PROTEÇÃO RADIOLÓGICA - eduloureiro.dominiotemporario.comeduloureiro.dominiotemporario.com/doc/PRaula1.pdf · AVALIAÇÃO DOS RISCOS DA RADIAÇÃO Estabelecer a causa de um efeito

PROTEÇÃO RADIOLÓGICA

Prof. Eduardo Loureiro, DSc.

www.eduloureiro.com.br

http://www.eduloureiro.com.br/



É bom ter cuidado com a radiação, mas o tamanho do medo deve ser balanceado pelo conhecimento técnico sobre os riscos reais. Algumas pessoas podem ter tanto medo de radiação que se acham incapazes de desenvolver alguma ação que envolva alguma exposição à radiação. No outro extremo, algumas pessoas podem não ter medo o bastante e podem não seguir as boas práticas de segurança quando trabalham com radiação. O ideal é não ficar super-alarmado nem super-complacente.



É bom ter cuidado com a radiação, mas o tamanho do medo deve ser balanceado pelo conhecimento técnico sobre os riscos reais. Algumas pessoas podem ter tanto medo de radiação que se acham incapazes de desenvolver alguma ação que envolva alguma exposição à radiação. No outro extremo, algumas pessoas podem não ter medo o bastante e podem não seguir as boas práticas de segurança quando trabalham com radiação. O ideal é não ficar super-alarmado nem super-complacente.





O que você pensa e quais imagens vêm à sua mente quando visualiza o símbolo de radiação?



O que você pensa e quais imagens vêm à sua mente quando visualiza o símbolo de radiação?



E se o sinal estiver em uma porta? É razoável entrar para ver o que há dentro da sala?



E se o sinal estiver em uma porta? É razoável entrar para ver o que há dentro da sala?



É razoável passar por perto da porta? Ou você fará uma grande volta para passar o mais longe que possa do símbolo?



E se você entrar na sala o que acontece?



E se você entrar na sala o que acontece?



O que há de tão ruim na radiação?



PERCEPÇÃO DA RADIAÇÃO Você não pode vê-la, cheirá-la ou sentí-la. Os nossos cinco sentidos servem para avisar-nos do perigo. Como você sabe se a radiação está silenciosamente matando suas células? A radiação não nos transmite nem um aviso. Muitas pessoas sentem-se indefesas contra a radiação. Então, em função destes medos, muitas pessoas concluem que se há radiação, é ruim para você. Portanto, nenhuma radiação é aceitável.





USOS DA RADIAÇÃO:



USOS DA RADIAÇÃO:

CT scanner



USOS DA RADIAÇÃO:



USOS DA RADIAÇÃO:



USOS DA RADIAÇÃO:



USOS DA RADIAÇÃO:



USOS DA RADIAÇÃO:

Ensaio não destrutivo



USOS DA RADIAÇÃO:

Tempo de residência Vazamentos



USOS DA RADIAÇÃO:



USOS DA RADIAÇÃO:

Energia Nuclear

AVALIAÇÃO DOS RISCOS DA RADIAÇÃO Estabelecer a causa de um efeito particular (câncer, por exemplo) requer a aplicação do método científico na avaliação de riscos, ou seja, uma avaliação detalhada passo a passo da fonte de risco e sua relação com o efeito na saúde. Avaliar os riscos da radiação exige respostas a perguntas sobre causa e efeito como as seguintes: 1 – Quais são as propriedades do material radiativo? Emissão de partículas alfa, beta, nêutrons, raios-X ou gama? 2 - Qual a forma e quantidade do material radiativo? Gás, sólido ou líquido e quanto?



AVALIAÇÃO DOS RISCOS DA RADIAÇÃO 3 – Onde está localizado o material radiativo? Qual a distância? 4 – Como o material está contido? Está em containers de chumbo? 5 – Pode contaminar o meio ambiente? Carregado pelo vento ou por cursos de água?



AVALIAÇÃO DOS RISCOS DA RADIAÇÃO 6 – Quais as condições de exposição? Inalação, ingestão ou exposição externa? 7 – Quanta energia é depositada no corpo? E em que parte do corpo? 8 – Quais são os riscos à saúde? Baseados na evidência de efeitos reais da radiação (dados a partir de sobreviventes de bombas atômicas, p. ex.)



FONTES DE RADIAÇÃO Todas as criaturas viventes, desde o começo dos tempos, têm sido, e continuam sendo, expostas à radiação. Atualmente, as fontes dessa radiação se dividem em: 1 - Fontes naturais de radiação (Natural Background Radiation) 2 - Fontes de radiação feitas pelo homem.



FONTES NATURAIS E ARTIFICIAIS DE RADIAÇÃO As fontes NATURAIS de radiação se dividem em:

•Radiação Cósmica •Radiação Terrestre •Radiação Interna



RADIAÇÃO CÓSMICA A Terra é constantemente bombardeada por radiação que vem do espaço, semelhante a uma chuva constante. Partículas carregadas, do Sol e de outras estrelas interagem com a atmosfera terrestre e com o seu campo magnético produzindo um chuveiro de radiação.



