1MODELO ATMODELO ATMICOMICO

Hacia 1910 J. J. Thompson propuso un modelo en el Hacia 1910 J. J. Thompson propuso un modelo en el cual los electrones se encontraban dentro de una cual los electrones se encontraban dentro de una distribucidistribucin continua de carga positiva.n continua de carga positiva.

En el aEn el ao 1911, Ernest Rutherford demostro 1911, Ernest Rutherford demostr que la que la carga positiva se encontraba concentrada en una regicarga positiva se encontraba concentrada en una regin n muy pequemuy pequeaa aparece el Naparece el NCLEO ATCLEO ATMICO. MICO.

Fue uno de los desarrollos mFue uno de los desarrollos ms importantes en la Fs importantes en la Fsica sica atatmica y el fundamento de la Fmica y el fundamento de la Fsica nuclear.sica nuclear.

FFSICA DEL NSICA DEL NCLEO ATCLEO ATMICOMICO

NNcleo atcleo atmico: Caractermico: Caractersticas:sticas: AglomeraciAglomeracin de protones y neutrones (nucleones).n de protones y neutrones (nucleones). Los nucleones poseen spLos nucleones poseen spn n .. .. El nEl ncleo se identifica por el ncleo se identifica por el nmero de protones (Z) y mero de protones (Z) y

por la cantidad de nucleones (A)por la cantidad de nucleones (A) Z: nZ: nmero atmero atmicomico N: nN: nmero de masa, entonces:mero de masa, entonces:

N = A N = A -- Z (nZ (nmero de neutrones)mero de neutrones)

Kgmm NP2710.66,1

mRncleo1410 ( )nuclearatmico Rr 50000

2NUCLENUCLEDOS: DOS: especie nuclear particularespecie nuclear particular

Nomenclatura:Nomenclatura:

EjemplosEjemplos: :

XAZ XA

C126 N2311

CARACTERCARACTERSTICAS STICAS Existen 92 elementos quExisten 92 elementos qumicos naturales mmicos naturales ms 11 s 11

artificiales (aprox.)artificiales (aprox.) Hay aprox. 1440 nucleHay aprox. 1440 nucledos conocidos, donde 340 dos conocidos, donde 340

existe en la naturaleza y aprox. 1100 producidos en el existe en la naturaleza y aprox. 1100 producidos en el laboratorio.laboratorio.

Existen aprox. 280 nucleExisten aprox. 280 nucledos estables; pero la mayordos estables; pero la mayora a son inestables o radioactivos (poseen vida media)son inestables o radioactivos (poseen vida media)

En los nucleEn los nucledos livianos Z N (dos livianos Z N (ppioppio. de exclusi. de exclusin)n) Para los nuclePara los nucledos mdos ms pesados N > Z.s pesados N > Z.ClasificaciClasificacinn: : 99 ISISTOPOS: nucleTOPOS: nucledos con = Z; N dos con = Z; N 99 ISISTONOS: nucleTONOS: nucledos con = N; Zdos con = N; Z99 ISISBAROS: nucleBAROS: nucledos con = A; N ^ Z dos con = A; N ^ Z

3-- RepresentaciRepresentacin del nn del nmero de neutrones (N) en mero de neutrones (N) en funcifuncin del nn del nmero de protones (Z)mero de protones (Z)

TAMATAMAOO NUCLEARNUCLEAR

Los Los nncleoscleos son son casicasi esfesfricosricos. . ExepcionesExepciones: : tierrastierrasrarasraras (Z= 57 a 71) (Z= 57 a 71)

Resultados experimentales demuestran que el radio Resultados experimentales demuestran que el radio nuclear es: nuclear es:

R =R =

Donde los nDonde los ncleos.cleos.

El El hechohecho de de queque el radio sea el radio sea proporcionalproporcional a Aa A1/31/3 igualigualdensidaddensidad parapara todostodos loslos nncleoscleos ~ 10~ 101414 g/cmg/cm3 3 !!!!

