Notas de aula:
CLCULO DE BLINDAGEM E DOSIMETRIA EM INDSTRIA
Prof Luciano Santa Rita
Oliveirahttp://www.lucianosantarita.pro.br E-mail:
[email protected]
Clculo de Blindagem e Dosimetria em IndstriaContedo
programticoGrandezas radiolgicas e unidades da radiologia na
industria; Fatores de atenuao e condies de boa e m geometria para
blindagem; Detectores de radiao e dosmetros pessoais; Fatores para
um projeto de blindagem - NCRP 49.
2
Clculo de Blindagem e Dosimetria em IndstriaBibliografia
BsicaFsica e Dosimetria das Radiaes Thomaz Bitelli, 2a edio;
Bibliografia complementarNotas de aula; Radioproteo e
dosimetria: Fundamentos Tauhata et al, http://www.ird.gov.br
Luiz
3
Evoluo conceitual das grandezasA quantificao da radiao
ionizanteUma das questes iniciais na utilizao da radiao ionizante
como realizar uma medio de quantidades utilizando a prpria radiao
ou os efeitos e subprodutos de suas interaes com a matria.
Classificao de grandezasA classificao e definies usadas para as
grandezas a seguir esto de acordo com ICRU* e ICRP*.
4
ICRU e ICRPA Internacional Commission on Radiation Units and
Measurements, ICRU, fundada em 1925, cuida especialmente das
grandezas bsicas e das operacionais; A International Commission on
Radiological Protection, ICRP, fundada em 1928, promove o
desenvolvimento da radioproteo, faz recomendaes voltadas para as
grandezas limitantes.5
Grandezas: Classificaode radioatividade so grandezas associadas
com as transformaes que ocorrem em materiais radioativos: ex.
Atividade (A); radiomtricas esto associadas ao campo de radiao: ex.
Fluncia (); dosimtricas so grandezas que definem a interao do campo
de irradiao com o material: ex. Exposio (X), Kerma (K) e Dose
absorvida (D); de radioproteo so grandezas que quantificam o risco
de efeitos estocsticos da irradiao no homem:Limitantes indicam o
risco a sade humana: ex. Dose equivalente (HT), Dose efetiva (E);
Operacionais levam em conta as atividades de radioproteo: ex.
Equivalente de dose ambiente (H*(d)), Equivalente de dose 6 pessoal
(HP(d)).
Grandezas Radiolgicas: Atividade caracterizada pelo nmero
desintegraes ou transformaes nucleares que ocorrem em um certo
intervalo de tempo, sendo proporcional ao nmero de tomos excitados
presentes no elemento radioativo.
A = A0 . e1 Bq = 1dps
-t
t =
1
. ln (A0/A)
A unidade no SI de atividade o Becquerel.SI Sistema
Internacional de unidades.
Unidade antiga Curie (Ci) 1Ci = 37GBq Alguns mltiplos desta
grandeza:1 kBq (1 kilobecquerel) = 103 dps; 1 MBq (1 megabecquerel)
= 106 dps; 1 GBq (1 gigabecquerel) = 109 dps.
7
Grandezas Radiolgicas: AtividadeMeia vida (T1/2)Intervalo de
tempo, em que teremos no material radioativo exatamente a metade do
nmero inicial de tomos excitados; Este tempo caracterstico de cada
fonte radioativa.
T1/2 =
Ln 2
=
0,693 8
Grandezas Radiolgicas: Exposio (X) a soma das cargas eltricas de
todos os ons de mesmo sinal (positivos ou negativos) produzidos no
ar quando todos os eltrons gerados pelos ftons incidentes em uma
massa so completamente freados no ar.Unidade de Exposio ser C/kg ou
R;1R = 2,58 x10-4 C/kg .
Taxa de exposio;1R/h = 0,258 mC/kg.h .
9
Grandezas Radiolgicas: Dose absorvida (D) a energia mdia cedida
pela radiao ionizante matria por unidade de massa dessa matria; A
unidade atual (SI) a dose absorvida o gray (Gy):1 J / kg = 1 gray
(Gy)SI Sistema Internacional de unidades.
Nas unidades antigas a dose era medida em rad :1Gy = 100 rad
10
Relao entre grandezasRelao entre Taxa de Dose e Atividade da
fonteD = .D = taxa de dose em mSv/h; A = atividade da fonte em GBq;
d = distncia entre fonte e ponto de medio, em metros; = constante
para taxa de dose em (mSv . m2) / (h . Gbq)Fonte de192
.
A d2
.
Ir: = 0,13 mSv.m2/h.GBq11
Relao entre grandezasRelao entre Taxa de Dose e Exposio *Dar =
X.Dar = dose absorvida no ar (Gy) X = exposio no ar (C/kg); War =
energia necessria para a formao de um par de ons no ar; e = carga
do eltron;(War/e) = 33,97 J/C;
War e
Dar(rad) = 0,876 . X (R)* Em condies de equilbrio eletrnico
(CPE) e sem atenuao no ar.12
Grandezas Radiolgicas: Dose Equivalente (HT) o valor mdio da
dose absorvida DT,R num tecido ou rgo T, obtido sobre todo tecido
ou rgo T, devido a radiao R;
HT = wR . DT,RR
A unidade atual a dose equivalente o sievert (Sv) ; wR o fator
de ponderao da radiao; Nas unidades antigas a dose era medida em
rem :1Sv = 100 rem13
Grandezas Radiolgicas: Dose Equivalente (HT)Fator de ponderao de
radiao wR
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Grandezas Radiolgicas: Dose Efetiva (E) a soma ponderada das
doses equivalentes em todos os tecidos ou rgos do corpo;
E = wT . HTT
A unidade atual a dose efetiva o sievert (Sv) ; wT o fator de
ponderao para o tecido; Nas unidades antigas a dose era medida em
rem :1Sv = 100 rem15
Grandezas Radiolgicas: Dose Efetiva (E)
Fator de ponderao para tecido ou rgo wT
16
Limites de dose
17
Exerccios1)Com relao a unidade de atividade de uma fonte
radioativa, podemos dizer:(a)37GBq = 1Ci (b)1Ci = 3,7x1010 d.p.s
(c)1Bq = 1 d.p.s (d)Todas as alternativas esto corretas
2)A dose absorvida de um rgo ou tecido exposto a 2,58x10 -2 C/kg
de radiao gama, ser aproximadamente:(a)0,01Gy (b)1Gy (c)1Sv
(d)100R
3)A dose equivalente de uma pessoa exposta a 2,58x10-2 C/kg de
radiao gama, ser aproximadamente:(a)0,01Gy (b)1Gy (c)1Sv
(d)100R
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Exerccios1)Uma fonte radioativa apresenta neste momento uma
atividade de 42 Ci, qual a atividade da mesma em GBq dentro de 04
meses, sendo que a meia vida de 40 dias? 2)Uma equipe de trabalho
operar uma fonte de Ir - 192 durante 16 meses. Sabendo que o
trabalho exige uma fonte com atividade mnima de 455 GBq e que a
fonte utilizada apresenta uma atividade (no incio do trabalho) de
80 Ci, aps quantos meses ser necessrio substituir a fonte ? (T1/2 =
74,4 dias) 3)Uma fonte de Ir-192 com atividade de 24 Ci ser
utilizada na realizao de END para a aferio de juntas soldadas. A
que distncia a taxa de dose ser reduzida para 1mSv/h? (Sabendo que
para o Ir192: = 0,13mSv.m2/h.GBq)
4)O valor de exposio medida por monitor de radiao apresenta o
valor de 5mR. Qual o valor aproximado da dose absorvida em rad?
