. 28. EM UM EXAME RADIOGRÁFICO, QUANDO CONSIDERAMOS O ABSORVENTE, SENDO O CORPO A SER RADIOGRAFADO, PODEMOS CONCLUIR QUE AS ATENUAÇÕES SEJAM ELAS POR ABSORÇÃO DA RADIAÇÃO, SEJAM ELAS POR ESPALHAMENTO, SERÃO AS RESPONSÁVEIS PELA DETERMINAÇÃO DA IMAGEM NO RECEPTOR (FILME, SENSORES). FILME Professora Ariane Penna
  29. 29. A RADIAÇÃO EMERGENTE DO CORPO , POSSUIRÁ VÁRIAS CARACTERÍSTICAS DIFERENTES OU NÃO DO FÓTON INCIDENTE, E ATINGINDO O RECEPTOR DA IMAGEM, PROVOCARÁ NESTE DIFERENTES ESTÍMULOS, QUE SERÃO INTERPRETADOS DE DISTINTAS MANEIRA E PRODUZIRÃO ASSIM OS DETALHES DA ESTRUTURA RADIOGRAFADA EM TONS DE CINZA, GERALMENTE AS REGIÕES DO FILME QUE NÃO RECEBERAM MUITOS FÓTONS EMERGENTES DO CORPO, OU SEJA, ONDE O CORPO, ABSORVEU MUITA RADIAÇÃO NESTA ÁREA= REGIÃO RADIOPACA (OPACA À RADIAÇÃO) Professora Ariane Penna
  30. 30. AS REGIÕES DO FILME QUE RECEBERAM MUITOS FÓTONS EMERGENTES DO CORPO, OU SEJA, ONDE O CORPO, NÃO ABSORVEU MUITA RADIAÇÃO NESTA ÁREA= REGIÃO RADIOLÚCIDA (TRANSLÚCIDA À RADIAÇÃO) Professora Ariane Penna
  31. 31. HÁ OPOSIÇÃO DAS ÁREAS RADIOLÚCIDAS E RADIOPACAS NA IMAGEM RADIOGRÁFICA, O QUE PERMITE A INTERPRETAÇÃO DAS REGIÕES ANATÔMICAS E SEU ESTUDO. Professora Ariane Penna
  32. 32. RADIOPACAS CORPOS ESPESSOS, DE ALTA DENSIDADE FÍSICA CLAROS NA IMAGEM RADIOLÚCIDAS CORPOS FINOS, DE BAIXA DENSIDADE FÍSICA ESCUROS NA IMAGEM Professora Ariane Penna
  33. 33. RADIOPACAS = ATENUAM BASTANTE AS RADIAÇÕES INCIDENTES, POR SUAS ALTAS DENSIDADE E/OU ESPESSURAS. EX: OSSOS , ESMALTE DOS DENTES, IMAGENS CLARAS (O FILME NÃO FOI SENSIBILIZADO!) Professora Ariane Penna
  34. 34. RADIOLÚCIDAS = NÃO ATENUAM AS RADIAÇÕES INCIDENTES, POR SUAS BAIXAS DENSIDADE E/OU ESPESSURAS. EX: PELE, GORDURA, AR IMAGENS ESCURAS (O FILME FOI MUITO SENSIBILIZADO!) Professora Ariane Penna
  35. 35. EXEMPLO Professora Ariane Penna
  36. 36. <ul><li>EXERCÍCIOS PROPOSTOS: </li></ul><ul><li>DEFINA: </li></ul><ul><li>TRANSMISSÃO DA RADIAÇÃO </li></ul><ul><li>ATENUAÇÃO DA RADIAÇÃO </li></ul><ul><li>2) DE QUAIS FATORES DEPENDERÁ O GRAU DE ATENUAÇÃO DE DETERMINADA RADIAÇÃO QUE INCIDE EM UM CORPO? </li></ul><ul><li>3) QUAL A IMAGEM RADIOGRÁFICA (RADIOPACA/RADIOLÚCIDA) VOCÊ ESPERA NORMALMENTE OBTER DAS SEGUINTES ESTRUTURAS: </li></ul><ul><li>a) INTESTINO GROSSO </li></ul><ul><li>b) ESMALTE DOS DENTES. </li></ul><ul><li>c) PULMÕES </li></ul><ul><li>d) COLUNA VERTEBRAL </li></ul><ul><li>4) DA QUESTÃO ANTERIOR, QUAL DELAS SERÁ ESCURA E QUAL SERÁ CLARA? POR QUE? </li></ul>Professora Ariane Penna

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