31

0.AR

mR 150 10.4,1=

4Considerando un comportamiento esfrico, podemos expresar:

Conclusin importante:

La densidad nuclear es constante

independiente de A

En los ncleos los nucleones estn muy compactados!

34=V 33103 3

4

= ARR

34=V AR 30

315

30

27

10.49,13

4.10.66,1

cmg

ARAKg

VM ===

QUQU MANTIENE UNIDOS A LOS NUCLEONES?MANTIENE UNIDOS A LOS NUCLEONES?

Una interacciUna interaccin llamada fuerza nuclear fuerte que: n llamada fuerza nuclear fuerte que: Es independiente de la carga.Es independiente de la carga. Es mEs ms intensa que la fuerza els intensa que la fuerza elctrica.ctrica. Poseen corto alcance (aprox. )Poseen corto alcance (aprox. )m1410

5ENERGENERGA DE ENLACE NUCLEARA DE ENLACE NUCLEAR

Es la energEs la energa necesaria para separar los nucleones a necesaria para separar los nucleones que componen el nque componen el ncleo:cleo:

Donde M es la masa compuesta de A nucleones Donde M es la masa compuesta de A nucleones donde Z son protones y Adonde Z son protones y A--Z son neutrones. Z son neutrones.

EjemploEjemplo: consideremos el deuter: consideremos el deutern (1p+1n), donde:n (1p+1n), donde:mmdd = 2,014102 = 2,014102 umauma; ; mmpp = 1,007825 = 1,007825 umauma y y

mmnn = 1,008665 = 1,008665 umauma. .

EEbb = 2,224 = 2,224 MeVMeV (energ(energa necesaria para separar el a necesaria para separar el protprotn del neutrn del neutrn). En comparacin). En comparacin con la energn con la energa de a de ionizaciionizacin es una energn es una energa muy fuerte. a muy fuerte.

( )[ ] 2CMmZAZmE Nnpb +=

EnergEnergas de enlaceas de enlace

La masa de un La masa de un tomo tomo masa del nmasa del ncleo + masa de los cleo + masa de los electrones: electrones: energenerga de enlace del a de enlace del tomotomo

Ebtomo = MNc2 + Zmec2 MAtc2

Las energLas energas de enlace atas de enlace atmicas (micas (~ ~ keVkeV) se ) se despreciandesprecian frentefrentea a laslas energenergasas de enlace de enlace nuclearesnucleares ((MeVMeV). ).

EnergEnergasas de enlace de enlace nuclearesnucleares: : EEbbnuclearnuclear = Nm= Nmnncc2 2 + Zm+ Zmppcc22 MMNNcc22

Como MComo MNN ~ M~ Mat at Z MZ Mee ((Despreciando la energDespreciando la energa de enlace ata de enlace atmicamica )::

Ebnuclear = Nmnc2 + ZMHc2 MAtc2

Masa atMasa atmicamica

6AE b

Valor medio 8.3 Valor medio 8.3 MeVMeV/nucle/nuclenn Aprox. constante para A >16 Aprox. constante para A >16 saturacisaturacin de las fuerzas nucleares: n de las fuerzas nucleares: Si cada nucleSi cada nuclen se enlaza con todos los demn se enlaza con todos los dems existirs existiran (Aan (A--1) 1) enlaces por nucleenlaces por nuclen y por ende En y por ende EBB/A ser/A sera proporcional a (Aa proporcional a (A--1): cada 1): cada nuclenuclen interactn interacta con un a con un nronro. fijo de nucleones. fijo de nucleones

ENERGENERGA DE ENLACE A DE ENLACE POR NUCLEPOR NUCLENN

MODELO DE GOTA LMODELO DE GOTA LQUIDA:QUIDA: densidad constante densidad constante independientemente del nindependientemente del nmero de molmero de molculas. Calor de culas. Calor de vaporizacivaporizacin es proporcional a la masa del ln es proporcional a la masa del lquido (anquido (anlogo la logo la energenerga de enlace es proporcional al na de enlace es proporcional al nmero de nucleones).mero de nucleones).