RADIAÇÃO TERRESTRE A radiação terrestre é proveniente do material encontrado no solo, na água e na vegetação. Baixos níveis de Urânio, Tório e seus produtos de decaimento são encontrados em todo o canto. Alguns desses materiais são ingeridos com a água e comida, e outros, como o Radônio, são inalados. As doses de radiação terrestre variam ao redor do mundo. Locais com maior concentração de Urânio e Tório no solo apresentam maiores doses.



RADIAÇÃO INTERNA Potássio 40 Carbono 14 Chumbo 210 Todas as pessoas também apresentam os três elementos acima e outros isótopos no interior de seus corpos, que emitem radiação ionizante.



FONTES DE RADIAÇÃO ARTIFICIAIS (Man-made radiation sources). Atingem: Membros do público Indivíduos expostos em função de sua ocupação. (IOE) Dose ocupacional é a dose de radiação recebida por um indivíduo no curso de seu trabalho em que as tarefas a ele atribuídas envolvem exposição à radiação ou a material radiativo. Membros do público são todos os demais mortais que não recebem doses ocupacionais.



FONTES DE RADIAÇÃO ARTIFICIAIS (Man-made radiation sources). Atingem: Eventualmente pode ocorrer

Exposição Médica : de pessoa como parte de um tratamento ou diagnóstico, ou de indivíduos ajudando a conter ou amparar um paciente .



FONTES DE RADIAÇÃO ARTIFICIAIS (Man-made radiation sources). De longe, as que mais expõem os membros do público são as fontes associadas a procedimentos médicos. Raio-X diagnóstico; medicina nuclear e radioterapia. Alguns isótopos: I-131; Tc-99m, Co-60; Ir-192, Cs-157 e outros.


Prof. Eduardo Loureiro, DSc. https://www.nrc.gov/reading-rm/basic-ref/students/for-educators/06.pdf



COMPUTE SUA PRÓPRIA DOSE DE RADIAÇÃO ANUAL

Unidades/ano

Radiação cósmica que chega ao nível do mar: 27

Baseado na altitude onde mora , adicione 1 para cada 250 pés

Se você mora em uma casa de pedra, alvenaria ou concreto , adicione 7

7

Radiação em nossos corpos da água e comida que ingerimos (K-40) 40

Radiação no ar devido ao Radônio (média americana) 200

Fallout dos testes nucleares 1

Se viaja de avião, adicione 1 por 1000 milhas viajadas

Subtotal




Unidades/ano

Se você usa mantas de lanternas a gás quando acampa , adicione 0,003

Se usa relógio com mostrador luminoso, LCD, adicione 0,06

Se usa inspeção de bagagem em aeroportos, adicione 0,002 0,002

Se você assiste televisão, adicione 1 1

Se você tem um detector de fumaça, adicone 0,008 por detector

Se usa um marca-passo cardíaco movido a bateria de Plutônio, adicione 100

Para raio-X diagnóstico adicione 50 por procedimento

Subtotal




Unidades/ano

Para medicina nuclear adicione 430 por procedimento

Se mora a menos de 50 milhas de uma usina nuclear adicione 0,009

Se mora a menos de 50 milhas de uma usina termoelétrica a carvão , adicione 0,03

Se você fuma , adicione 1300 devido aos produtos do decaimento do Radônio

1300

TOTAL

Você pode calcular em: https://www.epa.gov/radiation/calculate-your-radiation-dose

https://www.epa.gov/radiation/calculate-your-radiation-dose









O que é radiação? Energia que atravessa o espaço ou a matéria na forma de partículas ou onda. A energia é medida em elétronvolt (eV): que é a energia cinética que um elétron ganha quando acelerado por um diferença de potencial de 1 Volt. 1eV = 1,6 x 10-19 J 1 keV = 1.000 eV 1 MeV = 1.000.000 eV



De onde vem a radiação? Ela pode ter origem de duas formas: 1 – Decaimento radiativo de um átomo instável. Espontâneo (não se pode forçar a acontecer) Aleatório (não se pode predizer quando acontecerá) Não se pode desligar .



2 – Interação de uma partícula com a matéria. Este é o princípio do funcionamento de um tubo de raios-X Vo pode desligar se vo puder parar o la ça e to das partí ulas



Radiação de Freiamento – Bremsstrahlung

Partículas carregadas que possuem energia cinética viajam a certa velocidade. Se a velocidade diminui, há perda de energia. Essa perda se manifesta de várias formas , uma delas é o raio-X. Uma outra forma é o calor. Tungstênio (Z =74)

Elétron

incidente

acelerado

Desvio provocado pelo campo elétrico do núcleo

Radiação de

freiamento (raio-X) Núcleo

atômico

Bremsstrahlung






Paciente

Filme fotográfico




Alvo rotativo

Wilhelm Conrad Roentgen descobriu os Raios-X em 1895




Um segundo processo também acontece quando o elétron acelerado ejeta um elétron próximo do núcleo de um átomo de tungstênio. Quando um outro elétron da órbita do átomo preenche a lacuna, há a emissão de raios-X característicos.




Se um elétron foi acelerado por uma diferença de potencial de 100 kV, então a máxima energia que o elétron pode perder (emitindo raio-X) é 100 keV.