Qual 19 o valor da dose absorvida na unidade do SI?
Exerccios - RespostasResposta 1: A = Ao x e- .t => t1/2 =
0,693 / 0,0173 A = 1554 x e-0,0173 x 120 => A = 1554 x0,1254
=> A = 194,87 GBq Resposta 2: t =(1 / ) x ln (Ao / Af) e T1/2 =
0,693 / t = ( 1 / 0,0093) x ln (2960 / 455) => t = 1,8726 /
0,0093 => t = 201 dias = t = 6,7 meses Resposta 3: D = x A / d2
1 = 0,13 x (24x37) / d2 d2 = 115,44 d = 10,74m Resposta 4: D =
0,876 . 5x10-3 = 4,38 mrad D = 4,38x10-3 . 10-2 = 43,8 Gy20
Exerccios5)Suponha que uma pessoa seja exposta, homogeneamente,
a um campo de raios X (energia mdia de 100keV) com uma exposio
total de 27R, responda (unidades do SI):i. Qual o valor da dose
absorvida? Resposta: 236,5mGy ii.Qual o valor da dose equivalente?
Resposta: 236,5mSv iii.Qual o valor da dose efetiva? (irradiao do
corpo inteiro w T = 1)
7)Um grupo de IOE foi exposto a um campo de raios X resultando
em uma dose absorvida de 2mGy. O mesmo grupo de IOE tambm foi
exposto a uma fonte emissora de partculas alfa resultando em uma
dose absorvida de 2mGy, responda (unidades do SI):i. Quais os
valores de dose equivalente em funo do campo de raios X e da fonte
emissora de partcula alfa?Resposta: RX = 2mSv e alfa = 40mSv
ii.Caso os valores do item anterior forem diferentes, explique por
que.21
Exerccios1)Uma fonte radioativa apresenta neste momento uma
atividade de 52 Ci, qual a atividade da mesma em GBq dentro de 08
meses, sendo que a meia vida de 40 dias? 2)Uma equipe de trabalho
operar uma fonte de Se-75 durante 16 meses. Sabendo que o trabalho
exige uma fonte com atividade mnima de 455 GBq e que a fonte
utilizada apresenta uma atividade (no incio do trabalho) de 80 Ci,
aps quantos meses ser necessrio substituir a fonte ? (T1/2 = 119,78
dias) 3)Uma fonte de Se-75 com atividade de 24 Ci ser utilizada na
realizao de END para a aferio de juntas soldadas. A que distncia a
taxa de dose ser reduzida para 1mSv/h? (Sabendo que para o Ir192: =
0,053mSv.m2/h.GBq)
4)O valor de exposio medida por monitor de radiao apresenta o
valor de 3,7mR. Qual o valor aproximado da dose absorvida em rad?
Qual o valor da dose absorvida na unidade do SI?22
Exerccios5. Qual ser a taxa de dose efetiva a 5 m de distncia de
uma fonte de Ir-192 com atividade de 400 GBq que est sendo
utilizada na realizao de END em um duto? 7. Uma fonte de Ir-192 com
atividade de 1250 GBq ser utilizada na realizao de END para a
aferio de juntas soldadas. A que distncia a taxa de dose ser
reduzida para 4 mSv / h ? 9. Qual a dose efetiva em mSv, recebida
por um grupo de trabalhadores expostos durante 2 horas s radiaes
devido a uma fonte de Ir - 192 com 222 GBq de atividade , numa
distncia de 4 metros ?23
Exerccios
8)Suponha que uma pessoa seja exposta, homogeneamente, a um
campo de raios X (energia mdia de 100keV) com uma exposio total de
6,97x10-3C/kg, responda (unidades do SI):i. Qual a dose absorvida,
sabendo que (War/e) = 33,97J/kg? ii.Qual a dose equivalente (HT)
recebida? iii.Se apenas os pulmes fossem expostos aos 6,97x10
-3C/kg, qual seria sua dose efetiva?
24
Interao da radiao eletromagntica com a matriaA interao da radiao
X e gama com a matria fazse atravs de diversos processos fsicos.
Este processos so a difuso elstica de Rayleigh, o efeito
fotoeltrico, a difuso de Compton e a criao de pares eltron-psitron,
sendo que probabilidade de ocorrncia de cada um destes processos
depende essencialmente da energia fton e do tipo de material
atravessado.25
Interao da radiao eletromagntica com a matria
26
Interao da radiao eletromagntica com a matriaA relao entre a
intensidade inicial de um feixe de ftons I0 que atravessa um meio
material segundo uma determinada direo e a intensidade I aps ter
atravessado uma espessura x dada por
em que o coeficiente linear de atenuao total.