FFrmula rmula semiempsemiempricarica de de WeizsWeizsckercker::

( )222/31/3

2B V s c a

A ZZE a A a A a aA A

=

Nro. de enlaces proporcional a A

Correccin por tomos en la superficie R2 A2/3:

negativo

Energa electrosttica Z2/R: negativo

Trmino cuntico: si ZN la energa

de enlace aumenta

7RadiactividadUn ncleo es inestable si existe un proceso fsico que le permita al ncleo transformarse y disminuir su energa en reposo -> el ncleo decaer a un estado de menor energa.

Existirn estados de menor energa si:

El ncleo no tiene una relacin Z/N ptima decaimiento (A = cte.) A es muy grande y resulta energticamente favorable que el ncleo se fragmente en ncleos ms livianos decaimiento (Af=Ai-4) El ncleo se encuentra en un estadoexitado decaimiento , emisin de fotones)

ACTIVIDAD NUCLEARACTIVIDAD NUCLEARPara una muestra de nuclePara una muestra de nucledos (N) que se encuentran en dos (N) que se encuentran en

un estado particular de energun estado particular de energa, la actividad (R); o sea, a, la actividad (R); o sea, la velocidad de emisila velocidad de emisin de partn de partculas estculas est dada por: dada por:

El decaimiento radiactivo es un proceso aleatorio: el El decaimiento radiactivo es un proceso aleatorio: el nronro. . de decaimientos en un intervalo de decaimientos en un intervalo dtdt es proporcional a N es proporcional a N y y dtdt: :

: : constante de desintegraciconstante de desintegracin, probabilidad por unidad n, probabilidad por unidad de tiempo de que se desintegre un nde tiempo de que se desintegre un ncleo cualquiera. cleo cualquiera.

es caracteres caracterstica de cada stica de cada nuclenucledodo

( )dtdNtR =

NdtdN .=

8Integrando resulta: Integrando resulta:

Luego relacionando las expresiones: Luego relacionando las expresiones:

Donde: Donde:

En el SI la actividad se mide en Becquerel (En el SI la actividad se mide en Becquerel (BqBq): ):

1 1 BqBq = 1 = 1 desintdesint /s. /s.

Suele utilizarse como unidad de medida el Curie, que es la Suele utilizarse como unidad de medida el Curie, que es la actividad emitida por un gramo de actividad emitida por un gramo de RaRa::

teNN = 0

( ) tt eReNNtR === 0000 NR =

BqCi 1010.7,31 =

PERPERODO DE VIDA MEDIA NUCLEARODO DE VIDA MEDIA NUCLEAR

Es el Es el tiempotiempo promediopromedio de de existenciaexistencia de de cadacada nncleocleo. . El El nronro. de . de nncleoscleos con con perperodoodo de de vidavida entreentre t y t y t+dtt+dt eses el el nronro. .

de de loslos queque se se desintegrandesintegran en en dtdt: : NdtNdt la la fraccifraccinn de de perperodosodos de de vidavida existentesexistentes en en dtdt eses: :

El El perperodoodo de de vidavida mediomedio eses: :

dteNNdtdttf t

o

==)(

1)(

00

=== dtetdtttf t

Probabilidad de que un ncleo se desintegre entre t y t+dt

9Tiempo de Tiempo de semisemi--vida o pervida o perodo de odo de semisemi--desintegracidesintegracin Tn T1/21/2 es el es el tiempo requerido para que el ntiempo requerido para que el nmero de nmero de ncleos presentes cleos presentes decrezca por un factor 2:decrezca por un factor 2:Entonces Entonces

teNN = 002 693.02ln

2/1 ==T

Ver ejemplo

Para encontrar una sustancia radiactiva en la naturaleza debe tePara encontrar una sustancia radiactiva en la naturaleza debe tener un tiempo de ner un tiempo de semivida no mucho menor que la edad de la tierra (4.5 10semivida no mucho menor que la edad de la tierra (4.5 109 9 aprox.) o debe producirse aprox.) o debe producirse por decaimiento de otra sustancia radiactivapor decaimiento de otra sustancia radiactiva

