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Fundamentos físicos

1. FÍSICA DE LAS RADIACIONES

2. Rad i o l o g í a Rama de la Medicina que se ocupa del estudio de las radiaciones ionizantes, especialmente d e l o s r a y os X, e n s us apli c ac i on e s a l diagnóstico y al tratamiento

3. ESPECIALIDADES DE LA RADIOLOGÍA R ad i od i ag n ó s t i c o R a d i o te r ap i a Medicina nuclear

4. RADIODIAGNÓSTICO O RADIOLOGÍA DIA GN Ó ST I C A ● Se b as a e n e l as p ec t o c lí n i co de la M e d i c i n a ● Pr o po r c i o na l o s conocimientos a n a t ó m i c os y m o rf o l ó g i co s , d i n á m i cos y f u n c i o n a l es hallazgos q u e s e c o n ve r tir á n e n c o n tr a d u c c i ón n o rm a l o p a t ol ó g i ca ● Estudia el uso diagnóstico de los rayos X

5. RADIODIAGNÓSTICO O RADIOLOGÍA DIA GN Ó ST I C A ● Subespecialidades : ◆ Ne u ror r a d i o l o g ía ◆ Radiología vascular ◆ Radiología pediátrica ◆ Tomografía computadorizada ◆ Radiología intervencionista ◆ Resonancia magnética ◆ Ecografía

6. RADIOT E RA P IA ● Especialidad que trata del uso terapéutico de las ra d iaci o n e s i on i z a n t e s , p ri n ci p a l m e n t e e n e l tratamiento de tumores ● Es t a s ra d iaci on e s pu e d e n p r o ve n i r d e a p ara to s p rod u c t o r e s d e ra d iac i ó n ( bo m b a d e c o b al to , ace l era d o r li n ea l d e e l ec t r o n es ) o d e is ót o po s radiactivos encapsulados (agujas de iridio-192, tubos de cesio-137, semillas de yodo-125/131, de oro-198 o de paladio-103)

7. Aceleradores lineales de partículas RADIOTERAPIA

8. MEDICINA NUCLEAR ● Especialidad que trata del uso diagnóstico y terapéutico de los isótopos radiactivos no encapsulados ● Se ob t i e n e n d i a g nó sti c o s a n a t ó m i c o s y funcionales del organismo

9. SPECT (tomografía computarizada por emisión de fotón único) PET (tomografía por emisión de positrones) 

10. 2. ESTTRUCTURA ATÓMICA DE LA MATERIA

11. Estructura atómica de la materia ● L a m a t e r i a e s t od o aque l l o qu e oc u p a u n lugar en el espacio, dotada de forma y t am añ o y d e l a qu e e s t á n co m p ues t os los objetos físicos. ● L a m a t e r i a es t á cons t it u i d a po r e l e m en tos básicos, llamados átomos, que se agrupan en estructuras más complejas llamadas m o lé cu l a s

12. Estructura atómica de la materia ● El átomo se puede definir como la cantidad m á s p e queñ a d e u n e l e m en t o c apa z d e existir sin perder las propiedades químicas de ese elemento. ● Lo s co m p ues to s qu í m i c o s o m ol écu la s se f orm a n p o r c o m b i nac io ne s d e á t o m o s e n proporciones definidas. Sus propiedades químicas son por lo general muy distintas de las de los elementos que los forman.

13. Estructura atómica de la materia ● Nu est ro e nt o r n o l o c o nst i tu y e n d i s t i n ta s f o r m as de materia. ● La s s u sta n c i a s c o n s t i t u id a s p o r u n s ol o t i p o d e átomos se denominan elementos químicos. ● Lo s á t omo s d e u n m i smo e le m e n to t i en e n las mismas propiedades químicas. ● L a m a t er i a e n c u a l q ui e ra d e s u s e st a d o s e s t á formada por la combinación de e l e m e n t o s , asociados en formas más o menos complejas.

14. Estructura atómica de la materia ● Existen 92 formas elementales de m a t eria (elementos químicos naturales) que no se pueden subdividir. ● Con medios artificiales (aceleradores de partículas de alta energía) se produjeron al menos 15 elementos más. ● En estado puro, cualquier elemento está constituido por muchos átomos que existen como entidades aisladas o combinados en moléculas

15. Estructura atómica de la materia ● Bohr propuso un modelo en el que los electrones g i r a b an a l r e ded o r del n ú cleo en ó r b it as de fi n i das o niveles de energía. ● En su movimiento no ganan ni pierden energía sino que esto sólo se produce al saltar los electrones de un nivel a otro. ● El á t o m o de Bohr t i e ne u n nú c l eo, pe q ueño, d en s o y c a r g ado po s it i v a m en t e, r o d eado p o r l os e l e c t rones de carga negativa que se mueven en órbitas fijas alrededor del núcleo. ● En condiciones normales, el número de electrones es el mismo que el número de cargas positivas del núcleo.

16. Estructura atómica de la materia ● Partículas elementales del átomo: protones, neutrones y electrones ➢ El núcleo atómico: ● La s pa r tí c u l a s el e m en t a le s p r ese nt e s e n e l núcleo atómico son los protones y los neutrones. ● Se les conoce con el nombre de nucleones.

17. Estructura atómica de la materia ● El núcleo atómico representa casi la totalidad d e la m a s a de l á t o m o y co nti e n e l a s ca r g as positivas aportadas por los protones. ● Lo s ne utr on e s n o t i e ne n ca r g a el é c tr i c a y su masa es aproximadamente igual a la de los p rot one s

18. Estructura atómica de la materia Lo s d i s t i n t os nú cl eo s a t ómi co s r ec ib e n e l nombre genérico de nucleidos. 29 0 s o n e s t a bl es , su núc l e o n o s e a lter a e n largos períodos de tiempo. O t r o s n uc l e i do s so n i nes t ab l e s y s e les denomina radionucleidos

19. Estructura atómica de la materia ➢ La corteza atómica : ● Los electrones son partículas elementales de carga n e ga t i va y m a sa p r á c t i c a m e n te d e s pr e c i a bl e q ue se en c u e n t r a n e n l a “c o r t e z a a t ó m i c a ” ag r up a d os en órbitas o capas electrónicas en torno al núcleo ● S e d e s c o n o ce e l l u g a r e x a cto q u e o c u p a c a da electrón. ● E n e s t a s c a p a s u o rb it a l e s lo s e le c t r o n e s n o se a g ru p a n d e f orma ar bi t r a r i a s i n o qu e l o h a c e n de f o r m a o r d en a d a y s i g ui e n d o u n a s l e y es absolutamente rigurosas

20. Estructura atómica de la materia ● L a di s pos i ci ó n d e l a s capas e l ec t r óni cas de t erm i n a r á cómo se comportará químicamente un electrón ● Lo s e l ec t r o n e s se si t úa n e n n i ve l e s d e f ini do s de energía. ● Las órbitas más próximas al núcleo son las de menor energía y las más alejadas las de mayor energía. ● Si el electrón pierde energía pasará a una capa más próxima al núcleo y si la gana a una más alejada.

21. Estructura atómica de la materia ● Lo s n i v e l e s d e en e r g í a se d e s i gna n c o n l a s l et r a s K,L,M,N,O,P y Q ● El número de electrones que puede contener cada nivel se calcula según la fórmula 2n 2 donde n es el número del nivel o capa. ● L a c a p a má s e x te r n a n o pu e d e c ontener m á s d e o c h o electrones. ● C u a nd o se r e ll e n a n l o s o r b i ta l e s d e u n átomo, l o s e l ect r o n e s s i emp r e c omp l eta n p r i me r o l o s n i v e l e s d e menor energía que se encuentren vacíos

22. Estructura atómica de la materia ● Los electrones, en la corteza atómica, se encuentran l i ga d o s a l n úcl e o d e bid o a l a s f u er z a s d e atra cción eléctrica que éste ejerce sobre cada uno de ellos. ● Ca b rí a e s p e ra r qu e lo s e le ct ro n e s se pr e c i pitar an sobre el núcleo, sin embargo esa fuerza de atracción queda equilibrada por la fuerza creada por l a v el oci d ad d el el ec t r ó n , d e form a q u e és t e m antie ne su distan c i a al n ú cl e o y se mu e v e e n u na ó rbita circular o elíptica a distancias relativamente grandes del núcleo.

