TEMA:

FISICA DE LAS RADIACIONES

Docente: Dr. Julio Rosero Mendoza

Integrantes:

Bosquez Velásquez Luis Regalado Camacho Arianna Regalado Camacho Erika Solís Morla Geanelly Tacuri Morocho Génesis.

Paralelo: 4/4

Año Lectivo: 2015-2016

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD PILOTO DE ODONTOLOGÍA

ContenidoFISICA DE LAS RADIACIONES........................................................................................................1

RADIACIONES IONIZANTES Y NO IONIZANTES..............................................................................5

RADIACIONES IONIZANTES.......................................................................................................5

RADIACIONES NO IONIZANTES.............................................................................................5

ESTRUCTURA DE LA MATERIA......................................................................................................5

NUCLEO ATOMICO...................................................................................................................6

NUBE ELECTRONICA.............................................................................................................6

ENERGIA DE IONIZACION.............................................................................................................7

ENERGIA DE LOS FOTONES...........................................................................................................7

ELEMENTOS DE RADIACTIVIDAD..................................................................................................8

RADIACTIVIDAD........................................................................................................................8

LEY DE DECAIMIENTO EXPONENCIAL...................................................................................8

TIPOS DE DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA...................................................................................11

DESINTEGRACIÓN ALFA................................................................................................................11

DESINTEGRACIÓN BETA...........................................................................................................12

INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CON LA MATERIA...................................................................13

Tipos de Interacción de Partículas Cargadas con la Materia..................................................14

INTERACCION DE LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA POR LA MATERIA.........................15

OBJETIVO GENERAL

OBJETIVOS ESPECIFICOS

INTRODUCCION

FISICA DE LAS RADIACIONES

RADIACIONES IONIZANTES Y NO IONIZANTESEl termino radiación se emplea para denominar a todas las formas de propagación de energía mediante fenómenos ondulatorios; como los electromagnéticos, o mediante partículas que poseen características y consecuencias muy diversas.

RADIACIONES IONIZANTESConstituyen radiaciones cuyas partículas o fotones transportan la suficiente energía como para provocar la ionización de átomos que encuentran a su paso. Poseen capacidad ionizante las siguientes radiaciones: rayos x, emisiones radiactivas (alfa, beta, positrones, gamma) productos de reacciones nucleares (neutrones, protones, deuterones).

RADIACIONES NO IONIZANTESSon radiaciones electromagnéticas cuyos fotones tienen niveles de energía inferiores a los que se requieren para provocar la ionización de los átomos. También pueden provocar efectos negativos sobre la salud pero a través de otros procesos biofísicos diferentes a los inducidos por las radiaciones ionizantes. Son radiaciones no ionizantes la radiación luminosa, ultravioleta, infrarroja, laser, radiofrecuencia, microondas y radiaciones de baja frecuencia.

ESTRUCTURA DE LA MATERIA

La materia posee una estructura corpuscular constituida por átomos y moléculas formadas por combinaciones de ellos. El átomo constituye la menor unidad de sustancias simples que conserva sus propiedades químicas.

La teoría aceptada hoy es que el átomo se compone de un núcleo de carga positiva formado por protones y neutrones, en conjunto conocidos como nucleones, alrededor del cual se encuentra una nube de electrones de carga negativa.

NUCLEO ATOMICOEl núcleo del átomo se encuentra formando por nucleones, los cuales pueden ser de dos clases:

- Protón: Partícula de carga electica positiva igual a una carga elemental y 1,67262x10−27 kg y una masa 1.837 veces mayor que la del electrón.

- Neutrón: Partículas carentes de carga eléctrica y una masa un poco mayor que la del protón (1,67493x10−27 kg).

La cantidad total de los protones contenidos en el núcleo del átomo se conoce como número atómico, el cual se representa por la letra Z y se escribe en la parte inferior izquierda del símbolo químico.

La cantidad total de los nucleones que contiene un átomo se conoce como número másico, representando por la letra A y escrito en la parte superior izquierda del simbol químico.

NUBE ELECTRONICA

La nube electrónica, también llamado Envoltura o Zona Extra nuclear. Es la zona energética del espacio exterior al núcleo y en donde se encuentran las partículas denominadas electrones (e-).

Los electrones son de carga eléctrica negativa y girando a grandes velocidades, no pudiéndose definir con exactitud su velocidad y su posición.

El volumen de la nube electrónica abarca prácticamente todo el átomo.

