MATERIA: MEDICINA NUCLEAR
CARRERA: INGENIERÍA BIOMÉDICA
F.C.E.F.y N - U.N.C.
Año: 2008
Lic. G. R. Vélez – Lic. A. Martínez – Lic. M.L. Haye.
PRINCIPIOS FÍSICOS DE LAS RADIACIONES IONIZANTES
CONCEPTOS SOBRE FÍSICA ATÓMICA Y NUCLEAR
ÁTOMO
NÚCLEO
r = 10-14m
Protones
Carga + (1,60x10-19C)
Neutrones
Sin carga
Masa ~1900 veces la del eNucleones
NUBE DE ELECTRONES
r = 10-10m
Masa pequeña comparada con el núcleo
Ocupan gran parte del espacio
Carga - (1,60x10-19C)
El número de electrones y de protones es el mismo para que el átomo sea
electricamente neutro.
Los átomos difieren unos de otros por la constitución de su núcleo y el número y
arreglo de sus electrones.
Un átomo queda completamente especificado por:
A
Z
X
Z
Número Atómico
Número de protones en el núcleo (o número
de electrones)
A
Número Másico
Número de nucleones.
X
Simbolo químico del elemento
ISÓTOPOS
Átomos con el mismo número de protones pero diferente número
de neutrones
ISÓTONOS
Átomos con el mismo número de neutrones pero diferente
número de protones.
ISÓBAROS
Átomos con el mismo número de nucleones pero diferente
número de protones.
ISÓMEROS
Átomos con el mismo número de protones y el mismo número de
neutrones, pero difieren en el estado de energía del núcleo.
Ciertas combinaciones de neutrones y protones resultan en nucleidos
estables, es decir no radioactivos.
RADIOACTIVIDAD
La radioactividad fue descubierta por Henri Becquerel en 1896. Es el
fenómeno por el cual el núcleo de un elemento emite radiación. Esta
radiación puede ser en forma de partículas, radiación electromagnética o
ambas.
Un núcleo radioactivo tiene exceso de energía que es constantemente
redistribuida entre los nucleones mediante colisiones entre ellos. Una de estas
partículas puede ganar suficiente energía como para escapar del núcleo,
permitiendo que éste alcance un estado de menor energía.
Puede suceder que, aún emitiendo una partícula, el núcleo permanezca en un
estado excitado, por lo que seguira emitiendo partículas o rayos  hasta alcanzar
la estabilidad o el estado de menor energía.
RADIOACTIVIDAD NATURAL
En los núcleos estables, ninguna partícula adquiere suficiente energía como para
escapar.
En los núcleos radioactivos, es probable, que las partículas ganen suficiente energía
como para escapar. Esta emisión de partículas es totalmente probabilística y no se
puede saber cuándo ocurrirá.
Proceso de
Desintegración
Se emiten partículas α, partículas  y/o rayos 
Z < 82
Tiene al menos una configuración estable
Z > 82
Son radioactivos y se desintegran hasta llegar a
un isótopo del Pb estable.
Elementos con:
Tres series para los elementos radioactivos naturales: Serie del Uranio, Actinio y
Torio
SERIE DEL URANIO
RADIOACTIVIDAD ARTIFICIAL
Nuevos isótopos se producen bombardeando núcleos estables con n, p de alta
energía, deuterones, partículas α o rayos .
Estos núcleos deben bombardearse por períodos de tiempo largos, y en un haz
intenso, ya que la probabilidad de que ocurra una colisión es muy pequeña.
Ciclotrón,
betatrón,
Dispositivos que se usan para esto:
generador Van de Graaff,
acelerador lineal,
reactor nuclear
Ejemplos: Co-60 (n), Li-7 (n), Cu-62 (), B-10 (H-2 deuterón)
EJEMPLOS DE REACCIONES NUCLEARES
Reacción α, p
Es una reacción en la cual una partícula α interactúa con un núcleo, para formar un
núcleo compuesto, el cual se desintegrará emitiendo un protón p, dando origen a un
nuevo núcleo.
A
Z
X  He 
4
2
A3
Z 1
Y H Q
1
1
Q es la energía absorbida o
liberada en la reacción.
Reacción α, n
Es la reacción en la cual se bombardea un núcleo con partículas α, con la subsecuente
emisión de neutrones n.
9
12
Be ( , n ) C
Bombardeo con p
La reacción más común es la captura de un p por el núcleo y la emisión de un rayo ,
reacción p, .
7
8
Li ( p ,  ) Be
ACTIVACIÓN DE NUCLEIDOS
Los elementos pueden transformarse en radioativos mediante
numerosas reacciones nucleares.
Que se lleve a cabo una reacción nuclear depende de varios parámetros:
Número de partículas que bombardean el núcleo
Número de núcleos blanco
Probabilidad de ocurrencia de la reacción nuclear o
sección eficaz.
(Este último depende del núcleo blanco y del tipo de partícula con la que se lo bombardea).
Otro aspecto importante, es que cuando un isótopo es activado, aumenta su
actividad exponencialmente.
DECAIMIENTO EXPONENCIAL
El proceso de decaimiento radioactivo o desintegración
es un fenómeno estadístico.
Sin embargo, se puede predecir en forma precisa, de un grupo de átomos, la
proporción de átomos que se desintegrará en un período de tiempo.
Matemáticamente: El número de átomos que se desintegra por unidad de
tiempo (N/t), es proporcional al número de átomos radioactivos
presente (N).
N
t
 N
 es una constante de proporcionalidad
o
N
t
 N
CONSTANTE DE DECAIMIENTO
El signo – indica que el número de átomos radioactivos decrece con el tiempo.
Si N y t son suficientemente pequeños, pueden reemplazarse por
los respectivos diferenciales dN y dt y así se obtiene la ecuación
diferencial.
dN
 N
dt
Que tiene como solución, la Ecuación de Decaimiento Radioactivo
N  N 0e
 t
Donde N0 es el número inicial de átomos radioactivos, t es el tiempo
transcurrido y  es la constante de decaimiento del elemento.
EJEMPLO
Estimar el número de átomos presentes luego de 60 días, si inicialmente
había 108 átomos de Au–198 en la fuente.
 = 2,7 días (Au-198)
N  N 0e
N0 = 108 átomos
 t
t = 60 días
 
