interacción de la radiación con la materia
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Interacción de la radiación
con la materia
EL RADÓN: EL ENEMIGO INVISIBLE (CURSO BASICO)
Estudios Propios de Posgrado, Universidad de Cantabria
Carlos Sainz Fernandez y Luis Santiago Quindós Poncela
Catedráticos de la Universidad de Cantabria
Grupo Radon, LaRUC
Interacción radiación/materia
Partículas cargadas
Captura de la partícula por un núcleoMuy improbable
Colisión directa part-núcleo o part-electrónAbsurdo
“Colisión”/interacción electrostática3 tipos
ELÁSTICA (e-- e-)Conservación EP y P
NO cambios atómicos/nuclearesDesviación de la partícula
INELÁSTICAConservación P, no EP
Cesión energíaExcitaciónIonizaciónDisociación
RADIATIVA (RX)Frenado brusco
Emisión EM“Bremsstrahlung”
Interacción radiación/materia
IONIZACIÓNPrimaria/secundariaEspecífica (LET)
HOH HOH+ + e-
HOH+ H+ + OHHOH- OH- + H
OH +OH H2O2
EXCITACIÓNÉmisión EM
DISOCIACIÓNRadiólisis del agua
RADICALES LIBRES
Partículas cargadas
Interacción radiación/materia
Partículas cargadas
Poder de frenado
frenadoexcion dx
dE
dx
dEES
/
)(
AlcanceMáxima distancia de penetración
en el medioDIFERENTE de trayectoria
)()/()/( 32 cmRcmgcmgRmásico
(ION/EXC) part cargadas pesadas, e de baja E(FRENADO) e de alta E
LET (“localmente”)2
2
/ v
z
A
Z
dx
dE
excion
EZdx
dE
fren
part cargadas pesadas
e de alta E
Ionización específica (I)número de ionizaciones por
longitud de trayectoria(w = 34 eV en aire)
ILET
Partículas α
ALTA LETtrayectorias
rectas y cortas
ALCANCEcm en aireμm en agua
IRRADIACIÓN / CONTAMINACIÓN
¿BLINDAJE?
Partículas β
LETβ << LETα100 pares/cm vs 30000 pares/cm
trayectorias sinuosasALCANCE
variablem en airecm en agua
¿Blindaje de plomo?
Z
EZ
800E
B Pérdidas por radiación de frenado¡¡¡ EMISIÓN RX !!!
Emax= 2 MeV0.7 % en plástico
7 % en plomo
βZalto
Zbajo
¿β+?
Neutrones
m = me
q = 0solo interaccíón con NÚCLEOS
NO IONIZANTES DIRECTAMENTE
Trayectorias largasalcance variable
ELÁSTICA (todas E)
INTERACCIONES
INELÁSTICA (n rápidos)
CAPTURA (todas E)
Neutrones
Colisión elástica
Transferencia de E según masas(Máxima en H)
Protones de retroceso
Termalización (a 20ºC, 0.025 eV, 2200 m/s)Ej: n (1 MeV)
17 colisiones en H111 colisiones en C
Pérdida de energía hasta desintegración en p + e
Neutrones
Colisión inelástica
Núcleo excitado --- emisión gamma
E incidente > 1er nivel excitación núcleo(0.1-1 MeV elementos medios/pesados
6 MeV OxígenoNO ocurre en Hidrógeno)
Producción gamma
Neutrones
Absorción o captura
Emisión instantanea gamma + formación de isótopo
Emisión beta (núcleo con excesivos n)
Absorción n térmicos B, Cd
BLINDAJECOMPUESTO
HH2O
Parafina
B o Cd Pb
Termalización Captura
n térmicos
Radiación
secundaria
(gamma captura)
Neutrones
En medio biológico 90 % energía cedida por colisión elástica
Gran absorción por material ligeroGran penetración en materiales pesados
Radiación γ
ATENUACIÓN
xeN 0N
μ (cm-1): coeficiente de atenuación lineal
(depende del estado de agregación del absorbente)
μ = μFoto + μComp + μPares
x (cm)
N0 N
xmeN
0N μm (cm2/g) = μ/ρ : coeficiente de atenuación másico
(NO depende del estado de agregación del absorbente)
Espesor de semireducción
2lnX1/2
Fotones monoenergéticosHaz colimado
Espesor delgado Espesor decimorreductor
10lnC DR
Radiación γ
EFECTO FOTOELÉCTRICOE < 100 keV
RX característicos
nc WhE
Absorción totalNo dispersión
Vacante nivel energía nFotón de fluorescenciaRX átomos pesadosUV átomos ligeros
mn WWh `
Posible nuevo EFEfecto Auger
3
3
)(/)(
h
ZKEF
Ley de Bragg-Pierce
Prob decrece al aumentar EProb aumenta con Z
ELEMENTOS PESADOS+
RADIACION POCA ENERGÍA
Radiación γ
EFECTO COMPTON100 keV < E < 1 MeV
cn EWhh 1
PROBABILIDAD PROPORCIONAL A 1/E
PRACTICAMENTE INDEPENDIENTE MATERIAL IRRADIADO(depende de densidad electrónica)
Radiación γ
PRODUCCIÓN DE PARES1.02 MeV < E < 10 MeV
me c2 = 0.5011 MeV
PROBABILIDAD CRECE LENTAMENTE CON LA ENERGÍA
PROPORCIONAL A Z DEL MATERIAL IRRADIADO
Radiación γ
HORMIGON HIERRO PLOMO
RADIACION X 50 kV 0.6 0.06 0.01
100 kV 1.8 0.15 0.02
150 kV 2.3 0.35 0.03
200 kV 2.7 0.6 0.05
250 kV 3.1 0.7 0.07
300 kV 3.3 1.0 0.15
FUENTES 60Co 6.6 2.2 1.6
137Cs 4.4 1.4 0.9
192Ir 3.7 1.1 0.3
Radiación γ
Radiación γ
Rango de
energíaProceso
50 keV E. fotoeléctrico
60-90 keV E. fotoeléctrico y
Compton
200 keV - 2 MeV E. Compton
5 MeV - 10 MeV E. Compton y F.
pares
50 MeV - 100 MeV F. pares
PROCESOS DOMINANTES
DE INTERACCIÓN EN TEJIDOS BIOLÓGICOS
RADIODIAGNÓSTICO (60-120 keV) : E. fotoeléctricoRADIOTERAPIA CONVENCIONAL (200-250 keV): Compton
RADIOTERAPIA ISOTÓPICA (0.66 MeV, 1.17 y 1.33 MeV): ComptonEnergías próximas a 10 MeV: Producción de pares
Imagen radiológica
ERX > EvisibleCapacidad de atravesar espesores apreciables
de materia opaca a la luz,
como son los tejidos orgánicos
PODER DE PENETRACIÓN AUMENTA CON LA E DE LOS RX
Radiografía industrial
RX
Paciente Registroimagen
CONTRASTE
MaterialesZef