FATORES QUE AFETAM O ESPECTRO DE RAIOS-X Tensão no tubo Corrente do tubo Filtração Quanto mais para direita, maior a energia efetiva ou a qualidade do feixe.



Tipos de radiação: 1 – Partículas: Têm massa e energia e podem ou não ter carga elétrica Partículas Alfa e prótons (carga positiva) Partículas Beta (carga positiva ou carga negativa) Nêutrons (sem carga elétrica) 2 – Radiação eletromagnética: fótons que possuem energia, mas nenhuma carga ou massa (como a onda de luz, porém com frequência bem maior) Raios-X Raios gama



Toda matéria é composta de elementos e todos os elementos são compostos de átomos. Um átomo é composto de um núcleo formado por prótons e nêutrons e uma eletrosfera onde elétrons orbitam o núcleo. Elétrons carregam um carga negativa enquanto que os prótons têm carga positiva, e os nêutrons não apresentam carga elétrica. Um átomo normalmente tem um elétron na eletrosfera para cada próton no núcleo, deixando o átomo eletricamente neutro.



Os filósofos gregos entendiam a matéria formada por partículas discretas e indivisíveis (a-tomos). Acreditavam existirem os 4 elementos, que combinando-se entre si produziam toda a matéria existente. Apenas no século XIX os cientistas começaram a inovar nessa área do conhecimento.



A teoria atômica de Dalton (1808) foi a primeira tentativa de descrever toda a matéria em termos de átomos e de suas propriedades. Baseou sua teoria na lei da conservação de massas e na lei de proporções constantes, que ele aprofundou após os trabalhos de Lavoisier e Proust.



Afirmava que toda a matéria é feita de átomos, que seriam partículas sólidas, maciças, duras, impenetráveis e móveis.

Dizia também que todos os átomos de um determinado elemento são idênticos em massa e propriedades.

Compostos são combinações de átomos de 2 ou mais elementos.

Todas as reações químicas envolvem a reordenação de elementos.



Em 1897 Thomson descobriu os elétrons. Ele introduziu um campo elétrico em um tubo de raios catódicos e notou que o feixe de partículas (elétrons) era desviado. Pensou então que o átomo seria uma partícula maciça, mas não indivisível.



Thomson propôs um modelo chamado de pudi de a eixas ou olo de passas . Milhares de elétrons com carga negativa transitavam em meio a uma geléia carregada positivamente.



Nesta época o estudo sobre eletricidade era o frenesi entre os pesquisadores da época. W. K. Roentgen, em 1895, estudava os raios emitidos pela ampola de Crookes, quando descobriu que raios desconhecidos saíam da ampola, atravessavam corpos e eram registrados em chapas fotográficas. Chamou-os de Raios-X.



http://www.emory.edu/X-RAYS/century_09.htm Descrição completa da entrevista

http://www.emory.edu/X-RAYS/century_09.htm





https://www.youtube.com/watch?v=3I45ZPBohO8 Do raio-X à ressonância magnética

https://www.youtube.com/watch?v=3I45ZPBohO8





Antoine-Henri Becquerel, descobriu a Radiatividade em 1896.

Ele estava trabalhando com minerais naturalmente fluorescentes estudando as propriedades dos raios-X que haviam sido descobertos por Wilhelm Roentgen em 1985.

Ele expôs compostos de Urânio à luz solar e envolveu com placas fotográficas dentro de papel preto, acreditando que o Urânio absorvia a energia do sol e a emitia como raios-X. Essa hipótese foi rejeitada quando em dois dias de fevereiro estava nublado em Paris e ele não expôs o mineral à luz.

Por alguma razão, Becquerel decidiu revelar os filmes fotográficos. Para sua surpresa, as imagens mostraram claramente que o Urânio emitia radiação sem uma fonte externa de energia como o Sol.



Marie Curie, seu marido Pierre e Becquerel

Embora tenha sido Becquerel quem descobriu o fenômeno, foi sua aluna de doutorado, Marie Curie, quem o denominou. Ela se aprofundou bem mais no trabalho pioneiro com materiais radiativos. Inclusive, descobriu elementos radiativos novos: Rádio, Tório e Polônio. Ganhou o Prêmio Nobel duas vezes. Uma junto com o marido e Becquerel em Física e anos depois em Química pela descoberta do Rádio e Polônio.

Ela também conduziu trabalho pioneiro em radiologia, desenvolvendo e construindo máquinas portáteis de raios-X para os campos de batalha da Primeira Guerra Mundial.







Sais de banho com Rádio - 1930s



Supositórios radioativos 1930



Pasta de dentes radioativa 1940 – 1945 Alemanha





Um dos primeiros maiores eventos que destacaram os perigos da radiação foi o aso das Radium Girls , ujo tra alho era pi tar ostradores de relógios o o elemento Rádio. Foram 4.000 pessoas empregadas ao longo dos anos, que proporcionaram o primeiro estudo de longo termo sobre exposição à radiação, provocando drásticas mudanças na radioproteção.



Surgiram na I Guerra Mundial, fabricados pelos alemães. Sais de Rádio misturados com composto de zinco. Cada pintora dava conta de 250 mostradores por dia, cinco dias e meio por semana. Recebiam $20 por semana pelo trabalho, numa taxa de um centavo e meio de dólar por mostrador pintado. Eram todas jovens. Pintavam unhas com a ti ta , at es o os de tes. E afiavam os

pincéis com os lábios.


