Fsica de RadiacionesInteraccin de la radiacin con la materia

Atenuacin de un haz de fotonesI(x): intensidad de un haz delgado de fotones monoenergticos despus de atravesar un atenuador de espesor x.

Relacin entre coeficientes:

Interaccin de fotones

Carbono

Plomo

Interacciones de fotonesPuede ser con un e- fuertemente ligado, (PE, RS), con el campo del ncleo (PP), con un e- orbital libre (CS).e- fuertemente ligado: cuya energa de ligadura es del orden o apenas mayor a la del fotn incidente, e- orbital libre : El mucho menor.Durante la interaccin el fotn puede desaparecer (PE, PP), dispersado coherentemente (RS) incoherentemente (CS).

John William Strutt Lord Rayleigh (1842-1919)En 1885 escribi el trabajo: On waves propagated along the plane surface of an elastic solid.

Descubrimiento del gas inerte argn en 1895, por el cual le otorgaron el Premio Nobel en 1904.

http://www-gap.dcs.st-and.ac.uk/~history/Mathematicians/Rayleigh.html

Scattering coherente (Rayleigh).Los fotones son dispersados por electrones atmicos fuertemente ligados, sin excitar el tomo blanco:Ei = EdCoherente: interferencia entre ondas electromagnticas secundarias que provienen de distintas partes de la distribucin de carga atmica.La dispersin Rayleigh de la luz del sol en partculas de la atmsfera es la razn por la cual la luz del cielo es azul.

Scattering coherente (Rayleigh).Seccin eficaz atmica:

En tejido vivo la importancia del scattering Rayleigh es pequea.

Arthur Holly Compton (1892-1962) Su tesis doctoral: estudio de la distribucin angular de rayos-X reflejados por cristales. (Princeton)En 1922 midi el corrimiento en la longitud de onda con respecto al ngulo dispersado.Bases teora cuntica.

http://www.aip.org/history/gap/Compton/Compton.html

Dispersin scattering Compton

Scattering ComptonDisminuye al aumentar la energa del fotn incidente. Seccin eficaz atmica: Entre 100 keV y 10 MeV la absorcin de energa se realiza principalmente a travs de este proceso.

Efecto fotoelctricoEl fotn es absorbido, eyectndose un electrn de las capas externas del tomo (ionizacin). El tomo excitado regresa a su estado neutro con la emisin de rayos-X caractersticos.

Efecto fotoelctricoSeccin eficaz atmica:

Es un proceso dominante en la absorcin de fotones para energas de hasta 500keV.Tambin es una interaccin dominante para materiales de bajo nmero atmico.

Produccin de paresUmbral de energa: 2mec2 = 1.02 MeV

E+ + E- = E - 2mec2

Seccin eficaz atmica:

La probabilidad aumenta con la energa del fotn incidente.

Predominio de cada interaccin

Scattering RayleighScattering ComptonEfecto fotoelctricoProduccin de paresInteraccin de fotnCon e- ligadosCon e- libresCon todo el tomoCon el campo nuclearModo de interaccinFotn dispersadoFotn dispersadoFotn desapareceFotn desapareceDependencia energa 1/E-2Decrece con la energa1/E-3Aumenta con la energaUmbralNoNoNo2mec2Coeficiente atenuacinsRsCtkPartculas liberadasNingunaElectrn ComptonfotoelectrnPar positrn electrn.Coeficiente atmico (Z)Efecto posteriorNingunoR-X caract., efecto AugerR-X caract., efecto AugerRadiacin de aniquilacinImportancia< 1MeVAlrededor de 1MeV.De 0 a 0.5MeV> 1.02MeV

Interacciones electrones y positrones

Interacciones de electrones y positronesInteracciones Coulombianas con un e- orbital atmico con el ncleo.Puede perder energa cintica (colisiones y prdidas radiactivas) cambiar su direccin de movimiento (dispersin).Poder de frenado para las primeras (Sttoping power) y poder de dispersin para las segundas (Scattering power).

Tipos de Colisiones Elsticas: el e- es desviado de su camino original, sin prdida de energa.Inelsticas: el e- es desviado de su camino original y parte de su energa es: transferida al e- orbital atmico emitida como radiacin de frenado.Colisiones

Parmetro de impacto

Parmetro de impactoPara b >> a : Colisin blanda, el e- transfiere slo una pequea parte de su energa.Para b a : Colisin dura, el e- transfiere una fraccin importante de su energa cintica.Para b

Interacciones e- _ e- orbitalResultan en ionizacin y excitacin del tomo.Producen prdida de energa por colisin y se caracterizan por el poder de frenado msico de colisin.

Interacciones e-_ncleoResultan en dispersin del electrn y prdida de energa por emisin de radiacin de frenado.Se caracterizan por el poder de frenado radiactivo.La emisin de radiacin de frenado aumenta con el Z del absorbente y con la energa cintica de los e-.Radiologa diagnstica (100keV): 1%, en radioterapia (MeV): 10-20%.

Poder de frenadoEl poder de frenado de colisin es importante en dosimetra:A partir de este se puede calcular el rango de los electrones en el medio.

Fotn de 10MeV incidente en lmina de Pb.

Detectores de radiacinDiseo y uso de los distintos detectores de radiacin: distintos mecanismos de interaccin.Ejemplo: PET. Utiliza radioistopos que decaen con emisin de positrones.Se construye la imagen apartir de la deteccin de los dos rayos gama.Detectores: anillos

RecursosInteraccin de la radiacin con la materia.

Cap I : Basic Radiation Physics. En formato pdf:http://www-naweb.iaea.org/nahu/external/e3/syllabus.asp

http://www.nukeworker.com/study/