23. Estructura atómica de la materia ● A cad a ni ve l en er gé t i c o l e c orr e s pond e u n a energía específica = energía de ligadura o de enlace de los electrones a ese nivel. ● La energía que mantiene a los electrones girando en cada órbita (energía de ligadura o d e e nl ace ) depe n de rá d e l a di s t a nc i a q u e exista entre la órbita y el núcleo.

24. Estructura atómica de la materia ● Lo s e l e c t ro n e s m á s cercano s al n ú c l e o e s tá n m á s fuertemente unidos siendo su energía de enlace mayor que para el resto de los electrones más alejados ● L a un i ó n m á s d é b i l l a encontra m o s e n l a s capa s externas de cada átomo. ● L a e n erg í a d e e n l a ce ta m b i é n depe n d e del e l e m en to químico en cuestión. ● C ua n to m a y o r e s el nú m e r o a t ó m i c o del e l e m ento , m ayo r s e r á l a ener g í a d e en l a c e del e l e c tró n a u n determinado nivel.

25. Estructura atómica de la materia Ley de Coulomb : la fuerza de atracción o repulsión de dos cargas eléctricas es directamente proporcional al valor del producto de esas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa F= q 1 x q 2 / r 2

26. Estructura atómica de la materia ● L a f u e r z a d e un ió n d e l o s el ec tro n e s m ás externos es más baja y la energía necesaria pa r a a r r an c a r u n e l ec t r ó n K e s m a yo r q u e para un electrón M. ● P a r a a r r anc a r u n e le c tr ón d e s u ó r b i t a es nece s a rio ap l i ca r un a en er g í a ex t e ri o r q u e debe ser mayor o igual a la que mantiene al electrón unido (E de enlace)

27. Estructura atómica de la materia ● Se p u ede pr o v o c ar e l de s p l a z am i e n t o de l os electrones desde sus órbitas a otras de menor e n er g í a d e e n l a c e s i s e l e s um i n i s t ra e ne r g ía externa = átomo excitado. ● Al volver a su órbita libera la energía de enlace c o rr e s p o nd i e n t e. ● Si se le suministra al átomo una energía s u f ic i en t e s e p ueden s epa r ar c o m p l e t amen te de él uno o varios electrones = átomo ionizado

28. Masa Partícula Localización Relativa Kg. uma Nº Carga Símbolo Coulombs Radio* Electrón Capas 1 9,109 x 10 -31 5,49 x 10 -4 -1 e - -1,6021 x 10 -19  Protón Núcleo 1836 1,673 x 10 -27 1,0073 1 +1 p+ 1,6021 x 10 -19 1,2 Neutrón Núcleo 1838 1,675 x 10 -27 1,0087 1 n o 1,2 Coulombs = unidad de carga eléctrica * El radio se mide en Fermis ( 1 Fermi = 10 -15 m.)

29. N º d e n i v e l d e e n er g í a Símbolo del nivel N º d e e l ec t r o n e s 1 K 2 2 L 8 3 M 18 4 N 32 5 O 50 6 P 72 7 Q 98

30. ÁTOMO DE CALCIO

31. ÁTOMO DE MOLIBDENO

32. ÁTOMO DE YODO

33. ÁTOMO DE BARIO

34. ÁTOMO DE TUNGSTENO / WOLFRAMIO https://www.mheducation.es/blog/el-wolframio-se-descubrio-mas-cerca-de-lo-que-piensas#:~:text=El%20wolframio%20o%20tungsteno%20se,Seminario%20de%20Vergara%2C%20en%20Guip%C3%BAzcoa .

35. https://www.youtube.com/watch?v=4UOto6qpGtM

36. El número del nivel electrónico ocupado más externo de un átomo equivale a su PERIODO (filas) El número de electrones de su capa atómica exterior determina el GRUPO (columnas) al que pertenece Ejemplo: el oxígeno tiene dos capas, la K y la L: periodo 2 grupo 6. en la k: 2 electrones y en la L 4 electrones. PREGUNTA: ¿Cuáles son el periodo y el grupo del Bario, un agente común de contraste en exámenes gastrointestinales?

37. N o m en c l at u r a ató m i c a ● U n nuc l eid o o núc l id o se d e f in e co m o t odo s los nú c leo s a t ómi c o s qu e t i ene n e l m i s m o núme r o de protones y el mismo número de neutrones ● T odo s l o s á t omo s d e i gua l Z per t ene c e n a l m i s m o e l e m e n to y t odo s lo s nú c leo s con igua l Z y A pertenecen al mismo nucleido. ● Lo s á t omo s s e r epre s en t a n median te e l sí mbol o químico con subíndices y superíndices: A Z X v a l e n c ia nº átomos por molécula

38. N o m en c l at u r a ató m i c a ● Z = Númer o at ó m i c o : núm e ro d e pro t one s ● En c ondicione s d e neut r a l ida d elé c t r ic a e l nú m er o d e pro t one s e s igua l a l nú m e ro d e e l e c t r one s

39. N o m en c l at u r a ató m i c a ● A = Nú m e r o m á s i c o o nú m e ro d e m a sa atómica: suma de protones y de neutrones de un núcleo atómico. ● Es un número entero diferente a la masa atómica que se expresa en u.m.a. ● Una u.m.a. es igual a la doceava parte de la masa del carbono-12 (se toma co mo referencia).

40. Comparación niveles de energía

41. I s ótopos ● Nucleidos de igual Z pero diferente A. ● T ien e n e l m is m o n º d e pr o t one s p e ro diferente nº de neutrones. ● Ejemplo yodo – 127 y yodo – 131

42. I s ótonos ● N uc leid o s c o n ig u a l n º d e n eu tr one s pero distinto nº de protones. ● Sus Z y A son diferentes y por tanto son elementos químicos distintos. ● Ejemplo carbono-13 y nitrógeno-14

43. I s ó ba r os ● N uc leid o s q u e t ien e n i gua l A pe ro diferente nº de protones y de neutrones. ● Son elementos químicos diferentes pues sus Z son distintos. ● Ej e m p l o car bono -14 y ni tr óge n o - 14 , (Z del carbono = 6, Z del nitrógeno = 7)

44. https://www.youtube.com/watch?v=69zH4dN4lAI Radiación , radiaciones ionizantes

45. Concepto de radiación R a d iac i ó n e s t od a l a ene r g í a e mi t i d a a l a vez que transferida a través de la materia. L a ma t er i a qu e abso r b e es a ene r g í a es tá i r r adi ad a o expuesta. Por ejemplo la Tierra está expuesta a la radiación emitida por el sol (luz solar o radiación solar). Muchos tipos de radiación son inofensivos: luz, ondas de radio, infrarrojos… .

46. Radiaciones ionizantes Las radiaciones ionizantes son un tipo de radiación que a su paso a t r a vés d e l a m a t e r i a e s c a p az d e e xt r ae r u n e l e ct r ó n d e u n átomo de esa materia. Se realiza por transferencia de energía al electrón y esa energía aportada lo induce a escapar de su órbita. El átomo queda ionizado. E l e l e c t r ó n li bre e s c a p a z, a su v ez, d e d e s est ab ili zar á tom o s circundantes al transferirles parte de la energía que lleva.

47. Radiaciones ionizantes Las radiaciones ionizantes pueden provocar lesiones de diferente intensidad en el ser humano. T oda s l a s ra d i acion es i on i z a n t e s a ctú a n d e l a mi sma m ane r a sobre un tejido vivo Existen diferencias entre los distintos tipos según sean l a s características físicas de masa, carga, energía, velocidad y origen de la radiación Existen dos fuentes principales de radiaciones ionizantes: ● Fuentes naturales ● Fuentes fabricadas por el hombre.

