Física y radiación

• Estudio de las radiaciones y sus efectos en la materia es el objetivo de la física radiológica.
• Las radiaciones son energía o partículas producidas por cuerpos, capaces de alterar la materia visible o no.

El Átomo

• El átomo, unidad básica de la materia, contiene protones y neutrones en el núcleo, y electrones en órbitas alrededor.
• Los protones tienen carga positiva y ocupan la mayor parte del núcleo atómico.
• Los electrones, de carga negativa, están en movimiento constante.
• Los electrones tienen una dualidad onda-corpúsculo ya que pueden comportarse como partículas y ondas.
• Los neutrones, sin carga, están en el núcleo y varían en cantidad, dando lugar a los diferentes isótopos.

Isótopos

• Los isótopos tienen el mismo número de protones y electrones, pero diferente número de neutrones.
• Isótopos tienen idéntico número de protones, pertenecen al mismo elemento, aunque difieren en número de neutrones y masa atómica, pero mantienen la misma carga nuclear.

Modelos Atómicos

• Los modelos atómicos son representaciones teóricas que explican la estructura y el comportamiento de los átomos.

El Átomo y la Energía

• Los átomos cambian según la energía aplicada.
• Las moléculas del átomo cuando se desestabilizan liberan energía en forma de radiación.
• La energía determina la posición de los electrones.
• Energía se libera cuando electrones brincan orbitales.
• Las fuerzas nucleares mantienen unidos protones y neutrones en el núcleo; al separarse, liberan energía nuclear.

Radiación Electromagnética y de Partículas

• La radiación es la emisión, propagación y transferencia de energía como ondas electromagnéticas o partículas.

Energía y Radiaciones

• La energía se presenta de diferentes formas: cinética (movimiento de electrones), potencial (energía almacenada), y calorífica (manifestación de calor).
• Los electrones tienen características de partículas y ondas.
• La clasificación de radiaciones se realiza según la longitud de onda y su frecuencia.

Radiación Ionizante y no Ionizante

• La longitud de onda (λ) es la distancia que recorre una perturbación periódica en un ciclo, y su amplitud influye en el efecto sobre la materia.
• A menor longitud de onda, mayor es la energía de la radiación; las de onda corta son las más peligrosas.
• La longitud de onda se mide en nanómetros (nm).
• La frecuencia (f) determina el número de repeticiones de una onda por unidad de tiempo, medida en hercios (Hz).
• Una mayor frecuencia implica una radiación más peligrosa.
• Longitud y frecuencia de onda están inversamente relacionados.
• Los rayos gamma tienen longitud de onda menor a 10-10-12 m.
• Los rayos X tienen longitud de onda entre 10-10-12 m y 10-10-9 m.
• La radiación ultravioleta posee una longitud de onda entre 10-10-9 m y 380-10-9 m.
• La longitud de onda de la luz visible está entre 380-10-9 m y 780-10-9 m.
• Los infrarrojos tienen longitud de onda entre 780-10-9 m y 0.001 m.
• Las microondas poseen una longitud de onda entre 0.001 m y 30 cm.
• Las ondas de radio tienen más de 30 cm de longitud de onda.
• La radiación no ionizante no puede remover electrones de la materia, por lo que no produce cambios químicos y tiene longitudes de onda altas y frecuencias bajas (infrarrojos, microondas, ondas de radio).
• La radiación ionizante puede causar cambios químicos al remover electrones de los átomos, llegando a la pérdida de partículas subatómicas, lo que resulta peligroso.
• Las partículas alfa (α) que son núcleos de helio, tienen 2 protones y 2 neutrones, y son radiaciones ionizantes densas con poca capacidad de penetración.
• Las partículas beta (β) son electrones liberados por reacciones físicas o químicas, con más capacidad de penetración que las alfa.
• Las partículas gamma (ү) son radiaciones electromagnéticas sin masa ni carga, con gran poder de penetración.
• Los neutrones son partículas subatómicas sin carga y alta capacidad de penetración, que pueden generar radiaciones ionizantes al impactar con el núcleo de los átomos.

Interacciones de la radiación con la materia

• La detección de la radiación se basa en sus efectos sobre la materia.
• Cuanto más energética una radiación, produce más calor.
• Los electrones al liberarse producen luz de diferente longitud de onda.
• Las proteínas y los ácidos nucleicos pueden alterarse al interaccionar con radiaciones, a pesar de los mecanismos de protección del cuerpo (ultravioleta>quemaduras, cáncer; Rayos X o gamma>ADN, gametos).