TABLA DE NUCLEIDOS En este tipo de clasificación, se representan los nucleídos conocidos (emisores artificiales, naturales o núcleos estables) en un sistema de ejes en el cual Z, numero atómico, corresponde a las coordenadas y N=A-Z, numero de neutrones.

- Los isotopos son nucleídos con el mismo número de protones y se encuentran ubicados horizontalmente uno al lado del otro.

- Los isótonos son nucleídos con el mismo número de neutrones y se encuentran ubicados verticalmente uno encima del otro.

- Los isobaros son nucleídos con el mismo número de nucleones, A=N+Z, y se encuentran ubicados sobre una diagonal de pendiente negativa.

ENERGIA DE IONIZACIONNormalmente, cada átomo posee igual cantidad de protones con carga positiva en su núcleo de electrones orbitales con carga negativa, por lo que el átomo en su conjunto constituye una estructura eléctricamente neutra. Esta situación es relativamente estable pues los electrones orbitales están vinculados a los núcleos por fuerzas eléctricas y no pueden romper ese vínculo a menos que reciben un aporte de energía que lo haga posible. Estas energías suelen expresarse en ev (electrón Volt) y su valor cuantitativo es superior a algunas decenas de ev.

1eV= 1,6x10−19Joules

Las estructuras dejan de ser eléctricamente neutras pues se dividen en dos iones: electrones con carga negativa y núcleos con una carga positiva.

ENERGIA DE LOS FOTONESLas radiaciones de naturaleza corpuscular, como las nucleares, distribuyen la energía que transportan entre películas. La densidad de potencia esta determinada entonces por el número de partículas o fotones que atraviesa un área imganinaria transversal unitaria por unidad de tiempo y la energía media que transporta cada particula.

La energía de un foton esta relacionada con la frecuencia o longitud de onda de la radiación, según las siguientes relaciones:

E=hxf

E=Cδ

E= hxcδ

Donde:

E: energía de cada foton (expresada en Joule, J)

H: constante de Planck,

C: velocidad de la luz

F: frecuencia de la radiación (expresada en Hertz)

δ: longitud de onda de la radiación (expresada en metros)

ELEMENTOS DE RADIACTIVIDAD

RADIACTIVIDAD

En la naturaleza hay ciertos elementos inestables en el sentido que pueden emitir espontáneamente partículas o radiación modificando las naturales o el estado de los núcleos de sus átomos. Este proceso de emisión se llama desintegración radiactiva, el fenómeno radiactividad y los elementos inestables radio nucleídos.

A las radiaciones menos penetrantes, que son absorbidas por una hoja de papel o una delgada lamina metálica, se las denominaron radiaciones α y a otras más penetrantes, radiaciones β.

Otro tipo de radiación, a la que se denominó rayos β que no se desvía en presencia de un campo magnético, fue identificada con la emisión de radiación electromagnética o fotones. También se identificaron partículas idénticas a las β pero cuya desviación en un campo magnético indicaba que tenían carga positiva. A estas se las llamo β+, y a las anteriores, para diferenciarlas, β-

LEY DE DECAIMIENTO EXPONENCIALCuando tiene lugar una desintegración radioactiva, el núcleo que la sufre se transforma en otro núcleo a la vez emite la partícula α, β y rayos γ. Por ejemplo en el caso de una desintegración α, el núcleo residual (que queda

después de la desintegración) tendrá protones (p+) menos y 2 neutrones (n0) menos que el núcleo original.

En símbolos:

X→ X+αZ−2A−4

ZA

En una muestra de un material reactivo se ira modificando la cantidad de núcleos de la sustancia original, ya que a medida que se vayan produciendo las desintegraciones reactivas ira disminuyendo dicho números de núcleos. Interesa conocer la ley de decaimiento, es decir, una expresión matemática que permita predecir la cantidad de núcleos de una sustancia radiactiva en función del tiempo.

En principio, la ley de decaimiento o desintegración radiactiva es independiente del (α, β o γ) de radiación que se trate.

Se ha observado que la desintegración radiactiva responde a las leyes estadísticas y sus propiedades son independientes de cualquier influencia del entorno tales como presión, temperatura, campos eléctricos o magnéticos y reacciones químicas. Para precisar más, es una propiedad característica de cada nucleído en particular

Considerando una muestra formada por átomos de un elemento radiactivo, en instantes de tiempo estadísticamente al azar, se producirán desintegraciones radiactivas.