48. Fuentes naturales La r a d i ació n na t u r a l a mb i en t a l p roc e d e d e l o s r a yos c ó s m i c o s, de la r ad i ació n t e r r e st r e y d e l o s r ad i on ú c l i d o s p ro ducido s naturalmente en el cuerpo humano. ● Lo s ray o s c ósmi c o s s o n p art í cu l a s emi t i da s po r e l s o l y l a s estrellas. Su intensidad aumenta con la altitud y con la latitud siendo mayor en los polos ● Los radionúclidos internos, sobre todo el K-40, intervienen en el metabolismo humano y forman parte de las fuentes de radiación ambiental desde que el hombre apareció en la Tierra.

49. Fuentes naturales ● La radiación terrestre es la emitida por los depósitos de torio, uranio y otras sustancias radiactivas presentes en la tierra. ● S u i nt ensida d d epen de d e l a geo l o g í a de l á r e a dond e se ubican los depósitos. ● La principal sustancia responsable de la radiación terrestre es el radón (gas radiactivo), que emite partículas α y se produce por la desintegración natural del uranio. ● E x i s t e n vest i g i o s d e e s t e e l e m e n t o e n e l s u e l o y t o d o s l o s materiales terrestres (yeso, cemento…) lo contienen. ● Es perjudicial por inhalación y en cantidades elevadas.

50. Fuentes naturales L a s r adi a c i one s i oni z an t e s e s t á n pre s en t e s e n t odo lo que nos rodea: ● Materiales de construcción (pozos radiactivos) ● Tabaco (Po-210) ● Edificios (el granito contiene Rn) ● A li men t a c i ón ● Aviones (rayos cósmicos)

51. Fuentes fabricadas por el hombre ● Rayos X de uso en Medicina ● Isóto p o s rad ia c t i vos de us o e n med i cin a nuclear y radioterapia ● E n ergí a n u clea r

52. Tipos de radiaciones ionizantes ● ● Radiación electromagnética : rayos X, rayos ga m ma y r a y o s U V A m á s ene r gé t i c o s “Las radiaciones empleadas en ecografía y en RM no son ionizantes” Radiación corpuscular o de partículas α y β. Asociadas con la desintegración de isótopos radiactivos.

53. Radia c t i v idad L a r a d i a ct i vida d n a t u r a l e s u n a pr o p i e da d qu e po s e e n cie r t o s núclidos inestables (naturales o artificiales) por la cual se produce la ruptura o desintegración nuclear espontánea. Presentan un estado de excitación anormal o exceso de energía. E n su te ndenci a a l a est ab ili d a d se d esin te g r a n emi t i end o partículas y/o energía. T e r m i na n t r a n s f o r m ándo se en o t r o e l e m en to o e n u n i s ó to p o estable del elemento original. A los átomos que presentan estas características se les denomina radionúclidos.

54. Radia c t i v idad La estabilidad nuclear depende de muchos factores. U n o de l o s m á s i m p ort an t e s e s e l n úm e r o d e neu t r on es y su relación con el número de protones. C ua n d o u n n úcl i d o t i e n e u n exc e so o u n d ef e cto d e n e u tro ne s experimenta desintegración nuclear espontánea para conseguir un nº de protones y de neutrones que le ofrezca estabilidad ● Átomo inestable = neutrones / protones ≥ 1,5 ● Átomo estable = neutrones / protones ≈ 1

55. Radia c t i v idad M u ch o s e l e me n t o s ad em á s d e i s ó to po s e st a b l e s t i ene n i s ó t opo s radiactivos o radioisótopos. ● Ejemplo: el bario (Ba) tiene 7 isótopos estables y 7 radiactivos ● Estables = 130, 132, 134, 135, 136, 137 y 138 ● Inestables = 129, 131, 133, 139, 140, 141 y 142 Los radioisótopos también se pueden producir en reactores nucleares o aceleradores de partículas, hablamos entonces de radiactividad artificial

56. Actividad de una muestra radiactiva Las transformaciones que sufren estos isótopos tienen lugar en un tiempo determinado y característico de cada uno que viene dado por la constante de desintegración y la vida media radiactiva. A la cantidad de desintegraciones por segundo que presenta una muestra radiactiva se le denomina actividad . Los radioisótopos se desintegran en isótopos estables de diferentes elementos en proporción decreciente, de forma que la cantidad de material radiactivo nunca llega a ser cero.

57. Actividad de una muestra radiactiva ➢ L a ac t i v i dad de u n a mu es tr a r ad i ac t i v a se m i de en cu ri os (Ci) o e n Bequerelios (Bq). ● 1 C i = 3 , 7 x 1 -1 des i n t egrac i ón d e á t o mos / segu n do = 3, 7 x 1 1 B q ● 1 B q = 2 , 7 x 1 - 1 1 C i ● 1mCi = 37 MBq ➢ La actividad de un isótopo radiactivo decrece en el tiempo de forma exponencial según la fórmula: A = A x e – λ t Cantidad inicial de muestra Cantidad final de muestra Constante radiactiva que depende de cada isótopo Tiempo

58. Vida media radiactiva La vida media radiactiva o período de semivida (T 1/2 ) es el tiempo necesario para que u n a ca n t id ad dete rminada de i só t opo rad i ac t i vo s e r eduzca a l a mitad de su valor inicial (la otra mitad se ha desintegrado durante ese tiempo). Cada radioisótopo tiene una vida media única y característica. Ejemplos el I-131 tiene una vida media de 8 días y la del C-14 es 5.730 años Las vi das med i as de l os i sótopos son muy va r i adas, desde menos de un segundo hasta una gran cantidad de años. Para calcularla con exactitud se pueden usar gráficas bien utilizar métodos sencillos aproximados como el siguiente : El concepto de vida media es esencial en radiología. Se utiliza diariamente en medicina nuclear y tiene un paralelismo con los Rayos X, denominado capa Hemirreductora

59. Nº vidas medias Radiactividad restante 1 50% 2 25% 3 12,5% 4 6,25% 5 3,12% 6 1,56% 7 0,78%

60. Unidades de energía en Física atómica Se utiliza el electrón-voltio (eV) y sus múltiplos, el KeV (1000 eV) y el MeV (10 eV). 6 U n e V e s l a ca n t i d a d d e e n erg í a c i nét i c a q u e a d q u ie r e u n el e c t ró n, inicialmente en reposo, al ser acelerado por una diferencia de potencial de 1 Voltio. ● 1 eV = 1,6 x 10 -19 julios ● 1KeV = 1,6 x 10 -16 julios ● 1MeV = 1,6 x 10 -13 julios La mayoría de los equipos de rayos X utilizados en radiología producen hasta 150 KeV. En radioterapia se usan energías de MeV.

61. Otras unidades de energía en Física rad i o l óg ica La u n i dad de i n t e n sidad de rad i a c i ó n o e x p o s i c i ó n a la radiación es el Röentgen (R) que se sigue utilizando a pesar de que en l a a c t ua l i dad s e de b e u s a r co m o u n i d ad el Coulombio/kilo 1 R = 2, 58 x 10 -4 C/Kg (Coulombio/kilo) 1 C/Kg = 3.876 R 1 mR (mili Röentgen) = 10 -3 R 1 mR = 2, 58 x 10 -7 C/Kg

62. Concepto de onda ● Las ondas son oscilaciones o vibraciones capaces de propagar diferentes tipos d e energía. ● Su r ep re sen t ac i ó n g ráfi c a re spond e a u n a curva sinusoidal plana que recorre un cierto espa cio d esd e e l o r i gen , c o m p l e t a n d o u n número de ciclos.

63. Concepto de onda ● Un a o n d a o m o v i m i en t o o ndu lat o rio e s u n f e nó m en o d e t r ans mi s ió n d e u n a pe rtur bac i ó n d e u n pu n t o a otr o de l e s pac io s i n qu e e x i s t a t r ansp ort e n e t o d e m a t er i a entre ambos

64. Radiación ondulatoria

65. Tipos de ondas ➢ S eg ú n l a natu r a l e za d e l med i o en el que se propagan:

66. Tipos de ondas ● On d a s ma t eri a le s o mecánic a s : se or i g ina n a l perturbar un medio elástico y se transmiten gracias a la elasticidad del medio. Las moléculas del medio son capaces de adoptar un mo v i m ie n t o v ib r a to ri o m á s o m en o s u nifo r m e, ya sean sólidos, líquidos o gaseosos. S i n l a e x is ten c i a d e e se m edio n o hab r ía propagación. De ahí e l n omb r e d e ond a s mate r iale s, ya q u e precisan de un medio material para propagarse.

