F

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/Mathemati
cians/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.htm
l
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
17
Scattering Rayleigh Scattering Compton Efecto fotoeléctrico Producción de pares
Interacción de fotón Con e- ligados Con e- libres Con todo el átomo Con el campo nuclear
Modo de interacción Fotón dispersado Fotón dispersado Fotón desaparece Fotón desaparece
Dependencia energía 1/E-2 Decrece con la energía 1/E-3 Aumenta con la energía
Umbral No No No 2mec2
Coeficiente atenuación sR sC t k
Partículas liberadas Ninguna Electrón Compton fotoelectrón Par positrón electrón.
Coeficiente atómico (Z)
Efecto posterior Ninguno R-X caract., efecto Auger R-X caract., efecto Auger Radiación de aniquilación
Importancia lt 1MeV Alrededor de 1MeV. De 0 a 0.5MeV gt 1.02MeV
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 gtgt a Colisión blanda, el e- transfiere
  sólo una pequeña parte de su energía.
• Para b a Colisión dura, el e- transfiere una
  fracción importante de su energía cinética.
• Para b ltlt 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/syllabu
  s.asp
• http//www.nukeworker.com/study/