27
Interao da radiao eletromagntica com a matria
28
Coeficiente de atenuao linear ()Quanto maior a espessura de um
material, maior a quantidade de radiao que ela absorve, ou seja,
menor a intensidade do feixe que atravessa o material; Como a
absoro obedece a uma lei exponencial, a intensidade diminui, porm
nunca se anula completamente; A capacidade de absoro varia de
material para material. Isso se explica atravs de coeficiente de
absoro , que uma caracterstica de cada material e representa a
probabilidade, por unidade de comprimento, de que o fton seja
removido do feixe (por absoro ou espalhamento). 29
Coeficiente de atenuao linear ()
30
Coeficiente de atenuao linear ()Exemplo: Alumnio e ChumboChumbo
(Z = 82 e = 11,348 g/cm3) Alumnio ( Z = 13 e = 2,78 g/cm3 ), Para
uma radiao de energia aproximadamente 0,409 MeV, o coeficiente de
atenuao do chumbo dez vezes mais elevado que a do alumnio, para
esta faixa de energia;
Mesma espessura: chumbo.
alumnio
absorve
menos
que
31
Camada semi-redutora (CSR ou HVL)Um conceito importante no
clculo de blindagem o de camada semi-redutora, que corresponde
espessura necessria para reduzir a intensidade do feixe metade do
valor inicial, estando relacionada com o coeficiente de atenuao
linear . Quando I = I0 /2, pode ser facilmente demonstrado que
32
Camada dcimo-redutora (CDR ou TVL)A Camada dcimo-Redutora (CDR)
a espessura necessria para atenuar em 1/10 o feixe de ftons
incidentes, tambm muito utilizada no clculo de espessura de
blindagem.
33
Fator de reduo ou atenuao
Outro parmetro empregado para estimar a espessura do material de
blindagem o Fator de Reduo ou atenuao (FR) definido pela relao: FR
= IO / I.
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Exerccio - GrficosConstrua o grfico de atenuao de um determinado
material em papel semi-log, a partir dos valores abaixo:
Espessura (cm) Atenuao (FR)1 4 7 9 13 5 50 200 500 1000
I/I00,200 0,020 0,005 0,002 0,001
35
Fator de reduo ou atenuaoClculo do fator de reduo (FR) I0 I
FR = Onde,
FR = 10n = 2m
I0 = intensidade inicial do feixe I = intensidade atenuada do
feixe n = nmero de camadas decirredutoras (TVL) m = nmero de
camadas semirredutoras (HVL)36
Fator de reduo ou atenuaoConhecendo-se um fator de reduo FR, a
espessura de blindagem pode ser obtida por: n = log10(FR) x = n .
TVL ou m = log10(FR) / log10(2) x = m . HVL onde x a espessura do
material de blindagem.37
ExerccioPara a realizao de um ensaio no destrutivo (END) com uma
fonte de 192Ir, necessrio a construo de uma blindagem de concreto
que seja capaz de reduzir a intensidade inicial do feixe de ftons
da fonte em 6 vezes. Qual a espessura de concreto necessria para a
blindagem?
38
Exerccio - Resposta
Resposta : FR = I0/I FR = 6 n = log10(FR) n = log10(6) n = 0,78
x = n . TVL* x = 0,78 . 14,00 x = 10,92 cm* valor de TVL tabelado.
Ver no slide 33.
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Fator de crescimento (Build up)A partir da atenuao exponencial
da radiao eletromagntica por um material, pode-se supor que os
ftons espalhados pelas interaes so completamente removidos do feixe
transmitido, na direo de incidncia. No entanto isso s ocorre no
caso de feixe colimado e com espessura fina de material absorvedor,
requisitos de uma boa geometria.(Tauhata, 2006)40
Fator de crescimento (Build up)Em geral, uma grande parcela dos
ftons espalhados reincide na direo do detector e contribui para o
feixe transmitido, alterando o comportamento exponencial da atenuao
do feixe. Essa contribuio aditiva representa efetivamente um
crescimento da intensidade do feixe em relao ao valor
esperado.(Tauhata, 2006)
41
Fator de crescimento (Build up)A diferena pode ser corrigida por
um fator denominado fator de crescimento (fator de build up) que
depende da energia da radiao, do material de blindagem e da sua
espessura. (Tauhata, 2006) A lei de atenuao pode ser escrita como:I
= I0 . e-x . B(x) Condio de boa geometria B(x) = 1.
42
Clculo de barreiras para radiao gama em condio de m
geometriaPara se calcular a espessura de barreiras em condio de
m-geometria, deve-se, antes, determinar o fator de build-up. A lei
de atenuao pode ser escrita como:I = I0 . e-x . B(x) ; x = 1/ .
[ln(I0/I)+ln(B)] e x = 1/ . [ln(X0/X)+ln(B)] Onde o fator B(x)
depende de e da espessura x, podendo ser estimado, com boa
aproximao por frmulas semi-empricas como a de Berger. B(x) = 1+
a.x.ebx onde os parmetros a e b so obtidos em grficos, em funo da
energia da radiao e do tipo do material.(Tauhata, 2006)43
Clculo de barreiras para radiao gama em condio de m
geometria
Valores dos parmetros a e b em funo da energia da radiao da
frmula de Berger para o clculo do fator de Build up.(Tauhata, 2006)
44
Clculo de barreiras para radiao gama em condio de m geometriaOs
prximos grficos fornecem o valor de buildup em funo de .x, para
valores de energia mdia do feixe de radiao e da natureza do
material absorvedor.
45
46
47
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Barreiras de espessura no desprezvel
Quando a espessura x = AB da barreira no desprezvel em relao
distncia d = FA entre a fonte puntual F e um ponto A, deve-se
acrescentar uma correo a expresso de reduo da intensidade do feixe
(slide 27).49
Barreiras de espessura no desprezvelPela lei do inverso do
quadrado da distncia, pode-se estabelecer que:
Se se considera, porm, x como sendo a espessura de um material
absorvedor ou atenuador de coeficiente , ento a expresso anterior
acrescida do termo e-.x:
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Clculo de barreiras para radiao gama em condio de boa
geometriaCondio de uma boa geometria: Fonte puntiformeUma fonte
dita puntiforme em relao a um dado ponto de interesse se a distncia
entre ambos muito maior que a maior dimenso da fonte. No caso do
feixe de radiao emitido por uma fonte puntiforme ser estreito, isto
, colimado, o fator de build-up igual unidade (B = 1). Esta , ento,
denominada condio de boa-geometria. Se o feixe largo, a condio dita
ser de m-geometria. Neste caso, torna-se obrigatria a determinao do
fator de build-up.