67. Tipos de ondas ● Ondas materiales o mecánicas : La velocidad con que se propagan está en función de las características elásticas del medio. S upone n u n d e s pla z a m i en to d e e n e r g ía pe r o no de materia. Ejemplos, el agua (piedra), el aire (diapasón, sonido), cuerda, muelle, cuerdas de instrumentos musicales, cuerdas vocales…

68. Tipos de ondas ● Ondas electromagnéticas (OEM): son movimientos ondulatorios que no necesitan de un medio material sino que se propagan en el vacío. La velocidad a la que se propagan las OEM en el vacío es la velocidad de la luz aunque cuando se propagan en otros medios la velocidad es inferior y dependiendo de las características del medio. Existe transporte de energía pero no de materia

69. Tipos de ondas ➢ Según la dirección en la que se produce la perturbación:

70. Tipos de ondas ● Longitudinales : la perturbación original tiene la misma dirección que la de avance de la onda. Las partículas del medio oscilan en la misma dirección en la que se propaga la on d a . Ejemplos, muelle, sonido…

71. Tipos de ondas ● T r a nsve r sa l e s : l a p e r t u r ba ci ó n or i gina l t ien e l uga r e n un a d i re cci ó n m i en tr a s qu e l a ond a avanza en dirección perpendicular a l a perturbación. En las ondas transversales, las partículas del m e d io o sci la n perpend ic u l ar m en te a la dirección en la que se propaga la onda. Ejemplos, cuerda sujeta por un extremo, superficie del agua al tirar la piedra…

72. Efectos de la interacción de las ondas con el medio

73. Difrac c i ó n ● Es e l e f e c t o qu e se p r o d uc e c u and o e n la propagación de una onda, ésta se encuentra u n o b s t ác u l o o un a a b e rtura d e t a m a ñ o n o comparable al de la longitud de onda. ● Es u n f e n ó m e n o c ar ac t e r í s t i c o d e l movimiento ondulatorio

74. Reflexión y refracción ● S o n l o s fe n ó m e n o s m á s co n oc i d o s d e los que caracterizan al movimiento ondulatorio. ● Se producen cuando la onda, al propagarse, se encuentra con una superficie que separa medios distintos. ● Ge n e r a lm en t e, a m bo s f e nó m eno s se p r o d uce n s i m ult án e a m e nt e e n l a supe r fi c ie de separación de los dos medios.

75. Reflexión y refracción ● La reflexión se produce cuando la onda se encuentra con una superficie que separa dos medios y rebota hacia atrás propagándose por el mismo medio de donde provenía cambiando de dirección y de sentido.

76. Reflexión y refracción ● L a r ef r a cc ió n se p r od uc e c uan d o l a onda atraviesa la superficie que separa lo s d o s m e d io s y se pr opag a po r e l s eg u nd o m o dif ic and o su v e l o c ida d d e propagación y su dirección .

77. Polarización ● En l a s onda s l ong i t u d i na l e s só lo ha y un a po s i b ili da d d e vibración. ● En l a s t r a ns ve rs a l e s e x i s t en nu m er os o s p l anos per p end i c u l ar es a l a d i re cc i ó n d e pr o paga c i ó n e n l a s qu e puede tener lugar la perturbación. ● Cuand o u na ond a t ran sv ersa l pued e v ibr ar e n c ua l qu i e ra d e l o s p l ano s po s i b l e s per p end i c u l ar es a l a d ire cc i ó n d e propagación se dice que no está polarizada. ● Mediante algún dispositivo se pueden forzar las vibraciones en un único plano la onda quedaría polarizada.

78. Interferencia ● Fenómeno que se produce al coincidir do s onda s e n e l m is m o p unt o de l espacio. La perturbación es la suma de las dos oscilaciones en cada instante

79. P ará m etro s q u e caracter i z a n a l a s on d a s p er i ó d i ca s

80. Velocidad de propagación v = λ / T y c = λ / T Es el espacio recorrido por la onda en la unidad de tiempo Se mide en m/s En las ondas materiales varía mucho según el medio en el que se propagan La velocidad de las OEM ene l vacío es constante, es la velocidad de la luz: 3.10⁸ m/s = 300.000.000 m/s

81. Longitud de onda ● E s el e s p a c i o recorr i do p or l a onda en un c i c lo completo. ● Es la distancia que existe entre dos pulsos sucesivos. ● S e representa por λ y se mide en metr os. ● Se puede determinar mediante la distancia desde una cresta a la siguiente, desde un valle al siguiente o desde cualquier punto de la onda al mismo punto de la onda siguiente.

82. P eríodo ● E s e l t ie m p o qu e t a r d a l a o nd a e n r e corr e r t oda s s u s f a s e s, e s d ec i r e l tiempo entre dos crestas o va lle s consecutivos. ● S e r ep r e s en t a po r T y se m id e e n segundos.

83. F r e c u e n c ia ● Es e l númer o d e c i c l o s c o m p l e t o s po r unida d de tiempo. ● Es la inversa del período. ● Se representa por f y se mide en Hertzios o s -1 . ● Un Hertzio (Hz) es la medida de la frecuencia de un movimiento vibratorio que ejecuta un ciclo p o r segundo. ● Los múltiplos del Hz son el Khz (10 3 ), el MHz (10 6 ) y el GHz (10 9 ).

84. F r e c u e n c ia ● L a f r ecu e n c i a y l a longi t u d d e ond a son inversamente proporcionales f x T = 1 f = 1 / T ➔ v = λ x f ➔ c = λ x f f = c/λ o f = v / λ

85. https://www.youtube.com/watch?v=PYbUJXzZGhQ

86. F r e c u e n c ia ● La frecuencia y la longitud de onda son inversamente proporcionales. ● C u a nd o l a l ong i t u d d e ond a e s gr a nd e l a f r e c uen c i a e s pequeña y viceversa. ● L a f r ec uen c i a car act e r í s t i c a d e c ad a ond a se deno m i n a frecuencia de resonancia. ● Por ejemplo un diapasón que ha sido fabricado para que su frecuencia sea 440 ciclos/s, puede vibrar a otras frecuencias más o menos diferentes a la de resonancia (existe una banda de resonancia), pero se consigue el mayor rendimiento con la frecuencia de resonancia.

87. Ampl i tud ● Es la distancia que recorre una partícula en mov imie n to v i br ato r i o en t r e s u s d o s p o s i c i o n e s extremas. ● Es decir, la distancia máxima que separa un punto de la posición de equilibrio. ● S u s u n id a d e s s o n a q ue l l a s e n la s q u e se m i d e la perturbación. ● En los sonidos la amplitud de la onda es directamente proporcional a la energía que la produjo.

88. Radiación electromagnética Ir a la parte II ondas electromagnéticas

89. Un poco de historia El concepto de onda electromaganética OEM fue propuesto por Maxwell en 1864. Hertz en 1886 demostró la propagación de las ondas EM.

90. Hertz colocó dos barras metálicas separadas con unas bolas, también de metal, en sus extremos. A l h a c e r c i r c u l a r c o r r i e n t e s el é ctr i c as qu e v a r i a b a n d e f o r ma b r us c a , s a l t a ba n c h i s p as d e u n a b o l i t a a o t r a , a p e nas s e pa r a d as p o r u n os cuantos centímetros. En un aro de metal abierto con dos bolitas en sus extremos que había colocado a poca distancia, también saltaban chispas. Este receptor no estaba unido de ninguna forma al otro dispositivo y tampoco estaba conectado a la corriente. Las chispas que se producían entre las dos primeras barras creaban ondas electromagnéticas recibidas por el otro aro en el que volvían a s a l t a r c h i sp a s d e b i d o a l a e l e ctr i c i d a d q u e p o r t a b a n e s as o n d a s . Un poco de historia

91. Origen de las ondas EM Toda partícula cargada con movimiento acelerado produce en cada punto campos eléctricos y magnéticos que varían con el tiempo y se propagan a través del espacio con movimiento ondulatorio. Ambos campos disponen sus líneas de fuerza (ejes X e Y) perpendicularmente. La dirección de propagación de la onda es la del eje Z. Las cargas eléctricas en movimiento acelerado son el origen de las ondas EM.