Prof. Eduardo Loureiro, DSc. http://blogs.plos.org/speakeasyscience/2011/03/24/the-radium-girls/

http://blogs.plos.org/speakeasyscience/2011/03/24/the-radium-girls/







Voltando à evolução do modelo do átomo:

1808 - Dalton

1897- Thomson



Em 1911, Rutherford observou que um feixe de partículas α era espalhado de sua direção original e concluiu que deveria haver um núcleo carregado positivamente no centro do átomo cercado pelos elétrons negativos.



Por que ouro? O ouro é incrivelmente dúctil, ou seja, pode ser martelado até virar uma folha fina. Na verdade, as folhas mais finas de ouro podem ter larguras de até 0,00004cm. Uma folha fina assim era necessária para que Rutherford realizasse seu experimento com sucesso. Se a folha fosse um pouco mais espessa, talvez as partículas alfa não conseguissem penetrá-la.



Com base em seus resultados experimentais, Rutherford chegou às seguintes conclusões sobre a estrutura do átomo: A carga positiva deve localizar-se em um volume bem pequeno do átomo, que também deve conter a maior parte da massa do átomo. Isso explicava porque uma fração bem pequena das partículas α sofriam um desvio drástico, provavelmente devido à colisão rara com um núcleo de ouro.

Como a maioria das partículas α passou direto pela folha de ouro, o átomo deve ser composto de espaço vazio na sua maior parte!



Isso levou Rutherford a propor o modelo nuclear, no qual um átomo consiste de um núcleo muito pequeno, carregado positivamente cercado por elétrons carregados negativamente. Com base no número de partículas α desviadas em seu experimento, Rutherford calculou que o núcleo ocupava uma fração muito pequena do volume do átomo.



Em 1913, Niels Bohr utilizou conceitos de Planck e Einstein para aprimorar o modelo da estrutura do átomo. 1. Existem estados esta io ários nos átomos em que os elétrons orbitais não

emitem radiação eletromagnética continuamente. 2. A emissão, ou absorção, de radiação eletromagnética pode ocorrer apenas

quando há transição entre dois estados estacionários. 3. A energia da radiação emitida, ou absorvida é proporcional à diferença de

energia entre os dois estados estacionários.



Quanto mais próximo ao núcleo, menor a energia do elétron (e maior a energia de ligação dele ao núcleo). A cada camada está associado um nível energético.



Apenas em maio de 1932 Chadwick informa a descoberta do nêutron. Por isto ganhou o prêmio Nobel em 1935.





Desde que energia e matéria estão relacionadas cada partícula tem uma energia equivalente (coluna 4). As cargas +1 e -1 correspondem a 1.6 x 10-19 Coulombs.

Partícula Símbolo Massa (kg) Energia (MeV) Carga

Proton p 1,672E-27 938,2 +1

Neutron n 1,675E-27 939,2 0

Elétron e 0,911E-30 0,511 -1



A escala de massa atômica (unidade de massa atômica) Originalmente era baseada no Hidrogênio:

Também foi baseada no Oxigênio

Hoje, é baseada no 12C: • 1 átomo de 12C = exatamente 12 uma • 1 átomo de 1H = 1,0078252 uma • 1 átomo de 16O ≈ 15,9949149 uma

1 uma = 1,6605 x 10-24 g



1 uma = 1,6605 x 10-24 g



Um nêutron é um pouco mais pesado que um próton

Partícula Símbolo Massa (kg) Energia (MeV) uma

Proton p 1,672E-27 938,2 1,0073

Neutron n 1,675E-27 939,2 1,0087

Elétron e 0,911E-30 0,511 0,00055



Um elétron tem uma massa muito inferior à de um próton ou de um nêutron. 1837 vezes menor ou ≈ 2000 vezes menor.

Partícula Símbolo Massa (kg) Energia (MeV) uma

Proton p 1,672E-27 938,2 1,0073

Neutron n 1,675E-27 939,2 1,0087

Elétron e 0,911E-30 0,511 0,00055



Número Atômico (Z): Diz quantos prótons tem um átomo, é especifico para cada elemento. Número de Massa (A): igual à soma do número de prótons e de nêutrons no átomo, pode variar para o mesmo elemento. Átomos com o mesmo Número Atômico mas com diferentes Números de Massa são chamados isótopos. Isótopos são comumente expressos pelo nome do elemento e seu número de massa, por ex.: Li-6



ISÓTOPOS DO HIDROGÊNIO: Cada arranjo individual de prótons e nêutrons a gente chama de nuclídeo. Dentre os três nuclídeos acima, apenas o trítio é radioativo (então a gente denomina radionuclídeo). Apenas certos isótopos de um elemento são radiativos, p. ex: C-14 é radiativo, mas C-12 e C-13 são estáveis. Todos os isótopos são encontrados na natureza em percentagens variáveis. Os isótopos estáveis são os mais abundantes.

O fenômeno da radioatividade é exclusivamente nuclear.

Independe do estado físico.

Sólido, líquido ou gasoso.