Esto ocurrirá con una probabilidad, que es propia del nucleído considerado. Se define entonces una constante de desintegración, que es la probabilidad de que un núcleo se desintegre en la unidad de tiempo. Se la denota con la letra λ y su unidad en inversa del tiempo por ejemplo: segundo-1 (s-1), minuto -1 (min-1), año-1 (a-1).

Se considera una muestra de material radiactivo tal que en el instante t= t0, contiene N0=N (t0) núcleos.

En el transcurso de un intervalo de tiempo ∆t a partir de t0, se producirán algunas desintegraciones radiactivas, de modo que en el instante t= t0, se producirán algunas desintegraciones radiactivas, de modo que en el instante t= t0 + ∆t ya no se tienen N (0) Núcleos de la sustancia original sino un número menor N (t). La diferencia ∆N entre N (t) y N (t0) corresponde al número de núcleos que se han desintegrado. Como esa diferencia es un numero negativo, entonces (-∆N) es el número de desintegraciones ocurridas en el lapso ∆t.

t= t0 t=t0 + ∆t N(t0) =N0 N(t) < N0

Periodo de semi- desintegración, semiperiodo de desintegración o periodo (T)

El periodo T es el tiempo que se debe transcurrir para que el número de núcleos de na sustancia radiactiva en una muestra se reduzca a la mitad de su valor inicial, es decir

N (T) =N 0

2

Si se remplaza en la ley general de la desintegración t=T , se hallara la relación entre T y λ

N(t) = N0 e-λt→N02

=¿N0 e-λt

Operando:12=¿ e-λt →−¿2=−¿-λt

T= ¿2λ

=0.693λ

Tabla 2.2: valores indicativos del periodo de semi-desintegración

Nucleido radiactivo Periodo T Constante de desintegración λ

U92293 4,5.109años 4,9.10-18s-1

Ra2686 1620 años 1,3.10-11 s-1

I9253131 8,05 dias 10,0.10-7 s-1

As7633 26,5 horas 7,3.10-6 s-1

Po84218 3,05 minutos 3,78.10-3 s-1

At85218 3,05 minutos 0,4 s-1

Po84214 1,64.10-4 segundos 4,23.10-3 s-1

ACTIVIDAD

Se había señalado que (−∆ N ) es el número de núcleos que se desintegran en el tiempo ∆ t . Entonces (-dN/dt) es el número de núcleos s que se desintegran en la unidad de tiempo. Esta magnitud que puede entenderse como una velocidad de desintegración se llama actividad, y se la denota con la letra A.

A=−dNdt

ACTIVIDAD Y MASA.La actividad es una de las muestras radiactivas es proporcional al número de núcleos precedentes (A= λN ¿ y por lo tanto es proporcional a la masa de la sustancia radiactiva. En efecto si se describe la mas en términos del número de átomos resulta:

m=N P ΑNA

Donde, PA es el peso atómico del nucleido activo y NA es el número de Avogadro.

ACTIVIDAD ESPECÍFICA:La actividad de una muestra de sustancias radioactivas es la actividad de dicha muestra divida por su masa y se expresa en Bq/g.

Ae= Am

Cuando se efectúa una medición con un determinado instrumento y en condiciones particulares de trabajo, se dice que se mide la actividad de una fuente radiactiva con una eficiencia del ‘’tanto’’ por ciento.

Hay otra consideración a destacar en relación a la medición de actividad. Cuando se coloca un detector frente a una fuente radiactiva es imposible evitar el ingreso de la radiación proveniente de otras fuentes, naturales o artificiales, denominada relación de fondo.

TIPOS DE DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA

1. DESINTEGRACIÓN ALFA

Son flujos de partículas cargadas positivamente compuestas por dos neutrones y dos protones (núcleos de helio). Son desviadas por campos eléctricos y magnéticos. Son poco penetrantes, aunque muy ionizantes. Son muy energéticas. Fueron descubiertas por Rutherford, quien hizo pasar partículas alfa a través de un fino cristal y las atrapó en un tubo de descarga.

Este tipo de radiación la emiten núcleos de elementos pesados situados al final de la tabla periódica (masa A >100). Estos núcleos tienen muchos protones y la repulsión eléctrica es muy fuerte, por lo que tienden a obtener N aproximadamente igual a Z (número atómico), y para ello se emite una partícula alfa. En el proceso se desprende mucha energía, que se convierte en la energía cinética de la partícula alfa, por lo que estas partículas salen con velocidades muy altas.