92. ¿Cómo se propaga la onda EM? 1º Un campo eléctrico genera a su alrededor un campo magnético. Se puede demostrar con un electroimán y aunque las ondas EM no son visibles si se pueden observar sus efectos. 2º Un campo magnético induce a su alrededor un campo eléctrico. Si el campo eléctrico varía con cierta frecuencia a medida que transcurre el tiempo, el campo magnético inducido también es variable con el tiempo y de la misma frecuencia que el anterior. El campo eléctrico inicial se transmite de un punto a otro gracias al campo magnético inducido Esta es la forma mediante la que se propagan las ondas EM en el espa c i o. https://www.youtube.com/watch?v=jODglCUIT-A

93. https://www.youtube.com/watch?v=N37N_Ev2hDI

94. C a ra cteríst i c as ● Se propagan en línea recta ● Son ondas transversales ● En c ad a p un to d e l esp aci o l os c a mp o s e l é ct r i co y ma g n é t i co son perpendiculares entre sí y a la dirección de propagación de la onda. ● Los campos eléctrico y magnético están en fase ● No pueden ser desviadas por campos magnéticos ● Pueden sufrir reflexiones, refracciones y difracciones ● Se transmiten en el vacío a la velocidad de la luz

95. C a ra cteríst i c as ● Cuando una OEM se propaga a través de un medio distinto de l v a cío se d ic e qu e e se med i o e s tr a n s pare n t e para e sa onda. ● U n med i o determ in ad o pued e s er tr a n s par ent e para una s ondas y opaco para otras. ● Lo s te j i d o s b l a n d o s d e l c uer po human o s o n opa c o s par a la luz visible y relativamente transparentes para los rayos X ● La velocidad de propagación de la OEM en cualquier medio mater ia l e s menor qu e l a v e l o c id a d d e pr o p a g a c ió n e n e l vacío y dependerá de las características físicas de ese medio. ● v = c / n ; c = velocidad de la luz; n = índice de refracción del medio considerado

96. Espectro electromagnético E l c on j u n t o d e fre c u e n c i a s c ub i e r t o p o r l a s on d a s E M recibe el nombre de espectro electromagnético. Este espectro es tan ancho que realmente no parece existir un límite superior ni inferior a las posibilidades de frecuencia: 10Hz-10²⁴Hz. En el espectro EM existen distintos rangos de frecuencia o zonas que reciben nombres específicos La separación entre esos rangos no es nítida puesto que distintos tipos de fuentes pueden generar rangos de frecuencia que se solapan.

97. FRECUENCIA Hz RADIACIÓN 3 x10 18 -3 x10 22 Rayos gamma 3 x10 17 -5 x10 19 Rayos X 8 x10 14 -3 x10 17 Ultravioleta Espectro visible Violeta Azul Verde A m a r illo Naranja Rojo 4 x10 14 -8 x10 14 Luz visible 3 x 10 11 -4 x10 14 Infrarrojos 10 9 -10 11 Microondas Hasta 10 9 Ondas de radio

98. Espectro electromagnético Microondas : frecuencia entre 10 9 Hz y 10 11 Hz Ondas de radio : radioondas u ondas de radiofrecuencia: se utilizan en las comunicaciones, radar, UHF (TV), telefonía, móvil, fisioterapia, cosmética. Son de baja frecuencia ≈ 10

99. Espectro electromagnético ● Infrarrojos : frecuencia entre 3 x 10 11 Hz y 4 x 10 14 Hz. Son frecuencias que se encuentran por debajo del rojo del espectro visible. Son emitidas por vibraciones moleculares y por los cuerpos que se encuentran a alta temperatura. Son invisibles para el ojo humano pero pueden detectarse mediante películas fotográficas especiales o por material sensible al calor. En realidad son como detectores puesto que todos los c u e r p os l as em i t e n d e b i d o a l a t em p era t ur a q u e po s e e n .

100. Espectro electromagnético Espectro visible o luz visible: se corresponde con un estrecho rango de frecuencias comprendidas entre 4.10¹⁴Hzy 8.10¹⁴Hz. El orden de menor a mayor frecuencia es : rojo, amarillo, verde, azul y violeta.

101. Espectro electromagnético ● Ultravioleta : cubre la región entre 8 x 10 14 Hz y 3 x 10 17 Hz. ● N o es v i s ibl e pe r o se pu e de de t ectar m e d i a nt e p l ac a s fotográficas. ● Tienen aplicaciones biológicas importantes, son capaces de e l i m in ar b a c t e r i as y o t ros m i cr oo r g a n i s m os (e f ecto bactericida). ● Pueden dañar los tejidos humanos (piel, retina). ● Induce la pigmentación cutánea. ● Las ondas UV de alta frecuencia 10¹⁶ ̄ ¹⁷ Hz se pueden considerar ionizantes y se solapan con la frecuencia de los Rx

102. Espectro electromagnético Rayos X: el rango de frecuencias va de 3.10¹⁷Hz a 5.10¹⁹ Hz. Son ionizantes, se pueden detectar mediante placas fotográficas y pantallas fluorescentes especiales. Se originan en la corteza atómica y en equipos específicos. Es una radiación creada por el ser humano.

103. Espectro electromagnético ● Est e t i p o d e r a d i a c i ó n n o ti e n e na t u ra l ez a e l é c tri ca n i corpuscular. ● Su poder de penetración es muy grande, capaz de atravesar láminas de plomo de varios centímetros de espesor. ● Es un a r a d i a c i ó n e l e c tr o m a g n é t i ca d e m uy a l t a fr e c uenc i a, mayor que la de los rayos X. ● Se origina en los núcleos radiactivos. ● Se usa en Medicina nuclear y en Radioterapia Radiación gamma o rayos gamma : se corresponde con el rango de frecuencias de 3.10¹⁸Hz y 3.10²² Hz.

104. Espectro electromagnético ● Está relacionada con procesos de desexcitación del núcleo cuando vuelve a su estado de estabilidad tras una perturbación (transición isomérica). ● La emisión gamma supone la vuelta al estado fundamental de un núcleo previamente excitado. ● Emisores gamma son el cobalto-60 y el cesio-137. ● L a e m is i ó n g a mma s e p r es e nta , l a m a yor í a d e la s v e ces, si m u l t á ne a m ent e con l a cor p u sc u la r ( a lfa o b e t a ) au n q u e p ue d e presentarse sola. Z A X * Z A X + ɣ

105. Naturaleza ondulatoria y cuántica de la radiación EM La radiación EM es una modalidad de propagación de energía a través del espacio sin necesidad de un medio material La radiación EM se puede presentar como una doble vibración que comprende un campo magnético H y un campo eléctrico E . Estas dos vibraciones están en fase, tienen direcciones perpendiculares, se engendran mutuamente y se propagan en el vacío a la velocidad de la luz según una dirección perpendicular al plano que definen. Esta representación ondulatoria explica muchos de los fenómenos que dependen de la propagación de la energía: reflexión, refracción, difracción…, fenómenos importantes en la zona visible del espectro.

106. Naturaleza ondulatoria y cuántica de la radiación EM No explica lo que ocurre en los intercambios de energía cuando la radiación interacciona con la materia, fenómenos como la absorción o la emisión de radiación. Hacia el año 1900, se empiezan a estudiar ciertos fenómenos provocados por radiaciones luminosas que no podían ser interpretados considerando la naturaleza ondulatoria de la radiación EM. Tales fenómenos fueron explicados satisfactoriamente por Planck y Einstein. https://www.youtube.com/watch?v=U4-DmT12D9E

107. Naturaleza ondulatoria y cuántica de la radiación EM ● Cuando las ondas EM interaccionan con la materia, i n te rc a m bi a n s u e n e r g í a e n p e qu e ñ í s i m o s paquetes llamados fotones o cuantos de radiación. ● Ca d a f otó n t ra n s p o r ta u n a c a n t i d a d f ija q u e e s u n m úl t ip l o e nte ro d e l a fr e c u en c i a d e l a o n d a EM asociada . ● L a c an t i d a d d e e ne r g í a tr an s po rt a d a p o r u n f o t ó n depende de la frecuencia de la radiación. ● L a e n e r g í a e stá c u an t i z a d a .