Pressão, temperatura, umidade...

Do ponto de vista químico, o que conta é o número de elétrons do átomo, e como eles se distribuem nos orbitais. Sendo assim, qualquer um dos isótopos de um elemento químico, estável ou instável, pode participar de uma ligação química em uma substância qualquer.





Radiatividade é definida como a desintegração espontânea de um núcleo instável com emissão de radiação que resulta na formação de um novo núcleo. A estabilidade de um núcleo está relacionada com a razão entre nêutrons e prótons. Para elementos de baixo número atômico um número aproximadamente igual de nêutrons e prótons é necessário para a estabilidade. Para elementos de alto número atômico esta razão cresce para aproximadamente 1,6 para 1. As alterações no núcleo ocorrem devido à tendência de se buscar um arranjo mais estável. Isto acontece por meio de vários tipos de decaimento radiativo.



REVISÃO BÁSICA DE QUÍMICA

DECAIMENTO BETA --

Quando a razão entre nêutrons e prótons é muito alta, um nêutron se transforma em um próton com a ejeção de um elétron do núcleo. O elétron ejetado é chamado de partícula Beta


DECAIMENTO BETA _

Resulta também desta transição uma partícula chamada neutrino. As partículas Beta não são ejetadas com uma única energia, mas são emitidas dentro de um espectro de energias até algum valor máximo.

Isto deve-se à repartição da energia total de cada desintegração entre a partícula Beta e o neutrino. O neutrino tem uma massa desprezível, não tem carga e pode transportar quantidades diferentes da energia liberada. Por estas características os neutrinos percorrem grandes distâncias sem interação e não causam danos biológicos.


DECAIMENTO BETA _

A energia da partícula Beta ejetada é característica de cada nuclídeo e é um critério usado para efeito de identificação.

Em geral, a energia média por partícula é cerca de 1/3 da energia máxima.

Equação generalizada para o decaimento Beta:

YXA

Z

A

Z 1

X = Átomo original (pai) Y = Átomo novo (filho) - = Partícula Beta (elétron) = neutrino



EXEMPLOS DE DECAIMENTO β-




REVISÃO BÁSICA DE QUÍMICA


DECAIMENTO POR EMISSÃO DE PÓSITRON β+

Quando o radionuclídeo tem um excesso de prótons, o núcleo emite uma partícula Beta com carga positiva (β+ ou pósitron) resultante da transformação de um próton em um nêutron. O pósitron comporta-se exatamente como um elétron, exceto que quando um pósitron encontra um elétron livre as duas partículas se combinam e são aniquiladas proporcionando o surgimento de dois raios gama cujas energias correspondem à massa de repouso das duas partículas (0,511 MeV/raio gama). Equação para o decaimento por emissão de pósitrons:

YX

A

Z

A

Z 1



DECAIMENTO POR EMISSÃO DE PÓSITRON



DECAIMENTO POR EMISSÃO DE PARTÍCULA α

O decaimento por emissão de partícula alfa ocorre para aqueles nuclídeos com número atômico maior que 82. Estes nuclídeos pesados não têm configuração estável de nêutrons e prótons e como resultado emitem uma partícula Alfa que se constitui de dois prótons e dois nêutrons. Geralmente uma sequência de decaimentos alfa ( e também Beta) são necessários até se chegar a um núclideo mais leve e estável. Ao contrário das partículas Beta, as partículas alfa são emitidas com uma energia discreta (monoenergéticas). Equação para o decaimento por emissão de partículas Alfa:

YX

A

Z

A

Z

4

2He

4

2



DECAIMENTO POR EMISSÃO DE PARTÍCULA α



CAPTURA DE ELÉTRON

Neste modo de decaimento, um dos elétrons orbitais é capturado pelo núcleo e se combina com um próton para formar um nêutron. A captura de elétron compete com a emissão de pósitron quando há uma baixa razão entre nêutrons e prótons. Quando um átomo decai por captura de elétron, Raios-X são emitidos cujas energias são características do novo nuclídeo formado. Partículas não são emitidas neste decaimento. Equação para o decaimento por captura de elétrons:

RaiosXYeXA

Z

A

Z 1



CAPTURA DE ELÉTRON



TRANSIÇÃO ISOMÉRICA Raios Gama são emitidos quando a emissão de uma partícula deixa o núcleo em um estado parcialmente excitado ou etaestável . Os raios Gama carregam o excesso de energia do núcleo parcialmente excitado após um evento de decaimento. Os raios Gama têm energia discreta, são característicos de cada nuclídeo particular e podem ser usados para efeitos de identificação.



ESQUEMA DE DECAIMENTO DO Co-60 Co-60 decai, emitindo uma partícula β, com uma meia vida de 5.272 anos, para um estado excitado do Ni-60, que então decai muito rapidamente para o seu estado fundamental , por meio de emissão de dois raios ϒ.



SUMÁRIO DOS MECANISMOS DE DECAIMENTO RADIATIVO



EMISSÃO DE RAIOS GAMA Raios gama são radiações monoenergéticas que partem do núcleo de um átomo excitado após um decaimento radiativo. Libera o núcleo do excesso de energia. Têm energias características que podem ser usadas para identificar o radionuclídeo.



