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Radioquímica Radioactividad proceso de transformación nuclear Nucleido X está definido por 3 parámetros: 1- A número de masa suma de protones (p + ) y.

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1 Radioquímica Radioactividad proceso de transformación nuclear Nucleido X está definido por 3 parámetros: 1- A número de masa suma de protones (p + ) y neutrones (n) 2- Z número atómico protones 3- Contenido Energético estado de mínima E estable otros estados E metaestables o excitados A X Z Ejemplos : 62 Co 7 ; 23 8U 92 Isótopos igual Z; diferente A 131 I 53 ; 127 I 53 ; 125 I 53 Propiedades químicas iguales Isóbaros igual A; diferente Z 130 Xe 54 ; 130 Cs 55 Isómeros igual A y Z; diferente E 99m Tc 43 ; 99 Tc 43

2 Nucleídos estables : n/p + 1 para átomos ligeros n/p + 1,56 para átomos de alto Z Nucleídos Inestables desintegraciones espontáneas Corpusculares : α; Β; captura e - ; neutrones Desintegraciones electromagnéticas : γ Los procesos ocurren en forma simultánea y/o consecutiva siempre en igual %; igual forma de desintegración e igual contenido E siendo característicos de cada Isótopo.

3 ISOTOPOSPROTONESNEUTRONESESTABILIDAD% C-1165 ARTIFICIAL C-1266 ESTABLE98,9 C-1367 ESTABLE1,1 C-1468 RADIOACTIVOTRAZAS Nucleido Vida Media Radiación Uranio años Alfa Cobalto-60 5 años Beta, Gamma Fosforo días Beta Tritio (Hidrogeno-3) 12,26 años Beta Carbono años Beta Yodo días Beta, Gamma

4 a) Desintegración alfa (α); monoenergética, capturan 2 e - (al atravesar el medio) : A X Z (A-4) Y (Z-2) + 4 α 2 Ejemplo 238 U Th He 2 b) Desintegración Beta (β) ; espectro continuo de energía característico : β - : A X Z A Y (Z+1) + β - + ζ (anti neutrino) Proceso nuclear : n p + + e - + ζ Ej. 14 C 6 14 N 7 + β - + ζ β + : A X Z A Y (Z-1) + β + + ζ (neutrino) Proceso nuclear : p + n+ β + + ζ Ej. 22 Na Ne 10 + β + + ζ Proceso Beta (β) generalmente acompañado de captura electrónica :

5 Rayos X origen orbital Captura electrónica : p + + e - n + ζ A X Z A Y (Z-1) + ζ + Rayos X Ejemplo : 51 Cr 24 + e - 51 V 23 + ζ + Rayos X c) Desintegración por neutrones : 235 U Cs Zr n d) Desintegración γ (origen nuclear) transición isomérica conversión interna Fotones Monoenergéticos, espectro característico de cada nucleido

6 Esquema de desintegración Z -2 1 E Nucleído madre α γ γ Β + c.e. γ γ Β-Β- Transición Isomérica: 99m Tc Tc 43 Conversión Interna: γ e - C.I. Rx Estados excitados Nucleidos hijos γ emitida excita e - interno expulsandolo y otro e - externo ocupa su orbita liberando Rx

7 Ejemplos : Vida Media 15,0 h 24 Na 11 Β - 1,39 MeV; 99,997 % Β - 4,17 MeV; 0,003 % γ 2,75 MeV γ 1,36 MeV 99 Tc 43 Vida Media 2,12 x 10 5 años Vida Media 6,0 h 99m Tc 43 γ 0,142 MeV γ 0,140 MeV 99 Ru 44 Β - 0,292 MeV

8 Radioactividad fenómeno nuclear cuya velocidad es una constante independiente de las condiciones físico químicas λ : constante de desintegración característica de cada nucleído nº de átomos que se desintegran por unidad de tiempo -dn/dt = -λ. N -dn/N = -λ. dt integrando ln N = -λ t + cte Para t = 0 N = N 0 cte = ln N 0 Por lo tanto ln N/N 0 = -λ t N/N 0 = e –λt N = N 0. e -λt proceso de desintegración sigue una ley exponencial negativa Período de semidesintegración ( T ) : es el tiempo necesario para que se desintegren la mitad de los átomos existentes al estado inicial : t = T N = ½ N 0 T = ln 2/λ Unidad es el Becquerelio (Bq) = una desintegración/segundo Tambien se acostumbra a expresar la actividades en otra unidad, el "curie" (Ci). 1 Ci equivale a 3,7x10 10 desintegraciones por segundo.

9 INTERACCION CON LA MATERIA Choques elásticos y/o ineslásticos con los núcleos y/o e - a – Detección (medir) α b – Aplicaciónβ c – Seguridadγ α La interacción más importante inelástica con e - a) Ionización + b) Excitación la energía de la partícula excita el e - luego regresa a su estado basal liberando energía electromágnética Radiación electromágnetica

10 β a) Interacción inelástica con e - 1) ioniza, menos que α por menor contenido energético 2) excitación b) Choque inelástico con núcleos β es frenado cerca del núcleo, por efectos electrostáticos, la energía se disipa radiación de frenamiento (electromagnética) c) Choque elástico con el núcleo partícula β se desvía de su trayectoria sin perder energía (retrodispersión) d) β + produce aniquilamiento del positrón Al llegar al reposo β + + e - (del medio) 2 fotones Ejemplo de conversión de masa en energía (electromagnética β+ e- 2 m C 2 Fotón 511 Kev