51
Clculo de barreiras para radiao gama em condio de boa
geometria
Sendo a taxa de exposio X diretamente proporcional a intensidade
de radiao I:x = 1
.
. ln
. X0 .X
52
Clculo de barreiras para radiao gama em condio de boa
geometriaAbaixo os valores da constante de exposio () para alguns
radionucldeos:
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Exerccios1)Determine a espessura da barreira de concreto que
dever ser colocada a 2 m de uma fonte puntiforme de 192Ir de 50 Ci
de atividade para reduzir a taxa de exposio a 2,5 mR/h. Dados =
0,224 cm-1 e B=1. 2)Calcule a exposio acumulada num ponto a 20 cm
de uma fonte puntual de 131Iodo de atividade 10 mCi, aps 2 horas.
Qual ser o valor da exposio se a distncia for aumentada para 50 cm?
Qual o valos de dose absorvida aproximada? Ver slide 10 e 12.
3)Calcular a que distncia de uma fonte de Ir-192 de 10 Ci, a taxa
de exposio de 100 mR/h. Refaa o clculo para uma fonte de Se-75 de
mesma atividade. 4)Calcular a espessura necessria de uma parede de
concreto para proteger operrios contra uma taxa de exposio superior
a 2,5 mR/h de uma fonte de cobalto-60 de 30 Ci, situada a 3,5
metros. Dados: = 0,121 cm-154
Exerccios5)Determine a espessura da barreira de concreto que
dever ser colocada a 2 m de uma fonte puntiforme de 192Ir de 50 Ci
de atividade para reduzir a taxa de exposio a 2,5 mR/h. Dados: =
0,224cm -1; B= 1 6)Determine a espessura da barreira de concreto
que dever ser colocada a 2 m de uma fonte puntiforme de 75Se de 70
Ci de atividade para reduzir a taxa de exposio a 2,5 mR/h. Dados: =
0,224cm -1; B= 1* para estes dois exerccios considere que a
espessura da barreira no desprezvel. Ver slides 43 e 44
55
Clculo de barreiras para radiao gama em condio de m
geometriaExemploDetermine a espessura das paredes de concreto de um
bunker (casamata) para servio de gamagrafia com uma fonte
puntiforme de 60Co de 30 Ci de atividade. Sabe-se que a distncia
mnima entre a fonte e a parede mais prxima no ser menor que 3 m e
que a taxa de exposio externamente ao bunker no poder exceder a 2,5
mR/h. Dados: = 1,35 R.m2/h.Ci; = 0,133cm-1; E= 1,25 MeV
56
Clculo de barreiras para radiao gama em condio de m
geometriaExemplo- RespostaX0 = . A/d2 X0 = 1,35 . 30/32 X0 = 4,5
R/h Espessura no corrigida: x = 1/ . ln[X0/X] x = (1/0,133) .
ln[4,5/2,5x10-3] x = (1/0,133) . 7,496 x = 56,4 cm continua57
Clculo de barreiras para radiao gama em condio de m
geometriaExemplo- Resposta1a correo da espessura B(x): x =
0,133.56,4 = 7,5 no grfico slide 55 B 13 x = 1/ .[ln(X0/X) + ln(B)]
x = 56,4 + [(1/0,133).ln(13)] x = 56,4 + [(1/0,133).2,565] x = 56,4
+ 19,3 x = 75,7 x 76 cm continua58
Clculo de barreiras para radiao gama em condio de m
geometriaExemplo- Resposta2a correo Espessura de blindagem no
desprezvel:x (cm)72 74 75 76
x9,6 9,8 10,0 10,1
B17 18 19 19
(X.ex)/(X0.B)0,437 0,557 0,644 0,712
[d/(d+x)]20,657 0,643 0,640 0,637
Aps a 2a correo:x = 75 cm Para o valor de B utilizar grfico
slide 55.59
Atividade campo AV11) Uma fonte radioativa apresenta neste
momento uma atividade de 63 Ci, qual a atividade da mesma em GBq
dentro de 07 meses, sendo que a meia vida de 55 dias? 2) Uma equipe
de trabalho operar uma fonte de Ir - 192 durante 13 meses. Sabendo
que o trabalho exige uma fonte com atividade mnima de 642 GBq e que
a fonte utilizada apresenta uma atividade (no incio do trabalho) de
134 Ci, aps quantos meses ser necessrio substituir a fonte ? (T1/2
= 74,4 dias) 3) Uma fonte de Ir-192 com atividade de 16 Ci ser
utilizada na realizao de END para a aferio de juntas soldadas. A
que distncia a taxa de dose ser reduzida para 0,5mSv/h?(Sabendo que
para o Ir192: = 0,13 mSv.m2/h.GBq)
4) O valor de exposio medida por monitor de radiao apresenta o
valor de 2,5mR. Qual o valor aproximado da dose absorvida em rad?
Qual o valor da dose absorvida na unidade do SI? 5) Suponha que uma
pessoa seja exposta, a um campo homogeneo de raios X com uma
exposio total de 7R, responda (unidades do SI):i. Qual o valor da
dose absorvida? ii. Qual o valor da dose equivalente? iii. Qual o
valor da dose efetiva? (irradiao do corpo inteiro wT = 1)60
Atividade campo AV16) Um grupo de IOE foi exposto a um campo de
raios X resultando em uma dose absorvida de 1,3mGy. O mesmo grupo
de IOE tambm foi exposto a uma fonte emissora de partculas alfa
resultando em uma dose absorvida de 1,3mGy, responda (unidades do
SI):i. Quais os valores de dose equivalente em funo do campo de
raios X e da fonte emissora de partcula alfa? ii. Caso os valores
do item anterior forem diferentes, explique por que.