Aumenta a frequência e a energia, diminui o comprimento de onda Os raios-X e Gama têm energia suficiente para ionizar átomos.



DIFERENÇA ENTRE RAIOS-X E RAIOS GAMA Para efeitos de proteção radiológica, Raios-X e Gama são idênticos, diferindo apenas na origem. Os raios gama são emitidos de um núcleo excitado, com energia discreta. Os raios-X são emitidos fora do núcleo. Um elétron mais externo retorna a uma camada mais interna produzindo um raio-X característico. Ou raios-X são produzidos por freiamento.



SUMÁRIO DOS MECANISMOS DE DECAIMENTO RADIATIVO


Decaimento

Característica do

Nuclídeo Pai

Mudança no

Número Atômico

(Z)

Mudança na

Massa Atômica

Comentários

Alfa Z > 82 -2 -4 Alfas monoenergéticas

Beta Rico em neutrons +1 0 Espectro de energia

Positron Pobre em neutrons -1 0 Espectro de energia

Gama Estado excitado de

energia Não Não Gamas monoenergéticos


MEIA VIDA O tempo de meia vida (T1/2) é o tempo que se leva para que a metade dos átomos sofram decaimento radiativo. Também é definido como o tempo que se leva para que a atividade da amostra diminua pela metade. O número de átomos remanescentes após decorridos n tempos de meia vida é igual a: Onde N0 é o número inicial de átomos.

n

NN

2

0



MEIA VIDA Uma amostra de material radiativo tem um T1/2 = uma semana. Qual a fração remanescente após decorridas três semanas?

n

NN

2

0



MEIA VIDA Uma amostra de material radiativo tem um T1/2 = uma semana. Qual a fração remanescente após decorridas três semanas? Resp.: 1/8

n

NN

2

0


0000000005,02

110


DATAÇÃO COM C-14

Quando o organismo morre para de absorver C-14 A razão entre C-12 e C-14, no momento da morte é a mesma para outro organismo vivo, mas o C-14 decai (com meia vida de 5.730 anos) e não é substituído. Verificando a razão entre C-12 e C-14 na amostra e Comparando com a de outro organismo vivo hoje, é Possível determinar a idade da amostra com certa precisão. Vale para coisas com até cerca de 60.000 anos.


?


ATIVIDADE É o número de desintegrações (decaimentos) ocorrendo por unidade de tempo, uma taxa de desintegrações.

= constante de decaimento Unidades: 1 Bq = 1 desintegração por segundo 1 Ci (Curie) = 3,7 x 1010 Bq Atividade de 1g de Ra-226 1 Ci = 1000 mCi = 106 Ci

NA



EQUAÇÃO DO DECAIMENTO RADIATIVO Um radionuclídeo decai espontaneamente a uma taxa que depende do número de átomos presentes e da sua constante de decaimento. Cada nuclídeo tem a sua própria e característica constante de decaimento.


NA

t

t eNN

0


EQUAÇÃO DO DECAIMENTO RADIATIVO A taxa instantânea no tempo da variação no número de átomos é dada por: Se começamos com N0 átomos radiativos no instante t = 0, o número de átomos presentes após decorrido um intervalo de tempo t será obtido pela integração:


NA

Ndt

dN

dtN

dNtN

N

t

00

dtN

dN tN

Nt

0

ln

tt eN

N 0

– CONSTANTE DE DECAIMENTO -

• Para calcularmos o tempo gasto para o decaimento da metade dos átomos radiativos:

• A constante de decaimento pode ser calculada para qualquer radionuclídeo a partir de seu Tempo de Meia Vida.

21

0

0

2

TeN

N 212

1ln T 21

2ln T21

693,0

T

teNN

0

CURVA DE DECAIMENTO DO IODO-131



– RESUMO

N = N0 . e - t

= ln 2 T ½

teAA

..

0




EXEMPLO:

Um homem mumificado foi encontrado em um terreno alagado na Dinamarca. Alguns fios de cabelo foram retirados para realizar a datação com C-14. A atividade medida foi de 11,21 des/min/g. Sabe-se que a atividade de C-14 numa pessoa viva é de 15 des/min/g. Determine a idade do corpo mumificado. T1/2 = 5730 anos


teAA

0


T1/2 = 5730 anos


teAA

0

EXEMPLO

• O 226Ra, um dos membros da série radioativa do 238U tem uma meia-vida de 1600 anos. Calcule a sua atividade específica (atividade/massa).

21

693,0

T



EXEMPLO

• O 226Ra, um dos membros da série radioativa do 238U tem uma meia-vida de 1620 anos. Calcule a sua atividade específica (atividade/massa).

21

693,0

T



EXEMPLO

Você tem uma fonte de radiação que quando calibrada em 30/05/2005 tinha uma Atividade de 30 mCi. O tempo de meia vida (T1/2) é de 2,5 anos. Qual era a Atividade em 05/06/2007, em Bq?

1 Ci = 3,7 x 1010 Bq

teAA

..

0

21

693,0

T



– EXEMPLO

– Você tem uma fonte de radiação que quando calibrada em 30/05/2005 tinha uma Atividade de 30 mCi. O tempo de meia vida (T1/2) é de 2,5 anos. Qual era a Atividade em 05/06/2007, em Bq?

