Fundamentos Físicos y Equipo PDF - Resumen de Radiaciones y Ondas

FUNDAMENTOS FÍSICOS Y EQUIPO UNIDAD 1: Caracterización de las radiaciones y las ondas. Física Radiológica. Ciencia que estudia las radiaciones y cómo afectan a la materia. RADIACIONES: Energía o partículas producidas por algunos cuerpos y que pueden alterar la materia produciendo efectos que pued...

FUNDAMENTOS FÍSICOS Y EQUIPO UNIDAD 1: Caracterización de las radiaciones y las ondas. Física Radiológica. Ciencia que estudia las radiaciones y cómo afectan a la materia. RADIACIONES: Energía o partículas producidas por algunos cuerpos y que pueden alterar la materia produciendo efectos que pueden ser visibles o no. El Átomo (unidad básica de la materia) Encontramos tres partículas subatómicas, los protones y los neutrones en un núcleo y alrededor, en órbitas que pueden ir cambiando, los electrones. - Protones(+): Carga positiva y ocupan la mayor parte del núcleo. - Electrones(-): Carga negativa y en movimiento constante. Dualidad onda-corpúsculo; se pueden comportar como partículas y como átomos. - Neutrones: Carga neutra y localizada en el núcleo. Responsables de que existan diferentes isótopos. ISÓTOPOS (tipos especiales de átomos) Son elementos con la misma cantidad de protones y electrones, pero la cantidad de los neutrones varia. Tienen el mismo número de protones (y por lo tanto pertenecen al mismo elemento), pero un número diferente de neutrones. Tienen la misma carga nuclear pero diferentes masas atómicas. Modelos atómicos: Representaciones teóricas que explican la estructura y el comportamiento de los átomos. 1.1.3. El Átomo y la Energía. Los átomos van cambiando en función de la energía que se aplica sobre ellos. Las fuerzas que mantienen al átomo unido son muy fuertes, y cuando se desestabilizan se libera energía en forma de radiación. Los electrones de mueves en posiciones definidas dependiendo de la energía que contengan, en orbitales. Cuando saltan de una posición de más energía a otra de menos, se libera energía. En el núcleo nos encontramos con las fuerzas nucleares, mantienen a los protones y neutrones unidos. Cuando se desestabilizan, y sus componentes de separan, se libera energía en forma de radiación (energía nuclear). 1.2 Radiación Electromagnética y de Partículas. Radiación: Emisión, propagación y transferencia de energía en cualquier medio en forma de ondas electromagnéticas o particulares. 1.2.1. Energía y radiaciones. Principales formas en las que se presenta la energía: - Energía cinética: Energía que se manifiesta con el movimiento (electrones). - Energía potencial: Forma de energía que posee un objeto pero que no se manifiesta hasta que no se transforma en otro tipo de energía (presas). - Energía calorífica: Manifestación de energía en forma de calor (un cuerpo aumenta su temperatura). 1.2.2. La Teoría Cuántica (Dualidad Onda-Corpúsculo). Los electrones tienen características tanto de partículas como de ondas. 1.2.3. Espectro electromagnético. Es la clasificación de las radiaciones en función de la longitud de la onda y de su frecuencia. -Longitud de onda (λ): Distancia que recorre una perturbación periódica que se extiende por un medio en un ciclo. Amplitud que tienen las ondas y está muy relacionado con el efecto que tendrá sobre la materia. Cuanta más longitud de onda, menor energía en la radiación. Radiaciones de onda corta pueden ser peligrosas para la salud. Medida en nanómetros (nm). -Frecuencia (f): Número de veces que se repite una onda en una unidad de tiempo. Cuanto mas alta es la frecuencia, más peligrosa es la radiación. Medida en hercios (Hz). Cuanto más grande es la longitud de onda, más baja es la frecuencia, y cuanto más alta es la frecuencia, más baja es la longitud de onda. 1.3. Radiación Ionizante y no ionizante. Radiación NO Ionizante. Radiaciones que no son capaces de arrancar electrones de la materia, y por lo tanto no pueden producir cambios químicos. Tienen longitud de onda de valores altos, y frecuencia de valores bajos. (Infrarrojos, microondas, ondas de radio) Radiación Ionizante Puede producir cambios químicos en la materia debido a su capacidad para hacer que los átomos pierdan electrones e incluso la pérdida de otras partículas subatómicas. Son peligrosas. -Partículas alfa (α): Compuestas por núcleos de helio. 2 protones y 2 neutrones que van bombardeados. Partículas densas. Radiaciones ionizantes con menos capacidad de penetración. -Partículas beta (β): Electrones libres por reacciones físicas o químicas. Masa menos que las alfa, por lo que tienen más capacidad de penetración. -Partículas gamma (γ): Radiaciones electromagnéticas, carecen de masa y carga, por lo que tienen un gran poder de penetración. -Neutrones: Partículas subatómicas que no tienen carga y con mayor poder de penetración. Pueden producir radiaciones ionizantes al impactar con el núcleo de los átomos al desestabilizarlos. 1.3.1. Interacciones de la radiación con la materia La manera principal de detectar la radiación es mediante los efectos que tiene sobre la materia, estos pueden ser mínimos o de gran importancia, dependiendo de la energía que contenga. - Calor: Cuanto más energética es la radiación, mayor calor produce - Luz: Los electrones liberados pueden producir fenómenos luminosos de diferente longitud de onda - Efectos biológicos: Las proteínas y los ácidos nucleicos pueden alterarse al interaccionas con radiaciones. Nuestro cuerpo cuenta con mecanismos para protegerse, pero son limitados. (ultravioleta>quemaduras, cáncer. Rayos x o gamma>ADN, gametos) 1.4. Ondas Materiales y Ultrasonidos. Se utilizan para obtener imágenes de manera no invasiva. Sonido: Propagación de ondas mecánicas (de movimiento) en un medio y que se caracteriza por contar con frecuencias y longitud de onda específica. Para que pueda producirse el sonido se necesita un medio material (gas, solido, liquido) y una fuente de vibración. Ultrasonidos: Los ultrasonidos se diferencia de os sonidos, ya que son aquellos que las personas no podemos percibir directamente. 