Mas, se tem uma meia vida tão curta, de onde vem o 99 Tc usado nos hospitais?

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1 99 Tc : o radionuclídeo mais usado em medicina nuclear RADIAÇÃO γ NA IMAGIOLOGIA MÉDICA SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography) - Com raios gama emitidos de dentro do corpo humano pode obter-se informação útil ao diagnóstico médico - O radionuclídeo mais usado é o 99 43Tc (meia vida = 6 h) [Obs.: O Tc só aparece na natureza em pequenas quantidades] - Incorporam-se os átomos de 99 Tc em moléculas que são absorvidas preferencialmente em certos órgãos (Ex.: o iodo fixa-se na tiróide) - A detecção dos raios gama de 140 kev com cristais cintiladores sensíveis à posição colocados à volta do paciente [a chamada CÂMARA GAMA] permite fazer (numa ou mais projecções) um mapa da distribuição do material radioactivo Mas, se tem uma meia vida tão curta, de onde vem o 99 Tc usado nos hospitais? 1 99 Tc : o radionuclídeo mais usado em medicina nuclear - O pai, 99 43Mo, produz-se por irradiação do 98 Mo com neutrões; é um emissor β, c/ meia vida de 66 h, compatível com transporte até distâncias consideráveis do local de produção - Nos hospitais, é a partir do 99 Mo que se extrai o 99 Tc 2 1

2 99 Tc : o radionuclídeo mais usado em medicina nuclear Estado METAESTÁVEL do 99 Tc Notar: após o decaimento beta, o 98 Mo emite ainda radiação gama com 740 kev; também por isso é bom separar os dois isótopos! 3 99 Tc : o radionuclídeo mais usado em medicina nuclear No gerador 99 Mo/ 99 Tc (m) o filho atinge 50% da actividade de equilíbrio ao fim de uma vida média (75% às duas vidas médias) O gerador tem uma vida útil de ~1 semana, ~3xT 1/2 ( 99 Mo); uma a duas vezes por dia pode extrair-se o 99 Tc (m) (daí a analogia com a ordenha!) A extracção faz-se por técnicas de cromatografia: o 99 Mo está adsorbido numa matriz de alumina; essa alumina é atravessada por uma solução salina que remove o Tc (por eluição) O 99 Tc é depois extraído dessa solução salina para usar em kits químicos com vista à incorporação nas moléculas de interesse (radiofármacos) 4 2

3 Emissão γ Os estados nucleares caracterizam-se por J P (J = spin; P = paridade da f. de onda) A probabilidade de transição depende dos valores J P inicial e final e da diferença de energias Nas transições γ há conservação de energia e de momento linear Em geral o recúo do núcleo após a emissão do fotão é desprezado Os estados nucleares excitados têm, tipicamente, vidas médias curtas, <10-6 s J P E(MeV) Dizem-se metaestáveis os estados com vida média >10-6 s (é o caso do 99 Tc) 5 Conversão Interna A CONVERSÃO INTERNA é um processo que compete com a emissão γ A energia de excitação E = E n E m é transferida para um electrão orbital, inicialmente num nível E i (E i < 0, estado ligado) que fica livre e com a energia cinética T = E E i (ou T = E E bi, sendo aqui E bi = E i a energia de ligação do electrão) Como no átomo há diferentes energias de ligação dos electrões. E bi, a uma dada transição nuclear podem corresponder electrões de diferentes energias cinéticas Os electrões das diferentes energias são designados pelo nome da camada de onde foram arrancados Designa-se por COEFICIENTE DE CONVERSÃO INTERNA a razão entre as probabilidades de desexcitação dum núcleo por Conversão Interna e por emissão de radiação gama, C CI = ω CI / ω γ 6 3