108. Naturaleza ondulatoria y cuántica de la radiación EM ● La na t u r a l e za c uán t i ca d e l a r ad i ac i ó n E M f u e de s ar r o l l ad a p o r Planck y se puede calcular con la fórmula: E = h x f Donde f es la frecuencia en hercios (Hz) y h es la constante de Planck h = 6,6256 x 10 -34 julios x segundo . ● La frecuencia de una onda EM es inversamente proporcional a su longitud de onda y proporcional a la velocidad de la luz, f = c / λ ● S e pued e s us t i tu i r e s t e v a l or d e l a f re c uen c i a e n l a e c u ac i ó n d e Planck: E = h x f = h x c / λ

109. Naturaleza ondulatoria y cuántica de la radiación EM ● E l asp e c t o c uán tico d e la r ad ia c i ó n E M e s e l más importante para los fenómenos en los que intervienen los rayos X y gamma. ● Se puede concluir que este tipo de radiación EM tiene un doble carácter, de onda (algo que se transmite) y de corpúsculo o partícula (algo con masa). ● E s lo qu e de n o m in a m o s du ali d a d o n d a corpúsculo de la radiación electromagnética

110. Radiación corpuscular

111. Origen y características L a ra d ia c ió n corpu s cular o d e pa r t í culas se o r i g i n a p o r la desintegración nuclear de los núcleos radiactivos. Incluye a las partículas alfa, beta, protones, neutrones y otras partículas que sólo se producen por los rayos cósmicos o en aceleradores de muy alta energía, como los piones o muones. La s par t í c u l a s in t erac c i o na n d e f or m a di r e ct a con los electrones y el núcleo de los átomos del medio. La s radi a c ion es alf a y be t a se corresponde n c o n verdaderos cambios nucleares pues el núcleo modifica su naturaleza Se caracterizan por su capacidad de ionización que es proporcional al nivel de energía y por su capacidad de penetración en la materia que es inversamente proporcional al tamaño de las partículas

112. Origen y características La radiación corpuscular puede provenir de fuentes naturales y ar tifi c iale s Fuentes artificiales : aparatos de rayos X, de aplicación médica o industrial, los aceleradores de partículas de aplicaciones médicas, de investigación o industrial, o materiales obtenidos mediante técnicas nucleares, como ciclotrones o centrales nucleares. Fuentes naturales: radioisótpos presentes en el aire (como el Rn-222 o el C-14), el cuerpo humano (C-14), algunos alimentos, la corteza terrestre y algunas rocas o del espacio (radiación cósmica)

113. Tipos de radiación corpuscular Emisión o desintegración alfa P r o ce d e d e un a d e sin t eg ra ció n viole n t a y e s u n a radiación corpuscular de naturaleza eléctrica positiva. La partícula α sólo es emitida por los núcleos pesados Su naturaleza corpuscular o de partícula queda demostrada porque al interponer una hoja de papel en un haz de partículas α, éstas son detenidas completamente

114. Tipos de radiación corpuscular Emisión o desintegración alfa L a par t í c u l a α e s t á c ompu e s ta por 2 p r otone s y 2 neutrones, su A es igual a 4. Para emitir una partícula α, él núcleo tiene que ser inestable y cuando pierde 2 unidades de carga positiva y 4 unidades de masa, el átomo resultante es muy diferente pues ocupará 2 lugares menos en la tabla periódica y será 4 unas más ligero. Estas características de carga y de masa hizo suponer que las partículas α eran núcleos de helio lo que quedó demostrado finalmente por Rutherford .

115. Tipos de radiación corpuscular Ejemplos: Ra – 226 α + Rn – 222 (Z del Ra = 88, Z del Rn = 86) (Z del Po = 84) Rn – 222 α + Po – 218 226 – 88 / 88 = 1,5 inestabilidad

116. Tipos de radiación corpuscular La velocidad de emisión de las partículas α es muy alta 1,6.10km/s Posee una energía cinética de 4 a 7 Mev T i ene n u n gra n po d e r d e io n iz a c i ó n y p uede n or i g i na r gr a n cantidad de iones al chocar con otras moléculas. Ioniza ~ 40.000 átomos / cm de aire Su recorrido es corto, oscila entre 3 y 8 cm en el aire a presión normal y hasta 100 µm como máximo en los tejidos blandos. Este corto alcance se debe a su elevada masa y a su carga, transfieren con facilidad su energía cinética a los electrones de otros átomos provocando ionizaciones.

117. Tipos de radiación corpuscular ● Como consecuencia de las ionizaciones que provoca, la partícula α p ie rde r á p i dame nte su energ í a c i n é t ic a y s u recorr id o en la materia es muy corto. ● A l i r p erd i en d o l a en erg í a a l fi n a l c apta 2 e le c t r o n e s y se convierte en un átomo de helio. ● L a rad i a c i ón α d e s d e u n a f u e nte e x t erna e s c omp l eta m ente i n ofen s iv a p u e sto que l a en erg í a s e d e po s i ta en l as c a p as superficiales de la piel. ● Por e l c o ntrar i o, c o m o f u e nte i n t erna d e ra d i a c ió n re s u l t a muy dañina, si un radioisótopo emisor de partículas α se deposita en el interior del cuerpo, puede irradiar severamente los tejidos locales ● Un isotopo emisor alfa es el plutonio-238.

118. La contaminación interna ocurre cuando las personas tragan o inhalan materiales radiactivos o cuando los materiales radiactivos ingresan al cuerpo a través de una herida abierta o se absorben a través de la piel. Ciertos tipos de materiales radiactivos permanecen en el cuerpo y se depositan en diferentes órganos. A la  radiación interna  también se le conoce como braquiterapia. Para esta terapia, se coloca un implante radiactivo dentro o cerca del tumor en el cuerpo. Por lo general, la colocación del implante es un procedimiento que no causa dolor.

119. Tipos de radiación corpuscular Emisión o desintegración beta negativa ● Es más frecuente que la emisión α. ● De naturaleza eléctrica negativa es también una radiación corpuscular ya que puede resultar detenida, aunque menos, por finas láminas metálicas. ● Es propia de núcleos muy ricos en neutrones ● Se demostró que las partículas β son idénticas a los electrones y eran expulsadas del núcleo donde habían sido creadas. ● Su energía cinética es tan grande que escapa del núcleo. ● Como en el núcleo atómico no hay electrones, hemos de suponer que cuan d o u n radionúc l id o s e des in tegr a p or este p r o ces o u n neutrón s e transforma en un protón y un electrón. ● Se trata de una desintegración neutrónica que tiene lugar en el interior del núc leo.

120. Tipos de radiación corpuscular Emisión o desintegración beta negativa ● El resultado neto de la emisión β es que el número atómico aumenta en una unidad pero el número másico permanece invariable. ● Se obtiene un nuevo elemento cuyo Z es una unidad mayor que el original. ● El resultado de la desintegración del neutrón son tres partículas: • Un protón (formará el nuevo elemento) • Un electrón (partícula beta) • Un antineutrino. ● E l a n t i n e ut r in o n o t i e n e c ar g a y s u m as a e n r e p o s o e s n u la . E s la partícula neutra acompañante.