7) Uma fonte radioativa apresenta neste momento uma atividade de
17 Ci, qual a atividade da mesma em GBq dentro de 07 meses, sendo
que a meia vida de 32 dias? 8) Uma equipe de trabalho operar uma
fonte de Se-75 durante 12 meses. Sabendo que o trabalho exige uma
fonte com atividade mnima de 235 GBq e que a fonte utilizada
apresenta uma atividade (no incio do trabalho) de 76 Ci, aps
quantos meses ser necessrio substituir a fonte ? (T1/2 = 119,78
dias) 9) Uma fonte de Se-75 com atividade de 17 Ci ser utilizada na
realizao de END para a aferio de juntas soldadas. A que distncia a
taxa de dose ser reduzida para 0,3mSv/h?(Sabendo que para o Ir192:
= 0,053 mSv.m2/h.GBq)
10)Uma fonte de Ir-192 com atividade de 1170 GBq ser utilizada
na realizao de END para a aferio de juntas soldadas. A que distncia
a taxa de dose ser reduzida para 3 mSv / h ?61
Atividade campo AV111)Qual a dose efetiva em mSv, recebida por
um grupo de trabalhadores expostos durante 15 minutos s radiaes
devido a uma fonte de Ir - 192 com 222 GBq de atividade , numa
distncia de 4 metros ? 12)Suponha que uma pessoa seja exposta,
homogeneamente, a um campo de raios X com uma exposio total de
5,16x10-3C/kg, responda (unidades do SI):i. Qual a dose absorvida,
sabendo que (War/e) = 33,97J/kg? ii. Qual a dose equivalente (HT)
recebida? iii. Se apenas o estmago fosse exposto aos 5,16x10-3C/kg,
qual seria sua dose efetiva?
13)Para a realizao de um ensaio no destrutivo (END) com uma
fonte de 60Co, necessrio a construo de uma blindagem de concreto
que seja capaz de reduzir a intensidade inicial do feixe de ftons
da fonte em 6 vezes. Qual a espessura de concreto necessria para a
blindagem? 14)Determine a espessura da barreira de concreto que
dever ser colocada a 1,6 m de uma fonte puntiforme de 60Co de 39 Ci
de atividade para reduzir a taxa de exposio a 2,5 mR/h. Dados =
0,224 cm-1 e B=1.62
Atividade campo AV115)Calcular a espessura necessria de uma
parede de concreto para proteger operrios contra uma taxa de
exposio superior a 2,5 mR/h de uma fonte de cobalto-60 de 19 Ci,
situada a 2,7 metros. Dados: = 0,121 cm-1 16)Determine a espessura
da barreira de concreto que dever ser colocada a 2 m de uma fonte
puntiforme de 75Se de 58 Ci de atividade para reduzir a taxa de
exposio a 2,5 mR/h. Dados: = 0,224cm-1; B= 1 17)Determine a
espessura das paredes de concreto de um bunker (casamata) para
servio de gamagrafia com uma fonte puntiforme de 60Co de 120 Ci de
atividade. Sabe-se que a distncia mnima entre a fonte e a parede
mais prxima no ser menor que 2 m e que a taxa de exposio
externamente ao bunker no poder exceder a 2,5 mR/h. Dados: = 1,35
R.m2/h.Ci; = 0,133cm-1; E= 1,25 MeV
63
Detectores de radiao ionizante
Princpios de operao dos detectores de radiao; Deteco utilizando
detectores gs; Deteco utilizando detectores cintiladores; Deteco
utilizando dosmetros de leitura direta e indireta; Calibrao dos
instrumentos de medio.
64
Detectores de radiao ionizante um dispositivo que, colocado em
um meio onde exista um campo de radiao, capaz de indicar a sua
presena. Existem diversos processos pelos quais diferentes radiaes
podem interagir com o meio material utilizado para medir ou indicar
caractersticas dessas radiaes. Entre esse processos os mais
utilizados so os que envolvem a gerao de cargas eltricas, a gerao
de luz, a sensibilidade de pelculas fotogrficas, a criao de traos
(buracos) no material, a gerao de calor e alteraes da dinmica de
certos processos qumicos. Normalmente a deteco da radiao obtida
atravs do elemento ou material sensvel radiao (o detector) e um
sistema que transforma esses efeitos em um valor relacionado a 65
uma grandeza de medio dessa radiao.
Detectores de radiao ionizantePropriedades de um
detectorRepetitividade grau de concordncia dos resultados obtidos
sob as mesmas condies de medio; Reprodutibilidade - grau de
concordncia dos resultados obtidos em diferentes condies de medio;
Estabilidade aptido em conservar caractersticas de medio ao longo
do tempo; constantes suas
Preciso - grau de concordncia dos resultados entre si,
normalmente expresso pelo desvio padro em relao a mdia;
Sensibilidade razo entre a variao da resposta de um instrumento e a
correspondente variao do estmulo; Eficincia capacidade de converter
em sinais de medio os estmulos recebidos.66
Deteco utilizando detectores gsPropriedades de um detectorCmara
metlica (cheia de gs), que faz papel do ctodo, e um fio
positivamente polarizado, que serve de nodo. A radiao ionizante
gera pares de ons que so coletados no filamento central e uma
corrente eltrica ou pulso gerado e medido por um circuito
externo.
67
Regies de operao de um detector gs
68
Tipos de detectores gsCmara de ionizaoA corrente gerada funo do
no de interaes com os ftons incidentes sendo influenciada pela
energia da radiao incidente.
Contador proporcionalO sinal gerado funo do no de interaes com
os ftons e partculas multiplicado por um fator constante. Existe
uma proporcionalidade entre a energia da partcula incidente e o
nmero de ons coletados.
Geiger-MllerO sinal de sada funo de uma avalanche de eltrons
gerados a partir da interao inicial, sendo independente da mesma,
no sendo possvel discriminar a radiao incidente.69
Detectores gs Tipo Geiger-Mller (GM)Os detectores Geiger-Mller
(GM) foram introduzidos em 1928 e em funo de sua simplicidade,
baixo custo, e facilidade de operao e manuteno, so utilizados at
hoje; Apesar de versteis na deteco de diferentes tipos de radiao,
no permitem a discriminao do tipo de radiao e nem de sua energia;
So utilizados para deteco de radiao gama e raios X e tambm de
partculas carregadas ( e ) com tanto que o detector possua janelas
com material fino, permitindo a passagem destas radiaes; Os
detectores GM podem ser utilizados para estimar grandezas como dose
e exposio, utilizando artifcios de instrumentao e metrologia.70
Detectores gs Tipo Geiger-Mller (GM)
71
Deteco utilizando cintiladoresAlguns materiais emitem luz quando
irradiados chamamos esta luz de cintilao. A medida da luz emitida
por cintiladores irradiados s foi possvel aps a descoberta das
vlvulas fotomultiplicadoras, em 1947. Usados em conjunto,
cintilador e fotomultiplicadora, o detector capaz de medir taxas de
contagens de radiao ionizante. Estes detectores podem ser
considerados os mais eficientes na medida de raios e raios X em
funo de sua alta sensibilidade e eficincia. A grande vantagem do
cintilador que a luz produzida proporcional a energia do fton
incidente e consequentemente o pulso produzido pela
fotomultiplicadora, o que permite a 72 discriminao de ftons de
energias diferentes.
