Raios X e Aplicações

No dia 20 de agosto de 2011 (sábado) será realizada a XXVII Oficina de Física, com o tema “Raios X e Aplicações", no auditório do Instituto de Física Gleb Wataghin - IFGW das 8h30min as 17h.

As Oficinas de Física consistem de palestras de divulgação da ciência e pesquisa atual centradas no tema da Oficina e são abertas a todos os interessados e, em especial, a professores do ensino médio. As Oficinas de Fisica fornecem Certificado de Participação.

Programação Preliminar

RESUMO

Difração de raios-X: dos seus primórdios às aplicações recentes na análise de materiais

Lisandro Pavie Cardoso - Instituto de Física “Gleb Wataghin” - IFGW/UNICAMP - Departamento de Física Aplicada - DFA - Laboratório de Preparação e Caracterização de Materiais - LPCM

A descoberta dos raios-X e os fundamentos da difração de raios-X serão apresentados e discutidos. Dentre as várias técnicas de difração, as difratometrias para policristais e monocristais, que são normalmente utilizadas no estudo dos materiais cristalinos, serão analisadas, uma vez que essas técnicas, sob geometrias experimentais adequadas, permitem obter informações estruturais, algumas não disponíveis por outras técnicas de análise, de materiais estudados. Essas informações são usualmente utilizadas na solução de problemas importantes da Física da Matéria Condensada. Também pretendemos apresentar resultados obtidos de aplicações da difração de raios-X na análise dos mais diversos materiais utilizados no cotidiano das pessoas. As experiências do nosso grupo são realizadas no Laboratório de Preparação e Caracterização de Materiais (LPCM), IFGW, UNICAMP ou em laboratórios de radiação síncrotron no Brasil ou exterior.

Oportunidades na pesquisa com luz síncrotron

Harry Westfahl Jr. - Laboratório Nacional de Luz Síncrotron - LNLS

A luz síncrotron é a radiação eletromagnética emitida quando partículas carregadas relativísticas (tipicamente, elétrons com energia entre 100 MeV e 10 GeV) são defletidas por campos magnéticos. Esta radiação é várias ordens de grandeza mais intensa que a radiação produzida por fontes convencionais de raios-X e cobre uma ampla faixa espectral onde não há lasers sintonizáveis disponíveis. Devido a o seu alto brilho, polarização e amplitude espectral, a utilização de luz síncrotron vem crescendo continuamente desde os anos 70 e tem permitido acesso experimental a informações anteriormente inacessíveis a respeito da estrutura eletrônica e geométrica de materiais, estrutura de materiais líquidos e amorfos, formação e propriedades de superfícies e interfaces, propriedades magnéticas, etc.. Neste seminário serão discutidos os princípios físicos relacionados à produção de luz síncrotron e sua utilização em diversas aplicações em física da matéria condensada. Será dado um enfoque especial às técnicas de espalhamento de raios-X e os avanços que elas trouxeram para investigação do comportamento de polímeros. Também serão abordados os avanços mais recentes nas técnicas de espalhamento de raios-X coerentes em fontes de 3a geração como será o Sirius, a nova fonte de luz síncrotron brasileira.

Desvendando o mundo das biomoléculas através de técnicas avançadas baseadas em fontes de raio-X de alta intensidade

Arnaldo Naves de Brito - Instituto de Física “Gleb Wataghin” - IFGW/UNICAMP - Departamento de Física Aplicada - DFA

A área de pesquisa em biomoléculas que utiliza raios-x constitui-se de vários cenários intrigantes que vão desde a tentativa de responder como se originou a vida na terra do ponto de vista molecular assim como a tentativa de desvendar a estrutura eletrônica de biomoléculas em meio aquoso. Existe um consenso na comunidade científica de que nós jamais seremos capazes de desvendar como exatamente se iniciou a vida na terra. Por outro lado, continua válida a proposta de apresentar cenários plausíveis em que moléculas simples tais como HCN, CO2 e H2O entre outras, poderiam se combinar para formar moléculas mais complexas dentro do contexto pré-biótico. O processo de criação de moléculas mais complexas a partir daquelas mais simples requer a presença de uma fonte de energia. Entre as várias possibilidades, raios-X se apresenta com uma fonte bastante interessante pois pode conter, intrinsecamente, simetrias especiais tidas como críticas para o aparecimento de simetrias similares em aminoácidos presentes em seres vivos. A simulação destes processo pré-bióticos em laboratório requer uma fonte muito intensa de raios-x para que milhares de anos possa ser comprimido em dias ou horas. Pretendemos mostrar alguns experimentos realizados no Brasil que mostram resultados surpreendentes neste contexto. Outra área onde fontes de raio-x de alta intensidade tem possibilitado grandes avanços é o estudo de como pequenas moléculas biológicas e se comportam em meio líquido. Até recentemente, técnicas poderosas que permitem revelar a estrutura eletrônica destas moléculas, e desta forma suas propriedades, não podiam se aplicadas ao meio aquoso. Tais restrições foram vencidas devido a desenvolvimentos recentes, em particular na Alemanha. Pretendemos mostrar resultados recentes realizados em alguns lugares do mundo inclusive no Brasil que mostram a potencialidade destes avanços.