ln 2
 = 0,257 1/días

N  10 e
8
 0 , 257
1
días
60 días
 201
átomos
ACTIVIDAD
La Actividad, A, se define como la tasa de decaimiento de
un material radioactivo.
Si se reemplaza N/t por A en la ecuación
Se obtiene
A  N
Y se puede expresar
A  A0 e
N
t
 N
 t
Donde A es la actividad al tiempo t y A0 es la actividad original igual a N0.
1Ci (Curie) = 3,7x1010 desint./seg. (dps)
Unidades
1Bq (Becquerel) = 1dps = 2,7x10-11 Ci
(SI)
EJEMPLO
a) Calcular la constante de decaimiento del Co-60 ( = 5,26 años) en meses
b) Calcular la actividad de una fuente de 5000 Ci de Co-60 luego de 4 años
a)
 
ln 2

Luego
 = 5,26 años = 63,12 meses
y
 = 1,0979x10-2 1/meses
b)
t = 4 años = 48 meses
A  A0 e
 t
 5000 Ci  e
 2952 Ci
 1 , 0979 10
2
1
mes .
 48 mes .
TIEMPO DE VIDA MEDIA
El tiempo de vida media,  o T1/2, de un elemento radioactivo
se define como el tiempo requerido para que, tanto la
Actividad (A) como el Número de Átomos (N), decaiga a la
mitad de su valor inicial.
N
Entonces, si
N0

1
A
o
2
A0

1
2
Para t =  se obtiene, de las ecuaciones de decaimiento
exponencial
1
2
e
 
o
 
ln 2