Deteco utilizando cintiladores
73
Deteco utilizando dosmetrosDosmetros so monitores de radiao que
reproduzem dose efetiva ou equivalente; Baseiam-se em materiais que
a radiao induz alteraes fsicas ou qumicas (filme dosimtrico, TLD),
que posteriormente sero medidas atravs de um determinado processo;
Podem ser classificados como de leitura indireta, acumulam os
efeitos da interao da radiao para posterior leitura (ex.: TLD,
filmes dosimtricos) ou de leitura direta que possibilitam a
visualizam imediata das interaes ocorridas (ex.: caneta dosimtrica
e dosmetros eletrnicos).74
Dosmetros de leitura indireta
75
Dosmetros de leitura direta
76
Calibrao dos instrumentos de medioPor causa das propriedades e
efeitos biolgicos das radiaes ionizantes, os resultados das medies
das chamadas grandezas radiolgicas devem ser extremamente
confiveis; Os detectores, principalmente os utilizados em condies
de campo, sofrem alteraes em seu funcionamento e devem ser
calibrados com uma periodicidade, definida em norma dos rgos
reguladores, para garantir a manuteno de suas propriedades de
medio; A calibrao dos detectores feita comparando-se suas
caractersticas de medio com aparelhos padres nacionais, sob condies
rigorosamente controladas; Essas condies so estabelecidas nos
laboratrios da rede de calibrao, os quais so rastreados ao sistema
internacional de 77 metrologia.
Calibrao dos instrumentos de medioCalibrao dos instrumentos de
medio das radiaes ionizantes (Rio de Janeiro)Instituto de
Radioproteo e Dosimetria (IRD) - Laboratrio de Dosimetria Padro
Secundrio (IAEA, WHO 1976)Tipos de detectores: a gs, cintiladores*
e semicondutor* http://ird.gov.br*pode-se desenvolver metodologias
de calibrao
Laboratrio de Cincias Radiolgicas (LCR UERJ)Tipos de detectores:
a gs; http://www.lcr.uerj.br78
Exerccios1)Durante um levantamento radiomtrico o medidor de
radiao apresentou a leitura conforme indicado na figura abaixo. Que
procedimento o operador dever tomar diante da resposta do detetor ?
a) o seletor de escalas dever ser ajustado na posio x 1 b) o
seletor de escalas dever ser ajustado na posio x 10 c) o seletor de
escalas dever ser ajustado na posio x 100 d) nenhuma das
anteriores.
79
Exerccios2)Qual a taxa de exposio indicada pelo detetor da
questo 01 ? a) 100 mSv/h. b) 10 mSv/h c) 1 mSv/h d) 1000 mSv/h 4)A
figura abaixo representa um dosmetro de leitura direta marcando a
dose recebida por um operador. Qual a dose registrada ? a) 70 mR/h
b) 70 R/h c) 70 mR d) 700 mR
80
Exerccios4)O detetor de radiao que utiliza mistura gasosa sob
presso dentro de um tubo metlico, e sua resposta no depende da
energia das radiaes eletromagnticas incidentes , tampouco da presso
e temperatura , denominado: a) cmara de ionizao b) detetor G.M c)
Cintilador d) TLD 6)Uma empresa deve realizar um servio de
radiografia industrial numa rea sem blindagens ou paredes de
proteo, onde o nvel de radiao medido na posio dos operadores de 50
uSv/h. Considerando as doses mximas recomendadas , para efeito de
planejamento, quantas horas por ms os operadores podero trabalhar
?81
Fatores para um projeto de blindagem NCRP 49 e atualizaesEm 1969
nos USA criou-se o National Council on Radiation Protection and
Measurements (NCRP) que iniciou a publicao de relatrios onde foram
descritas algumas recomendaes especficas para a proteo de salas
radiolgicas. Estas recomendaes detalhavam aspectos de construo dos
ambientes, como as caractersticas das portas e cantos, bem como as
formas como materiais protetores que no o chumbo deviam ser
marcados, levando em considerao a energia da radiao utilizada na
medio da equivalncia em chumbo. Na dcada de 80 a publicao NCRP 49
tornou-se referncia para os clculos de barreiras.82
Fatores para um projeto de blindagem NCRP 49O NCRP 49 trata dos
requisitos prticos e da metodologia para o clculo de barreiras
protetoras para salas onde ocorre a emisso de radiao para fins
mdicos. Basicamente, a metodologia apresentada neste relatrio
consiste em se calcular a espessura, em chumbo ou concreto, de
barreiras protetoras contra a radiao primria e/ou secundria
(espalhada pelo paciente e radiao de fuga) de fontes de raios X ou
gama.
83
Fatores para um projeto de blindagem NCRP 49 e atualizaesPara
cada ponto e parede deve-se apresentar as espessuras mnimas de
blindagem para feixe primrio, para fuga pelo cabeote e para
espalhamento. Para a porta deve-se descrever o material de
blindagem e levar em conta os mltiplos espalhamentos no paciente e
nas superfcies da sala. Descrever os diversos espalhamentos e
determinar corretamente seu nmero, distncia de cada um e percentual
de atenuao para incidncia angular.84
Fatores para um projeto de blindagem NCRP 49 e atualizaesPara o
teto, utilizar o mesmo procedimento empregado nas paredes.
Geralmente o pavimento superior rea livre e a taxa de ocupao
depender dos fins a que se destina. Aqui, deve-se calcular tambm a
blindagem necessria para atenuar o feixe em regies no diretamente
sobre a sala do equipamento. Se no houver ocupao no pavimento
superior, pode-se usar o clculo do espalhamento de radiao no ar
skyshine. Neste caso deve-se assegurar que nenhuma regio
diretamente acima estar ocupada.85
Fatores para um projeto de blindagem NCRP 49 e atualizaes
Geralmente as salas blindadas so localizadas no andar trreo,
sendo desnecessrio calcular blindagem do piso. Caso haja pavimento
abaixo da sala de tratamento, os clculos so semelhantes aos de
blindagem de parede e teto. Aqui deve-se tambm calcular a blindagem
necessria para atenuar o feixe em regies no diretamente sob a sala
do equipamento.