– A0 = 30 mCi 1Ci = 3,7 x 1010 Bq 30mCi = 30 x 3,7 x 107 Bq

– t = 736 dias = 2,016 anos

anosanos

277,0

5,2

693,0

mCiemCiA 16,1730016,2277,0

MBqeBqA 63510111016,2227,07



SÉRIE DO URÂNIO SÉRIE DO ACTÍNIO SÉRIE DO TÓRIO

Urânio-2384,5 bilhões de anos

Urânio-235713 milhões de anos

Tório-23213 ,9 bilhões de anos

Tório-23424,6 dias

Tório-23124,6 horas

Rádio-2285,7 anos

Protactínio-2341,4 minutos

Protactínio-23132.000 anos

Actínio-2286,13 horas

Urânio-234270.000 anos

Actínio-22713,5 anos 13,5anos

Tório-2281,9 anos

Tório-23083.000 anos

Frâncio-223 Tório-22721 min 18,9 dias

Rádio-2243,6 dias

Rádio-2261.600 anos

Rádio-22311,4 dias

Radônio-22054,5 segundos

Radônio-2223,8 dias

Radônio-2193,9 segundos

. . .

. . . . . . Polônio-2120,0000003 segundos

Polônio-210140 dias

Polônio-2110,005 segundos

Chumbo-206Estável

Chumbo-207Estável

Chumbo-208Estável

Séries radiativas naturais:



O Ra-226 tem meia-vida igual a 1600 anos. Se o frasco ao lado contém 1mCi de Ra-226: A) Em 1 mCi, há quantas emissões por segundo? B) Daqui a 1600 anos, quantas emissões por segundo haverá?



O Ra-226 tem meia-vida igual a 1600 anos. Se o frasco ao lado contém 1mCi de Ra-226: A) Em 1 mCi, há quantas emissões por segundo? B) Daqui a 1600 anos, quantas emissões por segundo haverá? Resposta: A) 3,7 x 107

B) 1,85 x 107



Al ofadas de cu a co te do i é io de R dio!!!!!!



Al ofadas de cu a co te do i é io de R dio!!!!!!

Almofadas de Cura com minério de Rádio (nada além do que minério natural) ORIENTAÇÕES PARA O USO AQUEÇA BEM ... Use-o seco. Aplique suavemente ... Sobre a fonte de dor ... ou inchaço, 4 a 6 horas por vez, ... mais que um total de 12 horas por dia... ... Quando não em uso mantenha-o enrolado ... sua cama. Indicado em qualquer... de doença crônica ou dor. Veja ... (a bula?) para instruções gerais.



Fluoroscopia em loja de calçados começo dos anos 1900.



Exame de raios-X do pé

Exame de Raios-X de corpo inteiro.



– INTERAÇÕES DA RADIAÇÃO COM A MATÉRIA

• A radiação ao interagir com a matéria pode ser absorvida ou espalhada. É interessante conhecer os mecanismos de absorção da radiação porque:

– Absorção em tecidos vivos pode trazer danos biológicos;

– Absorção é o princípio que baseia a detecção da radiação;

– O grau de absorção é o fator primário no dimensionamento de blindagens.





Radiação Ionizante A radiação é dita ionizante se ela é capaz de formar um par de íons na matéria. Um par de íons é formado quando um elétron é removido de um átomo, produzindo um elétron livre e um átomo positivamente carregado. A capacidade de ionizar depende da energia, massa e carga .



Ionização e Excitação Ionização: é o resultado da transferência de energia da radiação para um elétron, suficiente para ejetar e produzir um elétron livre. Excitação: é a adição de energia de radiação para um elétron orbital e a subsequente liberação desta energia sem ejetar o elétron do átomo.

Partícula.

Eléctron ejetado

Partícula.

Eléctron muda de órbita

Ionização Excitação




– O termo usado para comparar e relacionar o poder de ionização dos diferentes tipos de partículas carregadas é Ionização Específica, definida como o número de pares de íons por unidade de comprimento formados pela radiação ionizante em um meio. A Ionização Específica depende da velocidade da partícula (e então da sua energia) e da densidade do material absorvedor (o número de átomos disponíveis para a ionização).

# pares de íons

Ionização específica =

unidade de comprimento




IONIZAÇÃO ESPECÍFICA - IE

A Ionização Específica é usada para comparar o poder de ionização de diferentes tipos de partículas carregadas.



Radiação Alcance no ar Velocidade IE (# pares de íons/cm)

α 5-7 cm 3.200 – 32.000 km/s 20.000 – 50.000

β 200 – 800 cm 25 a 99% da velocidade da luz

50 - 500

ϒ Usa-se camada semi-

redutora

Velocidade da luz 300.000 km/s

5 -8


• PARTÍCULAS ALFA

• Uma partícula Alfa é um átomo de Hélio despido de seus elétrons. Ela é emitida de um átomo radiativo com uma velocidade de cerca de 1/20 da velocidade da luz e com energias variando de 4 a 9 MeV. Causam ionização na matéria quando são defletidas pela carga positiva de um núcleo e puxam os elétrons deste (atraídos pela carga positiva da partícula Alfa) ao longo de sua trajetória.