121. Tipos de radiación corpuscular n p + + e - + ṽ Z X A -1 β - (e - ) + (Z+1) Y A + ṽ 53 I 131 54 Xe 131 -1 β - +

122. Tipos de radiación corpuscular ● La emisión beta se diferencia de la alfa por su masa y su c arga . ● Son partículas ligeras con un A = y carga negativa. ● L a úni c a dif e ren ci a en t r e l o s el e c t r one s y l a s pa r tí c ul a s beta es su origen. ● La s pa r tí c ul a s be t a , un a v e z qu e s o n em iti da s po r u n r ad i oi s ó t opo , a t r a v i e s a n e l a i re i oniz a nd o uno s c i e n t o s d e átomos por centímetro de recorrido. ● El alcance de las beta es mucho mayor que el de las alfa. Emisión o desintegración beta negativa

123. Tipos de radiación corpuscular Dependiendo de la energía que lleven pueden atravesar ent r e 1 y 10 c m . d e a i r e ó 1 - 2 c m . d e te ji d o b l and o Su velocidad es aproximadamente igual a la velocidad de la luz 3.10⁸m/s y su energía cinética de 0 a 7 MeV. Cuando la partícula ha perdido su energía, se detiene y se combina con un átomo deficitario en electrones. Un radioisótopo emisor beta puro es el estroncio-90. Emisión o desintegración beta negativa

124. Tipos de radiación corpuscular Emisión o desintegración beta positiva ● L a d e si n t e gra c ió n β + e s caract e r ístic a d e lo s n úc le o s muy ricos en protones. ● Es casi igual a la β - pero el núcleo se desintegra y emite un positrón (electrón con carga positiva). ● La partícula neutra acompañante es el neutrino. ● Da lugar a un elemento cuyo número atómico es una unidad men o r ● C o mo n o existe n e lec t r o n e s e n e l n úcl eo h a y q u e su p o n er que un protón se transforma en un neutrón. ● Es una desintegración protónica que tiene lugar, también, en el interior del núcleo.

125. Tipos de radiación corpuscular Emisión o desintegración beta positiva Z X A (Z – 1) Y A + β + (e + ) + ν p + n + e + + ν

126. Tipos de radiación corpuscular Emisión o desintegración beta positiva Este proceso se ha creado en laboratorios, centrales nucleares y en explosiones atómicas. No hay núclidos naturales que se desintegren así. El positrón es la antipartícula del electrón. Tiene la misma masa y una carga igual a la del protón. Al ser una antipartícula es anitmateria y cuando se encuentra con un electrón, se produce la aniquilación de ambos, desapareciendo y transformándose en energía en forma de radiación gamma

127. Tipos de radiación corpuscular Desintegración por captura electrónica Se produce una absorción por parte del núcleo de un electrón de l o s or b i t a l es i nt e rno s. E l e l e c t ró n se c omb i n a c o n u n prot ó n , se genera un neutrón y se emite un neutrino. El hueco dejado por el electrón es ocupado por uno de órbitas más e x t e rna s e m i t i é ndo se rad i a c i ó n e l e c t r o magnét i ca d e a l t a e n ergí a (diferencial energético entre ambos orbitales). El núclido que se origina tiene igual número de masa atómica (A) y s u n ú mer o a t ómi c o (Z ) e s u n a unida d me n o r . L a co n sec u e n c ia e s ig u al q u e la d e l a em i s ió n d e par tí cu la s p os it iv as

128. Desintegración por captura electrónica Tipos de radiación corpuscular Es un proceso competitivo con la desintegración protónica. A veces un mismo radionúclido puede desintegrarse alternativamente por β + o por captura electrónica y se origina el mismo radionúclido hijo. La captura electrónica es más frecuente en elementos pesados en los que el radio de los orbitales es más pequeño. Tanto la desintegración ꞵ+ como la ꞵ- y en la captura electrónica, el radionúclido hijo es isóbaro del radionúclido padre. Z X A + e - ( Z – 1 ) Y A + ν

129. Desintegración por transición isomérica A lgu n o s ra dio n ú c lid o s s o n i ne s table s p or estar e n u n nivel e ne r gé t ic o superior al normal para ese núclido. La transición isomérica es el proceso por el cual un núclido pasa de un estado de excitación a otro de menor energía. Se ac o m p a ñ a d e l a emisió n d el e x c e d ent e e n er g ét i c o e n f or ma d e radiación gamma. Normalmente la duración del estado de alta energía es muy breve y la emisión gamma se suele acompañar con la emisión de partículas α o β. Si el núclido excitado permanece en estado de alta energía durante un tiempo suficiente para ser directamente observado se llama metaestable ( por ejemplo el Tc 99) Este último tipo de radionúclidos son emisores γ puros. Tipos de radiación corpuscular

130. Emisión de neutrones Es la emisión nuclear de un neutrón y se genera un núclido hijo de igual número atómico pero con un número de masa atómico menor. Se trata de un isótopo del núclido padre. A Z X A-1 Z X + n º Tipos de radiación corpuscular

131. Ti p o d e Símbolo N º m á s i c o = A Carga Origen Alcance Alcance Resultado neto de la radiación a p r ox i m a d o e n e l a p r o x i m a d o e n emisión aire l o s t e j i d o s blandos Alfa  4 +2 Núcleos r a d i ac t i v o s pesados 1 - 1 c m H a s t a 0, 1 m m A X  A- 4 Y + 4  Beta  -1 Núcleos r a d i ac t i v o s - 10 m - 2 c m A X  A Y + - 1  Gamma  Núcleos r a d i ac t i v o s - 10 m - 30 c m A s o c i a d a a emisiones  o  o emisión  pura ( A X   A X +  )

132. I n t eracció n d e l a s p art í cul a s cargadas con la materia

133. ● La radiación pierde parte o toda su energía cediéndola al medio que atraviesa mediante distintos mecanismos de interacción ● Dependen del tipo de radiación, de su energía y de las propiedades del medio material con el que interaccionan. ● La interacción coulombiana es predominante ● Se debe a las fuerzas eléctricas producidas entre la partícula incidente y los electrones y núcleos del medio absorbente. ● Se produce una pérdida casi continua de la energía de la partícula, hasta llegar a su detención. ● Los procesos de interacción de la radiación con la materia son la causa de los efectos producidos por las radiaciones

134. ● La interacción de la radiación con un material det e rm i na d o de p end e f unda m ent a l m ent e d e su carga eléctrica y su masa: ➢ P ar t í cul as c a r g adas “ li g eras” ( r a d i a c i ó n beta, electrones y positrones) ➢ Partículas cargadas “pesadas” (radiación alfa, iones, protones) ➢ Partículas con masa y sin carga (neutrones) ➢ Partículas sin carga y sin masa (radiación gamma y rayos X)

135. TIPOS DE COLISIONES Colisión elástica Colisión inelástica Colisión Radiativa

136. Tipos de colisiones ● Colisión elástica: • Se conservan tanto la energía cinética como la cantidad de movimiento. • La partícula se desvía de su trayectoria, cediendo parte de su energía en forma de energía cinética. • No se produce en el medio ninguna alteración atómica ni nuclear.

137. Colisión elástica e- e -

138. Tipos de colisiones ● Colisión inelástica: • Se conserva la cantidad de movimiento, pero no la energía cinética. • Se modifica la estructura electrónica de los átomos del medio • S e o ri g in a n e x ci t a c i ó n , i o n iza c i ó n o d is o c ia c i ó n .

139. Tipos de colisiones ● Colisión radiativa: • L a p a rtíc u la ca r gad a s e " f r en a " o " des ví a " en su interacción con los átomos del medio • Se emiten ondas electromagnéticas . • S e p r odu ce co n m ayo r p ro bab i l i d a d e n las proximidades del núcleo atómico

140. Interacción con los electrones ● L as p art í cu la s l i ge r a s co m o los electrones, positrones y las partículas beta interaccionan con la materia a través de la fuerza coulombiana entre su carga y la carga negativa de los electrones de los átomos del material que atraviesan

141. Interacción con los electrones Ionización ● Si la energía transferida es superior a la energía de enlace del electrón colisionado, éste abandona el átomo y se crea un ión positivo. ● Es t e t i p o d e i o n iz a c i ó n or i gi n ad o p o r l a transfer e nci a d e l a e n er g í a d e l a pa r t ícu l a car g ad a a l o s e l e c t r o ne s a t ó mic o s, recibe el nombre de ionización primaria . ● Si los electrones producidos en la ionización primaria tienen e n er g í a sufic i ent e p a ra pr o duc ir n u e v a s i o n izac io n e s e n e l medi o se g e n e ran i o n izaci o n e s s e cun d ar ia s .