86
Metodologia de clculo
Os clculos de blindagens convencionais para aceleradores
operando at 10 MV so baseados em informaes das publicaes NCRP-49 e
ICRP-33. Para energias maiores usamos os dados do NCRP-51 e do
NCRP-79. Dois tipos de barreiras so consideradas: primrias e
secundrias. A barreira primria aquela irradiada pelo feixe til e a
secundria recebe somente radiao transmitida pela blindagem da
mquina (fuga) e/ou espalhada pelas pessoas e superfcies do
ambiente.87
Metodologia de clculo
88
Metodologia de clculo
89
Metodologia de clculo
90
Metodologia de clculoA radiao primria limitada em direo pela
colocao da mquina na sala e pelo campo mximo de radiao, que ditaro
quais pores das paredes, teto e piso sero blindagens primrias.
Radiao secundria emitida em todas as direes e cobre todas as
superfcies da sala de tratamento, inclusive o labirinto, se houver,
e a porta. A transmisso pela barreira primria necessria para
reduzir a intensidade do feixe ao limite autorizado em reas
externas (B x) dada por:
91
Metodologia de clculoondeP o limite autorizado derivado semanal
para regies externas; dprim a distncia em metros entre o alvo ou
fonte at o ponto protegido; W a carga de trabalho em Sv/sem; U o
fator de uso e T o fator ocupacional.
Depois de (Bx), determinamos a espessura necessria para atender
o limite autorizado a partir de curvas de atenuao ou de clculos
usando o nmero de TVLs, baseados na energia do feixe e no tipo do
material empregado na blindagem.
92
Metodologia de clculoA transmisso pela barreira necessria para
reduzir a intensidade da radiao espalhada ao limite autorizado em
reas externas (Bp) dada por:
ondedsec a distncia em metros da superfcie espalhadora at o
ponto a ser protegido; desp a distncia em metros do alvo at a
superfcie espalhadora; a razo entre a radiao espalhada e incidente
(Tabela B-2 NCRP 49). F a rea do campo utilizado. 93
Metodologia de clculo
94
Metodologia de clculoA transmisso pela barreira proveniente da
fuga pelo cabeote (Bf) dada por:
ondeo fator 1000 aparece porque a blindagem do cabeote dos
aceleradores, em geral, atenua a intensidade da radiao, no mnimo,
por esse fator. dsec a distncia em metros entre o isocentro e o
ponto a ser protegido, j que a posio mdia da fonte de raios-X
(alvo) est no isocentro. Para barreiras secundrias o fator de uso
sempre igual a um (U=1) e tanto a fuga pelo cabeote quanto a radiao
espalhada devem ser 95 consideradas.
Metodologia de clculo
Grandeza e fatores utilizados no clculo de blindagem:Limites de
dose (P) Fator de ocupao (T) Fator de uso (U) Carga de trabalho (W)
TVL e HVL
96
Metodologia de clculoGrandeza e fatores utilizados no clculo de
blindagem:Limites de dose (P)IOE (mdia ponderada): P = 20mSv/ano ou
0,4mSv/semana (rea controlada) Indivduo do pblico: P = 1mSv/ano ou
0,02mSv/semana (rea Livre)
Fator de ocupao (T)Fator adimensional relacionado frao de tempo
que reas vizinhas sala de irradiao so ocupadas. Alguns valores
tpicos (NCRP49):T = 1 (ocupao total): Escritrios; consultrios;
lojas; residncias, escolas; T = 1/2; 1/4 (ocupao parcial): Copas,
banheiros, corredores, salas de exame, estacionamentos; T = 1/16
(ocupao eventual): Escadas, depsitos, reas de ventilao
97
Metodologia de clculoGrandeza e fatores utilizados no clculo de
blindagem:Limites de dose (P) Fator de ocupao (T) Fator de uso
(U)Fator adimensional relacionado frao de tempo em que o feixe til
de radiao est direcionado a uma dada direo. Na ausncia de valores
reais, pode-se usar:Para o piso (0o 20o): U = 3/7; Para o teto
(180o 20o): U = 2/7; Para a parede direita (180o 20o): U = 1/7;
Parede esquerda (270o 20o): U = 1/7. Para braquiterapia de alta
taxa de dose (HDR), radiao de fuga atravs do cabeote, e radiao
espalhada sempre deve-se considerar U = 1.
98
Metodologia de clculoGrandeza e fatores utilizados no clculo de
blindagem:Limites de dose (P) Fator de ocupao (T) Fator de uso (U)
Carga de trabalho (W) a quantidade de radiao produzida por um
equipamento de raios-X ou de uma fonte de raios gama num
determinado intervalo de tempo. Para equipamentos de raios-X
operando at 4 MV, a carga de trabalho expressa em miliamperes por
minuto. Para equipamentos acima de 4 MV ou para fontes de raios
gama usa-se a exposio semanal a 1 metro da fonte, expressa em
Roentgens (R.m2) ou Gray (Gy. m2).
99
Metodologia de clculoGrandeza e fatores utilizados no clculo de
blindagem:Carga de trabalho (W)Exemplo de Clculo de W para
teleterapia:Tipo de equipamento: acelerador linear de 6 MV Nmero
mdio de pacientes por dia : 50 Dias de tratamento por semana: 5
Cada paciente: 2 campos Exposio por campo (d = 1m) : 200 Rad (= 200
cGy)
W= 50 x 2 x 200 x 5 = 100.000 Rad/sem ou 1000 Gy/sem a 1 m
100
Metodologia de clculoGrandeza e fatores utilizados no clculo de
blindagem:Carga de trabalho (W)Exemplo de Clculo de W para HDR:Tipo
de equipamento: HDR com 192Ir Atividade tpica: 10 Ci Nmero mdio de
pacientes por dia : 5 Dias de tratamento por semana: 5 Tempo mdio
de irradiao por paciente : 5 minutos Fator Gama do 192Ir: 5 R
cm2/mCi h
W = 5 . 10000 mCi . 5 pacientes . 5 dias . (5/60 hs)/(100cm)2 W
= 10,4 R/sem ou 10 cGy/sem a 1 m.