2. DESINTEGRACIÓN BETA

Son flujos de electrones (beta negativas) o positrones (beta positivas) resultantes de la desintegración de los neutrones o protones del núcleo cuando éste se encuentra en un estado excitado. Es desviada por campos magnéticos. Es más penetrante, aunque su poder de ionización no es tan elevado como el de las partículas alfa. Por lo tanto, cuando un átomo expulsa una partícula beta, su número atómico aumenta o disminuye una unidad (debido al protón ganado o perdido). Existen tres tipos de radiación beta: la radiación beta-, que consiste en la emisión espontánea de electrones por parte de los núcleos; la radiación beta+, en la que un protón del núcleo se desintegra y da lugar a un neutrón, a un positrón o partícula Beta+ y un neutrino, y por último la captura electrónica que se da en núcleos con exceso de protones, en la cual el núcleo captura un electrón de la corteza electrónica, que se unirá a un protón del núcleo para dar un neutrón.

3. RADIACIÓN GAMMA:

Se trata de ondas electromagnéticas. Es el tipo más penetrante de radiación. Al ser ondas electromagnéticas de longitud de onda corta, tienen mayor penetración y se necesitan capas muy gruesas de plomo u hormigón para detenerlas. En este tipo de radiación el núcleo no pierde su identidad, sino que se desprende de la energía que le sobra para pasar a otro estado de energía más baja emitiendo los rayos gamma, o sea fotones muy energéticos. Este tipo de emisión acompaña a las radiaciones alfa y beta. Por ser tan penetrante y tan energética, éste es el tipo más peligroso de radiación.

Las leyes de desintegración radiactiva, descritas por Frederick Soddy y Kasimir Fajans, son:

Cuando un átomo radiactivo emite una partícula alfa, la masa del átomo (A) resultante disminuye en 4 unidades y el número atómico (Z) en 2.

Cuando un átomo radiactivo emite una partícula beta, el número atómico (Z) aumenta o disminuye en una unidad y la masa atómica (A) se mantiene constante.

Cuando un núcleo excitado emite radiación gamma, no varía ni su masa ni su número atómico: sólo pierde una cantidad de energía hν (donde "h" es la constante de Planck y "ν" es la frecuencia de la radiación emitida).

Las dos primeras leyes indican que, cuando un átomo emite una radiación alfa o beta, se transforma en otro átomo de un elemento diferente. Este nuevo elemento puede ser radiactivo y transformarse en otro, y así sucesivamente, con lo que se generan las llamadas series radiactivas.

INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CON LA MATERIA

Las radiografías, por ejemplo, son posibles gracias a que los rayos X penetran de manera distinta a los diferentes materiales. Por su lado, en la radioterapia se busca depositar energía en los tejidos malignos para eliminarlos. Lo que le sucede a la radiación al pasar por la materia es, por tanto, de primordial interés en varios campos. Uno es el ya mencionado de la medicina. Otro, que más nos incumbe aquí, el de la protección radiológica. Además, la presencia misma de la radiación en general no es evidente si no se cuenta con detectores espaciales, cuya función es hacernos notar los efectos que la radiación les induce.

Si los orígenes de las radiaciones son atómicos o nucleares, también es de esperarse que sus efectos se inicien a nivel atómico o nuclear. Imaginemos a nivel microscópico que una de las radiaciones que hemos descrito penetra en un material. Lo que esta radiación encuentra a su paso son electrones y núcleos atómicos, pero en general mucho más electrones que núcleos (por cada núcleo hay Z electrones). Por lo tanto, en términos generales las interacciones con los electrones serán mucho más abundantes que con los

otros núcleos. Los efectos más comunes son la ionización y la excitación atómica del material; menos numerosos son los cambios estructurales. A final de cuentas, el depósito de energía en el material da lugar a una elevación de temperatura.

La energía promedio necesaria para producir ionización en un elemento depende de su número atómico. En los elementos ligeros es del orden de decenas de eV; para aire se acepta el valor de 34 eV. Aunque no toda la energía se va a ionizar, esto significa que una sola radiación de energía de varios MeV es capaz de producir un total de unos 100 000 pares ión-electrón en aire. La forma detallada en que se produce esta ionización es distinta para cada tipo de radiación y su energía. Conviene separar los tipos de radiación en cuatro grupos según su interacción con la materia:

1) las partículas pesadas cargadas positivamente, que incluyen partículas alfa, protones e iones pesados energéticos; 2) las partículas ligeras cargadas, como electrones, betas y positrones; 3) las radiaciones electromagnéticas, incluyendo rayos X y gamma; 4) los neutrones.