DESINTEGRACIDESINTEGRACIN N NNcleos masivos liberan partcleos masivos liberan partculas culas para disminuir la energpara disminuir la energa a

electrostelectrosttica repulsiva. tica repulsiva.

EnergEnerga de decaimiento a de decaimiento QQ = = ::

EjemploEjemplo:: Para Para queque un un nncleocleo sea sea radiactivoradiactivo susu masamasa debedebe ser mayor ser mayor queque la la masamasa

de de loslos productosproductos de la de la reaccireaccinn. . SiSi la la energenergaa de de desintegracidesintegracinn eses pequepequeaa la la semividasemivida serser muymuy largalarga

((modelomodelo de de barrerabarrera parapara decaimientodecaimiento a)a)

HeYX AZAZ

42

42 +

HeThU 42234

90

238

92 +

4 42 2

2 2 2A AZ Z

nucl nucl nuclX Y He

m c m c m c E= + +

4 42 2

2 2 2A AZ ZX Y He

m c m c m c E= + + eZm+

10

Serie de desintegracin del Th (4n)

Si al desintegrarse el nSi al desintegrarse el ncleo padre estcleo padre est en reposo en reposo ppPP = = pphh

E

AA

MM

Mp

Mp

MpQ

YY )4()1(

222

222

=+=+= En gral. A >> 4 E ~ Q

Ejemplo:

( )( ) ( )

226 222 488 86 2

2

2 2 2226.02540 222.01757 4.00260 0.00523 931.5 /4.87

Ra Rn HeE m m m c

u u u c u c Mev ucMeV

= = = =

226 222 488 86 2Ra Rn He E + +

( )222/31/3

2B V s c a

A ZZE a A a A a aA A

=

El modelo de la gota lquida

indica para A > 146 los

decaimientos son

energticamente posibles. Para A >209 todos los

ncleos son radiactivos

11

SupongamosSupongamos queque la la partpartculacula particulaparticulaprepre--existeexiste dentrodentro del del nncleocleo, , estarestar sujetasujetaa un a un potencialpotencial de la forma:de la forma:

Para U la Para U la alturaaltura de la de la barrerabarrera de de potencialpotencial puedepuede estimarseestimarse comocomo::

( ) ( ) ( )( )( )219

9 2 215 19

0

90 2 1.6 102 29 10 / 30

4 8 10 1.6 10 /nucl nucl

CZ e eU R Nm C MeV

R m J eV

=

Energas observadas de las partculas : 4-9 MeV! GamowGamow e e independientementeindependientemente, Gurney y Condon, , Gurney y Condon, desarrollarondesarrollaronunauna teorteoraa del del decaimientodecaimiento basadobasado en el en el efectoefecto ttnelnel de la MCde la MC

TUNELAMIENTO DE UNA PARTTUNELAMIENTO DE UNA PARTCULA CULA

Frecuencia de Frecuencia de intentos p/atravesar intentos p/atravesar

la barrera para la barrera para EE = = 5MeV5MeV12110

2

2

2== s

RmE

Rv

NuclearNuclear

Probabilidad de atravesar

la barreraTiempoTiempo mediomedio de de decaimientodecaimiento::

El El tiempotiempo de de decaimientodecaimiento dependedependede la de la energenergaa de la de la partpartculacula : :

decrecedecrece al al aumentaraumentar la la energenergaa de de la la partpartculacula

Decaimiento lento: 90232Th - ~1010 aDecaimiento rpido: 84212Po - ~310-7a

29max 10)(2exp

EUmLT h

ssT

829121 101010

11 ===

12

Decae un neutrn (-, disminuye N/Z ):Decae un protn (+, aumenta N/Z):Captura electrnica (aumenta N/Z):

1A AZ ZX Y e + + +

1A AZ ZX Y e + + +

1A AZ ZX e Y + +

Estos procesos ocurren espontnemamente si la energa Q = E liberada es positiva.