Ondas Materiales y Ultrasonidos

• Las ondas materiales y ultrasonidos se utilizan para obtener imágenes sin invadir el cuerpo.
• El sonido es la propagación ondas mecánicas en un medio, caracterizadas por una frecuencia y longitud de onda específicas, necesitando un medio material y una fuente de vibración para su producción.
• El ultrasonido es inaudible.

Caracterización de las Ondas Periódicas

• Las ondas son alteraciones mecánicas de la materia al propagarse.
• La dirección de las hondas puede ser longitudinal o transversal.
• Velocidad es el espacio que recorren las ondas por unidad de tiempo.
• Intensidad (dB) es la potencia de la onda relacionada con la distancia a la fuente.
• Frecuencia (Hz) es el número de repeticiones de una onda por unidad de tiempo.
• Periodo es el tiempo entre cada repetición de una onda.
• Longitud de onda es el espacio en la onda de repetición.
• Amplitud distancia entre uno de los puntos más altos de la onda y el centro.
• Una fuente de vibración y un medio material necesarios para poder propagar las hondas.
• Reflexión ocurre cuando estas regresan a su origen sin alterar su dirección.
• Refracción ocurre cuando una onda pasa de un medio a otro cambiando su velocidad y dirección.
• Difracción desviación y alteración de la onda al encontrase con un obstáculo o al atravesar una grieta estrecha.
• Ocurre la Interferencia es la superposición de dos ondas hace que se cree una onda más longitud.
• El efecto Doppler es el cambio en la frecuencia cuando el emisor esta en movimiento, aumentando al acercarse y disminuyendo al alejarse.

Magnetismo

• No recurre a la radiación, por lo que resulta es menos nociva para la salud de las personas.
• El campo Magnético es el campo de fuerza por el movimiento de cargas eléctricas que altera las propiedades de los átomos en función de su carga; se mide en Teslas (T).
• Los polos opuestos se atraen.
• Los polos iguales se repelen.
• El electromagnetismo ocurre al desplazarse una carga eléctrica, creando un campo magnético con imanes artificiales (electroimanes) al circular la electricidad por una espiral, solenoides.

Material magnéticos

• Hay tres tipos:
• Los diamagnéticos no se pueden magnetizar ni presentan atracción o repulsión al interactuar con campos magnéticos (madera, vidrio, cemento, oro).
• Los paramagnéticos reaccionan débilmente a los campos magnéticos (aluminio, platino).
• Los ferromagnéticos son muy atraídos por los imanes por su alta susceptibilidad (metales alinearse con campos magnéticos).
• Las tejidos del cuerpo tienen propiedades magnéticas débiles, por lo que requieren imanes fuertes para obtener imágines claras.

Aplicaciones clínicas de radiaciones ionizantes

• Bien aplicadas ayudan a eliminar amenazas (cáncer) y obtener imágenes del interior del cuerpo de manera no invasiva.
• La radioterapia utiliza radiaciones para tratar problemas médicos (cáncer), donde el beneficio supera al daño.
• La boquiterapia funciona con un implente que hace que el paciente radioactivamente vaya actuando sobre él, de forma temporal o permanente.
• En la teleterapia y en equipos externos se irradia la zona afectada (LINAC, 3DcRT, IMRT).
• Las imágenes para el diagnóstico ayudan a evaluar estructuras internas del cuerpo.
• La radiografía común usa un haz de Rayos X donde las zonas pasan fácil, con zonas blandas, y zonas claras de radiación.
• En la tomografía computada la fuente de Rayos X hace recorridos a la zona que se escanea.
• Se usan imágenes tridimensionales.
• La tomografía por emisión de positrones mide la distribución de un fármaco inyectado para observar la actividad metabólica de órganos concretos.
• La tomografía computarizada usa una cámara que es sensible a los rayos gamma, siendo más sensible que la PET.
• Radiación utilizada durante una radioterapia guiada por la imagen (IGRT).
• Proporciona una imagen para el diagnóstico, permitiendo obtener imágenes sin necesidad de exponerse a la radiación
• La resonancia magnética excita los protones con campos magnéticos altos para obtener imágenes con mejor resolución que la radiografía.
• El ultrasonido(ecografía) es la manera menos incómoda o dañiña que usa el eco para medir la intensidad con la que el sonido rebota en las superficies de las estructuras y obtener imágenes en tiempo real.

Este cuestionario cubre conceptos básicos de física y radiación, incluyendo partículas subatómicas, tipos de energía, ondas y radiación ionizante y no ionizante. Evalúa la comprensión de los electrones, la longitud de onda, la frecuencia y la relación entre energía y longitud de onda.