4 Raios X e Electrões Auger Na sequência de Conversão Interna ou de outro processo (p.ex., impacto duma partícula ionizante, absorção de radiação X) surge uma lacuna numa dada orbital atómica Essa lacuna será, em princípio, ocupada por um electrão que para aí transite a partir duma camada mais externa (menos ligado) A diferença entre as energias de ligação dos estados final e inicial do electrão, δe = E bf E bi será libertada com: - emissão de raios X (um ou mais) característicos do átomo, ou - emissão de ELECTRÕES AUGER Na emissão Auger, a energia δe é cedida a um electrão (da mesma camada com energia de ligação E bj que sairá com energia cinética T A = δe E bj 7 Probabilidade de emissão de raios X Designa-se por RENDIMENTO DE FLUORESCÊNCIA a probabilidade relativa de uma lacuna de certa camada ser preenchida por emissão de raios X R F = ω X / (ω X + ω Auger ) 8 4

5 Emissão de Raios X N o ta r : J = L + S Z L = L S = i = 1 Z i = 1 i S i 9 Emissão de Raios X Níveis e transições no tungsténio (W) (E. B. Podgorsak, Radiation Physics for Medical Physicists, 2nd edition) Notar as diferentes nomenclaturas 10 5

6 Emissão de Raios X EXERCÍCIO: Identificar as linhas observadas neste espectro 1 - O que é que nos impede de observar neste espectro as linhas K? 2- De onde virá o fundo contínuo subjacente às linhas? 11 Um outro olhar sobre os decaimentos: decaimento β Exprimimos a energia libertada, Q, em função das MASSAS NUCLEARES, M MASSAS ATÓMICAS, M β - Q β- = [M(A,Z) M(A,Z+1) m e ]c 2 Q β- = [M(A,Z) M(A,Z+1)]c 2 β + Q β+ = [M(A,Z) M(A,Z 1) m e ]c 2 Q β+ = [M(A,Z) M(A,Z 1) 2m e ]c 2 c.e. Q ce = [M(A,Z) m e M(A,Z 1)]c 2 Q ce = [M(A,Z) M(A,Z 1)]c 2 Nota: claro que se considerou m ν desprezável Vale a pena olhar para um diagrama de energias (ou massas) Massas atómicas β - Q β - c.e. c.e. 2m e β + (A,Z) (A,Z+1) (A,Z-1) (A,Z) (A,Z-1) (A,Z) Q β

7 Um outro olhar sobre os decaimentos: decaimento β Exemplos NOTA: Muitas vezes a energia efectiva (disponível) é apenas a diferença entre Q β (atrás definido) e a energia de excitação, E*,do estado em que fica o núcleo resultante Q β -/+efectiva = Q β E* A energia vai repartir-se pelos produtos Q efectiva β = T + E + E β ν recuo A diferença de massas faz com que Q efectiva β = T + E β e T max efectiva ν β = Q β 13 Um outro olhar sobre os decaimentos: decaimento A CINEMÁTICA DO DECAIMENTO A Z X A-4 Z-2Y MASSAS NUCLEARES, M + 4 2He(núcleo) MASSAS ATÓMICAS, M Q = [M(A,Z) M(A-4,Z-2) M(4,2)]c 2 Q = [M(A,Z) M (A-4,Z-2) M(4,2)]c 2 Conservação de energia (~ 5-10 MeV) Conservação de momento linear Solução: T T = M 1 + A A 4 Q Q M + Q = T + T p = p M Y Y Y Aqui a massa da partícula não é desprezável em comparação c/ Y! 14 7

8 Um outro olhar sobre os decaimentos: decaimento Graças a ter E B elevada, a partícula pode existir individualizada dentro do núcleo Por detrás do decaimento Dentro do núcleo vê um potencial esfericamente simétrico, constante em r<r ~45MeV Função de onda da partícula A altura dessa barreira de potencial que elas vêem é U = 1 2( Z 2) e πε R 4 o Z=95; R=5 fm U = 45 MeV 2 ~5MeV R Como as partículas alfa têm ~5 MeV, só por EFEITO TÚNEL poderão atravessar tal barreira de potencial! 15 Um outro olhar sobre os decaimentos: decaimento Por detrás do decaimento A probabilidade de tunelamento deve aumentar com: - diminuição da espessura da barreira - aumento da energia da partícula ESTA PREVISÃO ENCONTRA PLENA CONFIRMAÇÃO EXPERIMENTAL 16 8