1

2 2 2A AZ Z

nucl nucleX Y

m c m c m c

> +En trmino de las masas atmicas (aadir Zme a ambos lados de lasecuaciones) - :

+:captura e:

Un ncleo ser estable frente a decaimiento si su masaatmica es menor que la de los dos ncleos adyacentes en Z y

con igual A

- ocurre si:

DESINTEGRACIDESINTEGRACIN N

Ecmcm

Emcmcm

Ecmcm

YX

eYX

YX

AZ

AZ

AZ

AZ

AZ

AZ

+=++=

+=

+

22

22

22

1

1

1

2

Ejemplo:Ejemplo:DataciDatacinn C C radiactivoradiactivo

tt1/2 1/2 = 5730 = 5730 aaosos

++ epn

++ NC 147146

- : Decaimiento de neutrn libre = 15 min

++ +enp+ : No se produce en forma espontnea

Captura electrnica: un protn del ncleo captura un electrn atmico y se transforma en un neutrn con emisin de un neutrino.

E = Q = (MX MY) c2

Si la diferencia de masas es mayor que 2me compite con emisin +

13

DataciDatacinn porpor CarbonoCarbono radiactivoradiactivo

14 141/26 7

5730t yC N e = + +

Si (!) la concentracin inicialdel ncleo inestable esconocida en una muestra, puede determinarse su edadpor medicin de su actividad.

El carbono radiactivo se produce en la atmsfera mediantereacciones del N con neutrones provenientes de rayoscsmicos: 14 14 1

7 6 1N n C H+ +

El 14C es qumicamente idntico al 12C, su concentracin esestable en organismos vivientes. Cuando el intercambio con el ambiente cesa (muerte) , el nro. de tomos de 14C disminuye.

El 14C es inestable:

No te preocupes abuelo, si no te acords tu edad te hacemos datacin por C

Ejemplo 1:Ejemplo 1: calcular al actividad por gramo calcular al actividad por gramo de C en un organismo vivo, admitiendo un de C en un organismo vivo, admitiendo un cociente cociente 1414C/C/1212C = 1.3 10C = 1.3 10--1212

RtaRta= 15 = 15 desintdesint//minmin--gg

Ejemplo 2:Ejemplo 2: un hueso que contiene 200 g de carbono tiene una un hueso que contiene 200 g de carbono tiene una velocidad de desintegracivelocidad de desintegracin n de 400 desintegraciones/min. de 400 desintegraciones/min. CuCul es la antigl es la antigedad del hueso?edad del hueso?

Si el hueso proviene de un organismo vivo se espera que R = 15 Si el hueso proviene de un organismo vivo se espera que R = 15 desintdesint//minmin--g * 200 g = 3000 g * 200 g = 3000 desintdesint /min. /min.

R(tR(t) = R) = Roo expexp ((--tt) ; ) ; RRoo = 3000 = 3000 desintdesint//minmin400 400 desintdesint//minmin = 3000 = 3000 desintdesint//minmin expexp ((--tt) ) ~ 16700 ~ 16700 aaosos

14

DESINTEGRACIDESINTEGRACIN N Se produce un cambio de energSe produce un cambio de energa manteniendo N y Z a manteniendo N y Z

constantes. Estas emisiones son de caracterconstantes. Estas emisiones son de caractersticas sticas electromagnelectromagnticas; comprendidas entre 10 ticas; comprendidas entre 10 KeVKeV hasta hasta aprox. 10 aprox. 10 MeVMeV..