11 γ Puede interaccionar de 3 maneras : a)Efecto Fotoeléctrico Interacción con e - interno Puede generar R x γ Foto e - b) Efecto Compton Interacción e - externo γ e - compton c) Producción de pares fotón incidente E > 1,02 Mev, interacciona con campo eléctrico del núcleo dando un positrón y un electrón energía se transforma en materia γ e-e- Β+Β+ Foton se dispersa

12 Penetración de los distintos tipos de radiación Radiación al atravesar el medio cede energía (E) hasta detenerse la E es absorbida material absorbente α penetra 5-7 cm en el aire Β dispersión, alcance lineal > que α γ mayor penetración que todas ( 1 cm de Pb reduce al ½ la intensidad

13 La radiación a la que estamos expuestos de manera natural es aproximadamente 100 mrem por año. Rem es la unidad que integra la cantidad de dosis y sus efectos biológicos 1 Rem = 1 Rep x 1RBE Rep es el equivalente físico de un roetgen, la dosis correspondiente a la absorción de 93 erg g-1 de tejido blando REB es la unidad de efectividad biológica relativa Esta condición puede variar de acuerdo a diferentes factores (altitud, condiciones del suelo, estación del año, etc.

14 El impacto de las radiaciones en la salud se estiman por: a)El tiempo de exposición b)Intensidad de la exposición c)Organo o tejido expuesto a) Exposición crónica: Efectos genéticos, puede producir cáncer, lesiones precancerosas, tumores benignos, cataratas, cambios en la piel y defectos congénitos. b) Exposición aguda : Genera lesiones en la piel, desórdenes gastrointestinales, condiciona infecciones bacterianas, hemorragias, anemia, pérdida de fluidos corporales, esterilidad temporal, cáncer y efectos genéticos. La muerte en unos cuantos días puede ser una de sus consecuencias

15 Detección y medición de la Radiación Instrumentos de detección se basan en los fenómenos de interacción de la radiación con la materia : 1- Detectores de Ionización : a) Sin campo eléctrico b) Con campo eléctrico cámara de ionización, contadores proporcionales y los detectores Geiger Muller Cámara de Ionización (-)

16 Iones se recombinan Iones 2º guardan proporcionalidad con los 1º Ionización total Los detectores de ionización tienen buen rendimiento para α y β pero poca para γ (aproximadamente 1 %)

17 Detector de centelleo fotomultiplicador Cristal de centelleo al incidir una radiación emite un fotón (UV ó Visible) que termina en un impulso eléctrico Sustancias luminiscentes hay gran variedad, orgánicas, inorgánicas, sólidas, líquidas, etc. Los detectores de centelleo se utilizan fundamentalmente para γ Cristal NaI activado con Tl

18 Espectro Rayos γ de una fuente monoenergetica A- Pico principal es el fotopico B- Borde Compton corresponde a la maxima E de los e - en una colisión frontal con los fotones incidentes C- Pico de back scattering corresponde a la E de los fotones que son retrodispersados en el medio circundante y reingresan al detector

19 Espectro Emisión γ de 137 Cs con el centellador Voltaje aplicado

20 Detector de Centelleo Líquido Medida de radiacion β ; Isótopos más utilizados Tritio, 14 C, 32 P, 45 Ca Detector sólido de cristal antraceno antraceno Muestras (dentro de un recipiente transparente) se colocan en un líquido de centelleo que contiene un solvente aromático fluorescente, compuesto por ejemplo de 2,5 -difenil oxazol (PPO), 1,4 -bis 2-5 fenil oxazolil benceno (POPOP) y naftaleno disueltos en toxilol, dioxano, 2- metoxictanol, 2-etoxie- etcétera El centellador interactúa con la radiación y emite luz en la región cercana al visible la que se transforma en la señal. El fotón emitido incide sobre dos fotocátodos y 2 tubos fotomultiplicadores de manera de disminuir el ruido porque sólo se considera señal aquella que es detectada por ambos detectores simultáneamente Relación señal/ruido optimizada.

21 Aplicaciones a)Análisis Radiométrico : 1- Titulación directa y/o indirecta Ag (TSH) + Ac * (anticuerpo) Ag-Ac * (orgánico) * Ag + + Cl - *AgCl (inorgánico) Analito (An) Trazador (Tz) b) Dilución Isotópica : sirve para determinar cuatitativamente un componente de una mezcla, que es muy difícil de separar Actividad específica Tz : Act. Tz / Masa Tz Actividad específica An : Act Tz / (Masa Tz + Masa An) Act. esp. Tz / Act esp An Despejo Masa Analito

22 d) Esterilización de equipamiento médico, alimentos, etc. e) Tomografías y radioterapias. f) Medicina Nuclear para realizar diagnóstico : in vivo 99m Tc, en cámara gamma por ejemplo en la detección del cáncer de huesos e in vitro en análisis de radioinmunoensayo c) Análisis con Radioligandos : utilizados para medios complejos como los biológicos Radioinmunoanálisis Dosaje de hormonas, receptores, etc. H H*H* H + Ac H-Ac H * + Ac H * -Ac

23 Radiación Cósmica en la atmósfera terrestre colisiona con un átomo 14 N 7 p C 6 este es incorporado por las plantas y luego por los animales. Al morir estos no incorporan más 14 C y van perdiendo el que poseen por el fenómeno de desintegración β 14 N T 1/2 14 C años g) Arqueología, Paleontología Bibliografía : Curso de Metodología y Aplicación de Radioisótopos (C.N.E.A.) Metodología de Radioisótopos en el laboratorio moderno Caro,R. y otros. Isótopos Radioactivos Stein, J.


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