AXZ Ejemplos : 62Co7 ; 238U92 Radioquímica

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1 AXZ Ejemplos : 62Co7 ; 238U92 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 AXZ Ejemplos : 62Co7 ; 238U92 Isótopos  igual Z; diferente A  131I53 ; 127I53 ; 125I53 Propiedades químicas iguales Isóbaros  igual A; diferente Z  Xe54 ; 130Cs55 Isómeros  igual A y Z; diferente E  99mTc43 ; 99Tc43

2 n/p+  1 para átomos ligeros n/p+  1,56 para átomos de alto Z
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 C-11 6 5 C-12 C-13 7 C-14 8 Nucleido Vida Media Radiación
ISOTOPOS PROTONES NEUTRONES ESTABILIDAD % C-11 6 5 ARTIFICIAL C-12 ESTABLE 98,9 C-13 7 1,1 C-14 8 RADIOACTIVO TRAZAS Nucleido Vida Media Radiación Uranio años Alfa Cobalto años Beta, Gamma Fosforo días Beta Tritio (Hidrogeno-3) 12,26 años Beta Carbono años Beta Yodo días Beta, Gamma

4 β+ : A X Z  A Y (Z-1) + β+ + ζ (neutrino)
a) Desintegración alfa (α); monoenergética, capturan 2 e- (al atravesar el medio) : A X Z  (A-4) Y (Z-2) α 2 Ejemplo U92  234Th90  + 4He2 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 11  22 Ne 10 + β+ + ζ Proceso Beta (β) generalmente acompañado de captura electrónica :

5 conversión interna 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 Rayos X  origen orbital c) Desintegración por neutrones : 235 U 92  138 Cs Zr n d) Desintegración γ (origen nuclear) transición isomérica conversión interna Fotones Monoenergéticos, espectro característico de cada nucleido

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

7 99 Tc 43 Vida Media 2,12 x 105 años 99 Ru 44 Ejemplos : 24 Na 11
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 Ejemplos : Vida Media 6,0 h 99m Tc 43 γ 0,142 MeV γ 0,140 MeV 99 Ru 44 Β- 0,292 MeV 99 Tc 43 Vida Media 2,12 x 105 años

8 Unidad es el Becquerelio (Bq) = una desintegración/segundo
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 = N0  cte = ln N0 Por lo tanto ln N/N0 = -λ t  N/N0 = e –λt N = N0 . 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 N0 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 3,7x1010 desintegraciones por segundo.

9 + INTERACCION CON LA MATERIA
Choques elásticos y/o ineslásticos con los núcleos y/o e- a – Detección (medir) α b – Aplicación β c – Seguridad γ + 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 C2 Fotón 511 Kev

11 γ  Puede interaccionar de 3 maneras :
Efecto Fotoeléctrico Interacción con e- interno Puede generar Rx γ Foton se dispersa 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 Β+ e-

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

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14    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.

15 El impacto de las radiaciones en la salud se estiman por:
El tiempo de exposición Intensidad de la exposición 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

16 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 (-)

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

18 Detector de centelleo fotomultiplicador
Cristal NaI activado con Tl 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

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20 CONTADOR DE CENTELLEO LÍQUIDO

21 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

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

23 Detector de Centelleo Líquido
Medida de radiacion β ; Isótopos más utilizados Tritio, 14C, 32P, 45Ca  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.

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

25 Radioinmunoanálisis  Dosaje de hormonas, receptores, etc.
c) Análisis con Radioligandos : utilizados para medios complejos como los biológicos Radioinmunoanálisis  Dosaje de hormonas, receptores, etc. H H* H + Ac  H-Ac H* + Ac  H* -Ac 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

26 Radiación Cósmica  en la atmósfera terrestre colisiona con un átomo  14N7  p C6 este es incorporado por las plantas y luego por los animales. Al morir estos no incorporan más 14C y van perdiendo el que poseen por el fenómeno de desintegración β  14N T1/2  14C 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.