Tipos de Interacción de Partículas Cargadas con la Materia Tiene lugar a través de colisiones elásticas o inelásticas con núcleos atómicos, con electrones orbitales o con cargas libres.

En términos generales las partículas cargadas interaccionan con la materia por una de las cuatro alternativas siguientes:

Colisión elástica con electrones atómicos: la partícula incidente es desviada por el campo coulombiano de los electrones orbitales perdiendo muy poca energía cinética en el proceso.

Colisión elástica con núcleos : la partícula es desviada por la interacción con el campo coulombiano de las cargas positivas nucleares, cediendo una parte de su energía de movimiento.

Colisión inelástica con electrones atómicos: parte de la energía cinética de la partícula incidente se emplea en excitar los electrones del átomo. Estos

vuelven posteriormente al estado fundamental emitiendo fotones con energías características del material excitado.

Colisión inelástica con núcleos: la partícula incidente es acelerada o frenada por interacción con el campo coulombiano del núcleo cediendo parte de su energía que se emite como radiación electromagnética.

INTERACCION DE LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA POR LA MATERIA

Los rayos X y gamma, al no tener carga, no pueden ser frenados lentamente por ionización al atravesar un material. Sufren otros mecanismos que al final los hacen desaparecer, transfiriendo su energía, pueden atravesar varios centímetros de un sólido, o cientos de metros de aire, sin sufrir ningún proceso ni afectar la materia que cruzan. Luego sufren uno de los tres efectos y depositan allí gran parte de su energía. Los tres mecanismos de interacción con la materia son: el efecto fotoeléctrico, el efecto Compton y la producción de pares.

a) El efecto fotoeléctrico consiste en que el fotón se encuentra con un electrón del material y le transfiere toda su energía, desapareciendo el fotón original. El electrón secundario adquiere toda la energía del fotón en forma de energía cinética, y es suficiente para desligarlo de su átomo y convertirlo en proyectil. Se frena éste por ionización y excitación del material

b) En el efecto Compton el fotón choca con un electrón como si fuera un choque entre dos esferas elásticas. El electrón secundario adquiere sólo parte de la energía del fotón y el resto se la lleva otro fotón de menor energía y desviado.

c) Cuando un fotón energético se acerca al campo eléctrico intenso de un núcleo puede suceder la producción de pares . En este caso el fotón se transforma en un par electrón- positrón. Como la suma de las masas del par es 1.02 MeV, no puede suceder si la energía del fotón es menor que esta cantidad. Si la energía del fotón original en mayor que 1.02 MeV, el excedente se lo reparten el electrón y el positrón como energía cinética, pudiendo ionizar el material. El positrón al final de su trayecto forma un positronio y luego se aniquila produciéndose dos fotones de aniquilación, de 0.51 MeV cada uno.

Cada uno de los efectos predomina a diferentes energías de los fotones. A bajas energías (rayos X) predomina el fotoeléctrico; a energías medianas (alrededor de 1MeV) , el Compton; a energías mayores, la producción de pares. 

INTERACCION DE NEUTRONES POR LA MATERIA

La interacción de neutrones con la materia difiere fundamentalmente de la interacción que tienen las partículas cargadas y los rayos gamma.

Las interacciones entre neutrones y núcleos pueden ser de dispersión y absorción. Desde el punto de vista de los reactores nucleares las reacciones de absorción más importantes son las de captura radiactiva (con formación de un compuesto y posterior emisión radiactiva) y las de fisión.

Todas las reacciones de absorción, al igual que la mayor parte de las reacciones de dispersión, se dan a través del mecanismo de formación del núcleo compuesto excitado. Cuando el núcleo compuesto es formado por la acción de neutrones incidentes pueden darse con posterioridad 3 alternativas:

Captura radiactiva : se denominan de este modo a las reacciones del tipo (n, y). Se producen cuando el núcleo absorbe el neutrón y se forma un núcleo compuesto que queda excitado.

Dispersión inelástica: cuando un neutrón rápido experimenta dispersión inelástica, en una primera etapa es absorbido por el núcleo formándose el núcleo compuesto excitado.

Dispersión elástica: los neutrones con energías menores a 0,1 MeV no pueden perder energía por colisiones inelásticas.

Hay dos alternativas para este tipo de reacción: la formación o no del núcleo compuesto. En ambos casos el núcleo bombardeado permanece en su estado fundamental y todo el proceso puede analizarse como la interacción de dos partículas clásicas donde se conserva la energía y la cantidad de movimiento.

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFIA

http://www.fullquimica.com/2012/06/nube-electronica.html