142. Interacción con los electrones Excitación Si la energía transferida es insuficiente para producir ionización, e electrón no puede ser expulsado, pero sí puede ascender a una órbita de mayor energía. El electrón excitado retornará en un tiempo muy corto al nivel de partida, devolviéndose la energía en forma de radiación electromagnética, en las transiciones radiativas, transformándose en calor en las transiciones no radiativas.

143. Interacción con los electrones Disociación: Cu a nd o la e n e rgía ce d ida a u n a m o l é c ul a a l c a n z a cier t o v a l o r crítico, puede producirse el fenómeno de disociación o radiolisis . Este proceso consiste en la ruptura de enlaces químicos moleculares y produce transformaciones químicas en las sustancias irradiadas. Los efectos más intensos de la radiolisis se produce en moléculas con uniones covalentes, cuya disociación da lugar a ala formación de radicales libres. E l pr o c es o p u e d e s e r f á c i l m en t e v i s uali z a d o con u n ej e m plo típico: la radiolisis del agua .

144. Radiolisis del agua

145. Interacción con los electrones ● La s p art í c u l a s c a rg ada s pe s a d a s c o m o l a s p a r t í c u l a s a l fa interaccionan fundamentalmente con los electrones atómicos. ● S i e l me d i o a bs o r b e n te e s u n ga s m o n o a t ó m i c o , e l p r o c e so fundamental de pérdida de energía es la ionización, y en menor escala, la excitación. ● En todos los casos, las partículas van perdiendo paulatinamente su energía, hasta que se detienen y capturan dos electrones del entorno, convirtiéndose en átomos de helio.

146. Interacción con los electrones ● La s pa r t í c u l a s a l fa p ro du c e n un a i on i z a ci ón muy e l e v a d a , ya qu e p i e r de n l a t o ta l i da d de su ene r g í a e n u n r e co rri do m u y c o r t o . ● Si la energía de la partícula es muy alta, pueden salir muchos e l e c tr o n es de l m a t er i a l , y e stos a su v e z t end r á n e ne r g í a suficiente para seguir produciendo ionizaciones ● Si la velocidad de la partícula es mayor que la velocidad de la l u z e n e s e me d i o , e mi t i r á ra d i ació n C he r en k o v ( l u z b l an co a z ul ada ).

147. ¿Qué es la radiación Cherenkov? En 1 9 34 C heren k ov de sc ri b i ó e s t e f e nóme n o a l ob s er v ar como una botella de agua sometida a un intenso bombardeo radiactivo brillaba con un gran resplandor azul. Pe r o e s t e e f e c t o f ue ob s erva d o por p ri m e r a vez por l os Premios Nobel de Física Pierre y Marie Curie en 1900. Cuando una partícula viaja a velocidades superiores a la de la luz en un medio cualquiera (distinto del vacío), su enorme v e l o c i dad c rea u n a onda d e c hoque que a c ompa ñ a a la partícula.

148. ¿Qué es la radiación Cherenkov? La producción de esa onda de choque quita a la partícula una parte importante de su energía. Esa energía se pierde en forma de un fotón que vibra en la frecuencia del color azul. E l f o t ó n e s em itid o en un ángu l o m uy c on c r e t o , no en cualquier dirección y sólo si estamos ubicados en ese ángulo veremos la luz emitida.

149. Efecto Cherenkov en el interior de un reactor nuclear https://www.youtube.com/watch?v=NkwFAM2eYKI

150. Interacción con el núcleo ● E l núc le o atóm i co c o n c ent ra ca s i l a t o t a l i da d d e l a masa atómica así cuando las partículas cargadas interaccionan sobre él apenas se aprecia movimiento nuclear. ● En cambio, las partículas sí que experimentarán desviaciones de su trayectoria en mayor o menor grado dependiendo de su carga, su masa y de la carga del núcleo. ● Se producen colisiones radiativas que dan lugar a la radiación de frenado. ● E ste t i p o d e i nterac c i ó n e s fun d ament a l e n l a p r od u cc i ó n d e r a y o s X tant o e n equ ip o s d e radi o lo g í a d i agnóst i ca como en los aceleradores lineales

151. Interacción con el núcleo Radiación de frenado ● C u a n d o un a p a r t ícu l a i nci d ent e c o n m a sa y ca r g a e l éctric a , i nteracc i on a c o n e l c a mpo e l éctric o d e u n n úc l e o a t ó mic o , experimenta la acción de una fuerza eléctrica y por tanto una aceleración. ● L a p art íc ul a c a rga d a, a l s u fr i r u n a v a ri a ci ó n s ú bit a d e su v e loc id a d, em i t e ra d iac ió n el ec t r oma g nét i c a e n form a d e u n fotón de frenado. ● Conocida como Bremsstrahlung ● L a s p a r t ícu l a s l i g eras , d e bi do a su pe q ue ñ a mas a , s u f r e n g r an d e s d esvi a ci on e s y e n co n sec u enc i a se em i t e muc h a radiación de frenado.

152. Interacción con el núcleo ● La interacción de las partículas beta con los núcleos es predominante a altas energías y absorbentes pesados. ● La desviación experimentada por las partículas pesadas es pequeña y se produce poca radiación de frenado. ● Si la interacción se produce sobre núcleos atómicos muy pesados (alto número atómico) se emite gran cantidad de radiación de frenado. ● Por lo tanto se producirá mayor cantidad de radiación de frenado si las partículas cargadas son ligeras, tienen energías altas y colisionan a gran velocidad contra materiales p e s a d os

153. Colisión r a d i ac t i v a e - e - Radiación de frenado (Bremsstrahlung)

154. Interacción de las partículas neutras con la materia Neutrones y fotones

155. ● Las partículas neutras no sufren interacción eléctrica, ejercen su acción a distancia y sólo actúan mediante el choque directo. ● C om o no ti e ne n carga n o d an l ug ar a radiación de frenado. ● La radiación de partículas neutras es muy penetrante en la materia

156. ● Lo s neu t r one s puede n a t r ave s a r mucho s c e n tí m e t r o s de materia sin producir ningún tipo de interacción con l os electrones de la corteza. ● Interaccionan únicamente con los núcleos del material. ● Según sea su energía puede ocurrir que: • E l neu t ró n s e a ab s or bid o por el núcle o y d e sapar ez c a c o m ple t a m en t e • El neutrón sufra un cambio abrupto en su energía y/o dirección de movimiento. • Este proceso se denomina dispersión. Los materiales de bajo nú m e ro m á s i c o s o n lo s indicado s pa ra f r ena r l a r adiació n de neutrones y constituye el principal medio de protección frente a ellos .

157. ● E n l a i n ter a c c i ó n d e l os f o t o n e s c o n l a m a t e r i a ( “ pa r t í c u l a s si n carga y sin masa”) se puede producir: • Efecto fotoeléctrico : el fotón es absorbido por un electrón del medio y éste adquiere la energía suficiente para salir del átomo al que estaba ligado. • Efecto Compton : el fotón es desviado un cierto ángulo por un electrón del medio. • Creación de pares : un fotón con cierta energía mínima (mayor d e 1 ,0 2 2 M eV ) e s ab s o r b i d o e n l a p r oxi m ida d de u n c a m p o coulombiano nuclear, dando lugar a un electrón y un positrón. ● P a ra u n m a t e r i a l d e t e r m i na d o , en l o s f o t on es d e ba j a ene r g ía do m i n a e l e f e cto f o to e l é ctr i co, en l o s d e e ne r g í a s i nt e r m ed i a s domina el efecto Compton, y en las energías muy altas lo hace la producción de pares.

158. Radionúclido padre Radionúclido hijo Tipo emisión/energía 99 Mo 99m Tc γ 140 keV 81 Rb 81m Kr γ 190 keV 191 Os 191 Ir γ 129 keV 195m Hg 195m Au γ 262 keV 89 Sr 82 Rb β + 511 keV 68 Ge 68 Ga β + 511 keV Generadores usados en Medicina Nuclear

159. Ondas materiales: el sonido y los ultrasonidos

160. "Dos cosas son infinitas: el universo y la estupidez humana; y yo no estoy seguro sobre el universo.“ Albert Einstein