TTpicamente el decaimiento picamente el decaimiento aparece cuando un aparece cuando un decaimiento decaimiento anterior ha producido algunos de los anterior ha producido algunos de los nncleos descendientes en estados de excitacicleos descendientes en estados de excitacin de n de algunos algunos MeVMeV..

En general:En general: + XX AZAZ

REACCIONES NUCLEARESREACCIONES NUCLEARESBombardeando nBombardeando ncleos con partcleos con partculas y culas y analziandoanalziando los los

resultados se obtiene la mayor parte de la informaciresultados se obtiene la mayor parte de la informacin n sobre las propiedades nucleares. Se deben conservar sobre las propiedades nucleares. Se deben conservar las magnitudes estudiadas (E, p, L; etc.)las magnitudes estudiadas (E, p, L; etc.)

Consideremos una partConsideremos una partcula proyectil (a) interactuando cula proyectil (a) interactuando con un blanco (A) para producir un ncon un blanco (A) para producir un ncleo residual (B) cleo residual (B) y una party una partcula producto (b), entonces:cula producto (b), entonces:

a + A B + ba + A B + b

15

La conservacin de la energa nos da:

La energa liberada en la reaccin es:

Por lo tanto:

( ) ( ) ( )2222 CmKCmKCmCmK bbBBAaa +++=++

( ) abB KKKQ +=

( ) ( )[ ] 2CmmmmQ BbAa ++=Seccin eficaz : se define como el nmero de reacciones por unidad de tiempo y por ncleo dividido por la intensidad incidente (nro. de partculas incidentes por unidad de rea y tiempo). Medida de la probabilidad de que la reaccin nuclear ocurra

Se mide en barns 1barn= 10-28 m2

Captura neutrnica

Neutrn trmico: neutrn con energa del orden de kT.

A energas bajas es probable la reaccin:

++ + MMn AZAZ 1Resultando un ncleo excitado en el orden de 6-10 MeV que luego decae emitiendo fotones

La seccin eficaz (n,) decrece con la velocidad del neutrn incidente: la probabilidad de captura crece cuanto mayor es el tiempo que el neutrn pasa cerca del ncleo.

Para ciertas energas especiales ocurren resonancias: para 113Cd la seccin eficaz mxima por resonancia es de 57000 barns Material del blindaje contra neutrones de baja energa.

16

FISIFISIN NUCLEARN NUCLEAR

Descubierta por Hahn y Descubierta por Hahn y StrassmanStrassman en 1939. en 1939. Bombardearon uranio con neutrones produciendo Bombardearon uranio con neutrones produciendo elementos que se encuentran en la mitad de la tabla elementos que se encuentran en la mitad de la tabla periperidica. Observaron tambidica. Observaron tambin que se emitn que se emitan dos o an dos o tres neutrones. tres neutrones.

Ejemplos: Ejemplos:

Se liberaba una energSe liberaba una energa de 200 a de 200 MeVMeV (aprox.) (aprox.)

Se utilizan otros nSe utilizan otros ncleos de uranio para fisionarse con cleos de uranio para fisionarse con los neutrones liberados (reaccilos neutrones liberados (reaccin nuclear en cadena)n nuclear en cadena)

nKrBaUn 3923614156

23592 +++

nSrXeUn 2943814054

23592 +++

Distintos productos de fisin

Esquema de fisiEsquema de fisin:n:

El 235U es fisionable: el neutrn es capturado para formar un ncleo excitado de 235U con una energa superior a la crtica para producirse la fisin.

El bombardeo de 238U tiende a desacelerar los neutrones para despus capturarlos y producir 239U excitado que decae mediante emisin

17

El nro. medio de neutrones que se produce en la fisin del 235-U es 2.5

Se pierden neutrones: 1) se escapan de la regin donde est el combustible; 2) captura neutrnica sin fisin por otros ncleos.