Cristalografia: vendo átomos, desvendando a vida

Ricardo Aparício - Instituto de Química – IQ/UNICAMP

A vida é mantida através de um complexo sistema de reações químicas que ocorrem incessantemente nos organismos - de bactérias e plantas a seres humanos. Para entender como um organismo vivo funciona, é necessário compreender como os processos bioquímicos acontecem, notadamente aqueles que envolvem proteínas. Este conhecimento nos permite interferir nestes processos de modo a controlá-los a nosso favor, como acontece na busca da cura ou tratamento de doenças. Como as interações entre os átomos ocorrem numa escala muito pequena e dependem da forma tridimensional das moléculas envolvidas, um entendimento mais completo de como as reações químicas acontecem exige informações estruturais detalhadas. A Cristalografia por Difração de Raios X tem aplicações em inúmeros ramos da ciência, em particular, é uma técnica que nos permite obter uma "fotografia tridimensional" da estrutura formada pelos átomos que compõem as proteínas e outras moléculas com as quais elas interagem. Neste seminário, veremos, através de uma linguagem simples e acessível, como a Cristalografia funciona, mostrando com exemplos que ela está mais próxima do nosso dia-a-dia do que imaginamos.

Aplicações médicas dos raios X

Mario Antonio Bernal Rodriguez - Instituto de Física “Gleb Wataghin” - IFGW/UNICAMP - Departamento de Física Aplicada - DFA

Os raios X têm múltiplas aplicações na medicina, tanto na área diagnostica quanto na terapêutica. Estes raios são produzidos durante a interação de um feixe de elétrons com um alvo de alta densidade. Quando eles atravessam o corpo humano, interagem com os tecidos principalmente mediante o efeito fotoelétrico e o espalhamento Compton. Nas técnicas diagnosticas, a atenuação diferencial do feixe de fótons produzida por tecidos com diferentes densidades e composições químicas, serve como princípio físico para formar imagens em uma película radiográfica ou algum outro detector. Estas imagens obtidas por transmissão são usadas na radiografia convencional, mamografia e fluoroscopia. Na tomografia axial computadorizada (TAC), diferentes projeções angulares são empregadas para reconstruir um corte da anatomia do paciente. Devido a que estas radiações são ionizantes, usam-se também na radioterapia do câncer. Os feixes de baixa e alta energia são usados para tratar tumores superficiais e profundos, respectivamente. Nesta palestra serão apresentados conceitos fundamentais e exemplos da aplicação de raios X em medicina

Raios-T: o que são e para que servem?

Flávio Caldas da Cruz - Instituto de Física “Gleb Wataghin” - IFGW/UNICAMP - Departamento de Departamento de Eletrônica Quântica Grupo de Lasers e Aplicações – GLA

No espectro de radiação eletromagnética, do lado oposto à região ocupada pelos raios-X, uma faixa conhecida como infravermelho distante, ou ainda TeraHertz (THz), tem atraído um interesse mundial nos últimos anos. Esta faixa é muito ampla, com frequências estendendo-se aproximadamente de 100 GHz a 10 THz, numa transição entre a região de microondas e a óptica (infravermelho), sendo uma das menos exploradas do espectro eletromagnético. Radiação TeraHertz é não-ionizante e pode atravessar diversos materias tais como roupa, papel, papelão, madeira, plástico e cerâmica, com aplicações óbvias em imageamento para fins de inspeção e segurança pública. Por esta propriedade, esta radiação têm sido chamada de "raios-T". Outras aplicações incluem imagens médicas, melhor caracterização de semicondutores, e identificação de substâncias, especialmente escondidas, como drogas ou explosivos. Nesta apresentação, discutiremos os princípios da geração e detecção de raios-T, alguns dos seus problemas e desafios, assim como suas principais aplicações.

Materiais exibidos na XXVII Oficina de Física

• Aplicações médicas dos Raios-X (Mário Antônio Bernal)
• Difração de Raios-X: Dos seus primórdios às aplicações recentes no estudo de materiais (Lisandro Pavie Cardoso)
• Desvendando o mundo das biomoléculas através de técnicas avançadas baseadas em fontes de raio-X de alta intensidade (Arnaldo Naves de Brito)