101
Metodologia de clculoGrandeza e fatores utilizados no clculo de
blindagem:Limites de dose (P) Fator de ocupao (T) Fator de uso (U)
Carga de trabalho (W) TVL e HVLTVL (tenth-value layer) e HVL
(half-value layer) so, respectivamente, as espessuras de
determinado material necessrias para reduzir em 1/10 e 1/2 as taxas
de dose de determinado tipo de radiao.
102
Metodologia de clculoGrandeza e fatores utilizados no clculo de
blindagem:TVL e HVLChumbo (mm) HVL 1 MV 2 MV 4 MV 6 MV 8 MV 10 MV
137Cs 60Co 192Ir 7,9 12,5 16,0 16,9 16,9 16,6 6,5 12,0 6,0 TVL 26,0
42,0 53,0 56,0 56,0 55,0 21,6 40,0 20,0 Concreto (cm) HVL 4,4 6,4
6,8 10,4 11,4 11,9 4,8 6,2 4,3 TVL 14,7 21,0 29,2 34,5 37,8 39,6
15,7 20,6 14,7103
Metodologia de clculoLargura e comprimento da barreira
primria:Deve ter o tamanho do campo mximo do feixe primrio, no lado
externo, mais 0,3 m para cada lado (para prevenir o escape de
radiao pela blindagem secundria contgua). Se um feixe projetado
numa barreira a X metros de distncia, a largura mxima do campo ser
Lmax = 0,566 X, onde X a distncia do alvo superfcie externa. A
largura horizontal da barreira ser ento dada por: L = 0,566.X + 0,6
(m)
104
Metodologia de clculo: ExemploCalcule a espessura necessria da
barreira primria, usando concreto, para um acelerador de 6MV, sendo
dados:W = 1000 Gy/semana a 1 metro P = 2 x 10-5 Sv/semana (rea
livre) U = 1/7 T=1 d=7m (2.10-5 x 72) (1000 x 1/7 x1) Bx =
6,86.10-6
Bx =
Nmero de TVLs = -log10(6,9.10-6) = 5,2 Espessura da barreira =
34,5 (tabela slide 98) x 5,2 = 179,4 cm de concreto105
Metodologia de clculo: ExemploCalcule a espessura necessria da
barreira secundria, usando concreto, para um acelerador de 4MV,
sendo dados:W = 1000 Gy/semana a 1 metro P = 2 x 10-5 Sv/semana
(rea livre) T=1 desp = 1m dsec = 9,9 m = 0,0027 (ngulo de 45o) F =
400cm2Bp =(2.10-5 x 1 x 98) (1000 x 1 x 0,0027)
dsec Bp = 7,26.10-4
desp
Nmero de TVLs = -log10(7,26.10-4) = 3,14 Espessura da barreira =
29,2 (tabela slide 98) x 3,14 = 91,7 cm de concreto106
Metodologia de clculo: ExerccioCalcule a espessura necessria da
barreira primria e secundria, usando concreto, para um acelerador
de 6MV, sendo dados:W = 1000 Gy/semana a 1 metro P = 2 x 10-5
Sv/semana (rea livre) T=1 U = 1/7 dprim = 9m desp = 1m dsec = 11 m
ngulo de 30o F = 400cm2
107
Atividade campo AV21)Defina detector e monitor de radiao,
caracterizando a diferena de conceito entre eles. 2)Defina o
princpio de operao de um detector a gs. 3)Defina o princpio de
operao de um detector do tipo cintilador. 4)Qual a principal
diferena entre um detector Geiger-Mller e detector cmara de ionizao
ou contador proporcional. 5)Explique a diferena entre
repetitividade e reprodutividade, com relao aos detectores de
radiao. 6)Um tecnlogo em radiologia, de posse de um detector GM,
mediu a taxa de exposio de duas fontes sendo uma de 60Co e a outra
de 137Cs. Sabendo que ambas possuem a mesma atividade, o que
podemos afirmar sobre a taxa de exposio medida? 7)E se na questo
anterior fosse usado um detector do tipo cmara de ionizao?108
Atividade campo AV28)Um detector cintilador tem o seu envoltrio
todo em alumnio para que o material cintilador possa exercer sua
funo. Com base nesta informao explique por que no possvel este
cintilador detectar a presena de radiao alfa ou beta. 9)Diferencie
dosmetros de leitura direta e indireta. Cite exemplos. 10)Dosmetro
expresso seus resultados em que grandeza radiolgica? 11)Baseado na
figura, indique a posio do seletor de escala e do mostrador para
uma taxa de dose de 25mSv/h.
109
Atividade campo AV2
12)Responda baseado no mostrador acima:a) Qual a posio do
mostrador para uma exposio de 45 mR. b) Converta o valor de exposio
mostrado para a unidade do SI (C/kg). c) Considerando que a exposio
marcada n mostrador foi obtida aps duas horas de atividade, qual
seria o valor da exposio se um IOE permanecesse somente 15 minutos
no local?110
Atividade campo AV2
13)Qual o valor da carga de trabalho (W) para um acelerador
linear com seguintes caractersticas:Tipo de equipamento: HDR com
192Ir Atividade tpica: 13 Ci Nmero mdio de pacientes por dia :7
Dias de tratamento por semana: 5 Tempo mdio de irradiao por
paciente : 6 minutos Fator Gama do 192Ir: 5 R cm2/mCi h
111
Atividade campo AV2
14)Calcule a espessura necessria da barreira primria, usando
concreto, para um acelerador de 10MV, sendo dados:W = 1350
Gy/semana a 1 metro P = 2 x 10-5 Sv/semana (rea livre) U = 1/7 T=1
d=8m
112
Atividade campo AV2
15)Calcule a espessura necessria da barreira secundria, usando
concreto, para um acelerador de 6MV, sendo dados:W = 1000 Gy/semana
a 1 metro P = 2 x 10-5 Sv/semana (rea livre) T=1 desp = 1m dsec =
7,9 m ngulo de 60o F = 200cm2
113
Notas de aula:
CLCULO DE BLINDAGEM E DOSIMETRIA EM INDSTRIA
Prof Luciano Santa Rita
Oliveirahttp://www.lucianosantarita.pro.br E-mail:
[email protected]