Constante de reproduccin k: nmero medio de neutrones procedentes de una fisin que causan una fisin adicional ~ 1 reaccin autosostenida.

Los neutrones emitidos en la fisin tienen energas de ~ MeV

La fisin del 235-U es ms eficiente con neutrones de ms bajasenergas

La dispersin de los neutrones emitidos con choques inelsticoscon 238-U permite reducir las energas de los neutrones

Para energas ms bajas los neutrones pierden energamediante choques elsticos con ncleos de masas similares moderador agua o carbono

La seccin eficaz de captura neutrnica es alta para el H del agua se debe usar Uranio enriquecido en para reactorescon agua comn.

Se usa agua pesada (menor seccin eficaz de capturaneutrnica) si el combustible del reactor es Uranio natural reactores canadienses

Mecanismos de control del factor k: naturales y mecnicos(varillas de Cd)

18

Sistema tSistema tpicopico

FUSIFUSIN NUCLEARN NUCLEAR

Dos nDos ncleos de masas pequecleos de masas pequeas se unen para producir as se unen para producir un nun ncleo de masa mayor y otros fragmentos.cleo de masa mayor y otros fragmentos.

Ejemplo: Ejemplo:

La fusiLa fusin es la fuente de energn es la fuente de energa del sol.a del sol.

Es difEs difcil construir un reactor de fusicil construir un reactor de fusin, el problema es n, el problema es vencer la barrera de vencer la barrera de CoulombCoulomb entre los dos nentre los dos ncleos, se cleos, se necesitan T y P muy altas!!!necesitan T y P muy altas!!!

MeVnHeHH 6.174231

21 +++

19

Esquema de la FusiEsquema de la Fusin deuterio n deuterio -- tritiotritio

DosificaciDosificacinn

Los efectos biolLos efectos biolgicos de la radiacigicos de la radiacin se deben n se deben principalmente a la ionizaciprincipalmente a la ionizacin producida. Existen tres n producida. Existen tres unidades que se utilizan para medir estos efectos:unidades que se utilizan para medir estos efectos:

ExposiciExposicin: es la cantidad de radiacin: es la cantidad de radiacin que llega a un n que llega a un material, se mide en Roentgen (R) y equivale a material, se mide en Roentgen (R) y equivale a 2,58.102,58.10--44 C/C/KgKg

Dosis absorbida: indica la radiaciDosis absorbida: indica la radiacin absorbida por n absorbida por cualquier material en funcicualquier material en funcin de la energn de la energa del haz a del haz incidente, se mide en incidente, se mide en radrad y equivale a 0,01 J/y equivale a 0,01 J/KgKg

Magnitud biolMagnitud biolgica: Eficacia Biolgica: Eficacia Biolgica Relativa (EBR), gica Relativa (EBR), varia con el tipo de radiacivaria con el tipo de radiacin, con la especie animal y n, con la especie animal y con el efecto biolcon el efecto biolgico que se considere. Se utiliza el gico que se considere. Se utiliza el remrem y la dosis equivalente (en y la dosis equivalente (en remsrems) es la dosis f) es la dosis fsica sica absorbida (en absorbida (en radsrads) por la EBR) por la EBRObservaciObservacinn: si la dosis es mayor a 500 : si la dosis es mayor a 500 remsrems se se produce la muerte al cabo de un periodo de dproduce la muerte al cabo de un periodo de das o as o semanas.semanas.

20

Exposicin y dosis absorbida

Exposicin: cantidad de radiacin que llega a un material depende slo del haz. Slo se define para RX y de E < 3MeV. Es la cantidad de ionizacin producida en la unidad de masa de aire seco en condiciones normales.

1 roentgen = 1 R = 2.58 10-4 Coulombs por Kgr

Dosis absorbida: energa absorbida del haz depende de las propiedades del material y del haz de radiacin. Es la energa suministrada por la radiacin ionizante a la unidad de masa de tejido absorbente. Se mide en rads

1 rad = 0.01 J /Kgr

Una exposicin de 1 R de RX o produce en un tejido blando una dosis absorbida de 1 rad aproximadamente.