1.4.1. Caracterización de las Ondas Periódicas. Ondas: Alteraciones mecánicas de la materia que se propaga a través de ella. PROPIEDADES: Dirección: Lugar al que se dirigen las ondas (longitudinales o transversales). Velocidad: Espacio que recorren en un tiempo dado.  Intensidad (dB): Potencia acústica de la onda, relacionada con la distancia a la que nos situamos de la fuente (más lejos menos intensidad). Frecuencia (Hz): Número de repeticiones de una onda por unidad de tiempo. Periodo: Tiempo entre cada repetición de una onda. Longitud de onda: Espacio que abarca la unidad de la onda que se repite. Amplitud: Distancia entre el punto más alto de la onda y el centro. Para que las propiedades puedan darse y las ondas se propaguen se necesita una fuente de vibración y un medio material. 1.4.2. Comportamientos de las Ondas. Reflexión (eco): Regreso de las ondas a su origen, sin apenas ser alteradas, solo cambia la dirección Refracción: La onda pasa de un medio a otro, cambia su velocidad. Desviación de la onda. En el agua no se oyen claramente los sonidos de la superficie). Difracción: Desviación y alteración de una onda al encontrarse con un obstáculo o atravesar una rendija estrecha. Interferencia: Superposición de dos ondas al colisionar, dando lugar a otra de mayor o menor longitud.  Efecto Doppler: Cambio de frecuencia cuando el emisor esta en movimiento. Según se acerca la frecuencia aumenta, y según se aleja la frecuencia disminuye. 1. 5. Magnetismo. Con esta técnica no se recurre a la radiación, por lo que son menos nocivas para la salud de las personas. Campo Magnético: Campo de fuerza creado como consecuencia del movimiento de cargas eléctricas (flujo de la electricidad). Altera las propiedades de los átomos en función de su carga. Se mide en Tesla (T). PROPIEDADES: - Dos polos opuestos Norte y Sur. - Los polos opuestos se atraen. - Los polos iguales se repelen. Electromagnetismo: Cuando una carga eléctrica se desplaza, se crea un campo magnético. Los imanes artificiales, electroimanes, se producen haciendo circular la electricidad por una espiral, solenoides. 1.5.1. Materiales Magnéticos. Tres tipos: - Diamagnéticos: No pueden magnetizarse de manera artificial, ya que no presentan atracciones ni repulsiones cuando interactúan con campos magnéticos (madera, vidrio, cemento, oro). - Paramagnéticos: Reaccionan a los campos magnéticos de forma débil. (aluminio, platino). - Ferromagnéticos: Muy atraídos por los imanes por su alta susceptibilidad (metales>los electrones que circulan en su estructura tienen facilidad para alinearse con los campos magnéticos). Los tejidos del cuerpo tienen propiedades magnéticas muy débiles, por lo que se necesitan imanes muy potentes para obtener imágenes claras. 1.6. Aplicaciones Clínicas. Radiaciones Ionizantes Bien aplicadas nos ayudan a eliminar amenazas (cáncer) y obtener imágenes del interior del cuerpo de manera no invasiva. Radioterapia: Usar radiaciones para tratar problemas médicos (cáncer), el beneficio de ponerse a la radiación es mayor que el daño. 1) Braquiterapia: Implantar al paciente un pequeño implante radioactivo para producir la muerte de las células próximas. Se coloca cerca del tumor para que de forma pasiva vaya actuando sobre él. Pueden sr temporales o permanentes. 2) Teleterapia: La irradiación de la zona afectada se realiza mediante equipos externos (Aceleradores lineales de electrones LINAC, Equipos de radioterapia externa en tres dimensiones 3D-CRT, Equipos de radioterapia con intensidad modulada IMRT). Imagen para el diagnóstico: Obtención de imágenes de estructuras internas del cuerpo. 1) Radiología convencional: Único haz de Rayos X para obtener una imagen. Partes oscuras, de pase de radiación fácil (zonas blandas o huecos), y zonas claras de más dificultad de paso de radiación. 2) Tomografía computarizada (escáner o TAC): LA fuente de Rayos X gira en torno a la zona que se quiere escanear, con cortes anatómicos e imágenes tridimensionales. 3) Tomografía por emisión de positrones (PET): Mide la distribución tridimensional de un fármaco. Se inyecta en el paciente por vía intravenosa y se observa la actividad metabólica de órganos concretos.  4) Tomografía computarizada e emisión monofotónica (SPECT): Cámara sensible a los rayos gamma. Más sensible que la PET. Radiación NO Ionizante. Radioterapia: Se usan como guía para aplicar la radiación ionizante> Radioterapia guiada por la imagen (IGRT). Imagen para el diagnóstico: Permiten obtener imágenes sin necesidad de exponer a las personas a la radiación. 1) Resonancia magnética: Excitación de los protones que forman partes del cuerpo mediante fuertes campos magnéticos. Obtener imágenes con resoluciones incluso mejores que las obtenidas por radiografía. 2) Ultrasonido: Ecografía. Obtener imágenes incluso en tiempo real de manera inofensiva y muy cómoda. Medir la intensidad con la que el sonido rebota en las superficies de las estucturas.