1 gray (Gy) es 1 J / Kgr o 100 rads unidad SILa dosis absorbida se utiliza en todos los tipos de radiacin

Magnitudes biolgicas

Los efectos de la radiacin sobre los sistemas biolgicos tambin dependen del tipo de radiacin y de su energa.

Eficacia biolgica relativa (EBR) factor que relaciona los efectos de un tipo de radiacin con un standardl RX 200 keV

Por ej. Los neutrones rpidos (E > 0.1 Mev) tienen una EBR de ~ 10 en la produccin de cataratas.

Para producir cataratas RX de 200 keV se necesitan 10 veces la dosis necesaria con neutrones.

21

La EBR vara con el tipo de radiacin y su energa, el tejido animal y con el efecto que se considera

Los iones positivos que dejan ms energa por unidad de longitud que los rayos beta o gamma producen gralmentems dao bolgico que la misma dosis de rayos beta o

gamma. Sin embargo sus efectos se limitan en gral. al tejido superficial, pues su penetracin es pequea

El rem o mrem son las unidades usadas para cuantificar efectos biolgicos.

Por ej. , en el caso de formacin de cataratas 1 rad de 200 keV de RX y 0.1 rad de neutrones producen el mismo efectos

que se define como 1 rem de dao.

Dosis equivalente (en rems) = dosis fsica absorbida (en rads) x EBR

22

Ejemplo: Un cncer se irradia con 1000 rads de rayos gamma de 60Co, que tienen un EBR de 0,7. Hallar la exposicin en Roentgens y la dosis biolgicamente

equivalente

Para los rayos gamma y tejidos blandos 1R = 1 rad exposicin = 1000 R

Dosis equivalente = dosis en rads x EBR = 700 rems

La probabilidad de cncer se duplica para dosis

entre 100 y 500 rem/ao: el aumento de a tasa de cncer es proporcional a la dosis total acumulada

remrem/a/aoomremmrem/semana/semana

55 100 100

DDsissis mmxima xima permitida a permitida a personal quepersonal quetrabaja con trabaja con radiaciradiacinn

radsrads50,000 50,000 EsterilizaciEsterilizacin de n de insectosinsectos

500 500 mremmrem/a/aooDosis mDosis mxima xima para un individuo para un individuo gral. gral.

radsrads50005000PreservaciPreservacin de n de papas por papas por radiaciradiacinn

mremmrem1000 1000 RadiografRadiografa a dentaldental

mremmrem2020RadiografRadiografa de a de TTraxrax

mremmrem/a/aoo100 100 Radiactividad Radiactividad natural natural (promedio)(promedio)

Cantidades de radiacin

tpicas de diversas fuentes

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Esquema de la operacin de un contador proporcional o Geiger-Mller. Las cargas producidas por la ionizacin se multiplican en su trayecto hacia

los electrodos.

Un contador de centelleo es un dispositivo utilizado para medir la energa de rayos , por ejemplo, para efectuar un

anlisis por activacin. Consta de:

El cristal (A) de yoduro de sodio (NaI) produce pequeas centellas cuando le llega una radiacin .

Esta luz se transmite a un tubo fotomultiplicador (C) de vidrioa travs de un buen acoplamiento ptico (B).

En la superficie fotosensible (D) produce electrones que se dirigen a los electrodos en secuencia (E), llamados dinodos. stos aumentan en cada paso el nmero de electrones hasta que su corriente es suficiente para ser recogida a travs del

conector (F) y medirse en un circuito electrnico.

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Un contador de centelleo:

(A) es el cristal de yoduro de sodio con talio; (B) el acoplamiento ptico; (C), el tubo fotomultiplicador; (D), la superficie fotoelctrica; (E), los dinodos, y (F) , el conector al circuito electrnico externo