• As partículas Alfa também causam excitação ao longo de suas trajetórias puxa do elétrons de órbitas mais interiores para órbitas mais externas. Não há a formação de pares de íons, mas energia é perdida pela partícula Alfa e adicionada ao átomo. A energia adicionada é então liberada pelo átomo como radiação fluorescente ou raios-X de baixa energia quando os elétrons retornam às vacâncias nas órbitas mais internas.




• PARTÍCULAS ALFA

• Devido à sua massa relativamente grande (2 nêutrons e 2 prótons), sua carga elétrica alta (+2) e sua baixa velocidade, a Ionização Específica de uma partícula Alfa é muito alta. Ou seja, elas criam muitos pares de íons em uma pequena trajetória. E também, perdem suas energias em uma pequena distância. O alcance no ar é de apenas poucos centímetros mesmo para as partículas Alfa mais energéticas.

• Desde que as partículas Alfa têm um alcance muito limitado na matéria, não apresentam riscos de danos externos ao homem. Muitas partículas Alfa não podem penetrar a camada protetora da pele. Entretanto, uma vez dentro do corpo (ingestão ou inalação), inseridas em tecido vivo, poderão causar danos. Portanto, emissores Alfa apresentam grandes riscos internos e a sua absorção pelo corpo deve ser prevenida.




• PARTÍCULAS BETA

• As partículas Beta são emitidas do núcleo de um átomo radiativo dentro de uma larga faixa de energias até um valor máximo.

• Assim como as partículas Alfa, perdem sua energia por ionização e excitação. Porém, devido à massa bem inferior (1/7300 da partícula Alfa) e carga menor (1/2), as interações ocorrem em intervalos menos frequentes, permitindo um maior alcance no interior da matéria.





• Podem interagir com um núcleo de um átomo produzindo Raios-X de freiamento (Bremsstrahlung). A produção de raios-X de freiamento aumenta quando o número atômico do absorvedor aumenta.

• Por esta razão, a blindagem de emissores de partículas Beta são feitas de materiais de número atômico baixo, como alumínio ou plásticos, para reduzir a produção de Bremsstrahlung.





• Requerem uma energia acima de 70 keV para ultrapassar a camada protetora da pele e, desta forma apresentarem algum risco de danos por exposição externa.

• Também podem se constituir em um risco por exposição interna. Apesar do maior alcance as partículas Beta não causam tanto dano como as partículas Alfa, devido à baixa ionização específica.



Alcance: distância máxima que uma partícula pode percorrer em dado material ou espessura mínima para deter todas as partículas de dada energia.



Partículas alfa Partículas beta



Wilson Cloud chamber


• INTERAÇÃO DOS RAIOS-X E RAIOS GAMA

– Sob o ponto de vista da prática de Proteção Radiológica, os Raios-X e raios gama são idênticos, diferindo apenas do seu local de origem. Raios gama são emitidos de núcleos excitados com uma energia discreta. Já os Raios-X são emitidos em decorrência de uma transição em uma estrutura atômica extra-nuclear (por exemplo, quando um elétron de uma camada mais externa preenche uma vaga deixada por um elétron de uma camada mais interna liberando energia na forma de Raios-X). A energia dos raios-X é aproximadamente igual à diferença entre os níveis de energia dos elétrons. Como já visto, raios-X também são emitidos por Bremsstrahlung.




• INTERAÇÃO DOS RAIOS-X E RAIOS GAMA

– Por não terem carga elétrica, Raios-X e Gama não interagem por meio de forças eletrostáticas como no caso de partículas carregadas que ionizam a matéria diretamente ao longo de sua trajetória. Entretanto, Raios-X e Gama têm energia suficiente para ejetar partículas secundárias carregadas de alta energia (elétrons) por meio de três interações básicas:

• Efeito fotoelétrico

• Espalhamento Compton

• Formação de Pares.

– Os elétrons de alta velocidade resultantes destes processos podem causar ionização no meio. Portanto, Raios-X e Gama compõem radiação indiretamente ionizante.




• EFEITO FOTOELÉTRICO

– O efeito fotoelétrico é a interação de fótons de Raios-X ou Gama (e outros também, como fótons de Luz) onde toda a energia do fóton é transferida para um elétron de uma camada mais interna (normalmente a camada K) ejetando-o do átomo e deixando uma lacuna nesta camada mais interna.

– A energia Cinética (KE) do fotoelétron é igual à energia do fóton de raio-X ou Gama menos a energia de ligação do elétron ejetado.

– O átomo resultante estará em um estado excitado e irá alcançar seu estado fundamental pela emissão de raios-X e radiação fluorescente .

– Um fóton, co o desc ito pela Teo ia Qu tica, é u pacote ou ua tu ue co té u a quantidade discreta de energia eletromagnética que viaja com a velocidade da luz (3 x108 m/s).



+ - -

- - +

+

+ -

+

+ -

+ - -

- - +

+

+ -

+

+ -

Mais provável para radiações de baixa energia

Elétron ejetado quase sempre das camadas internas




• ESPALHAMENTO COMPTON

– Fótons com energias muito maiores que a Energia de Ligação dos elétrons em um átomo podem interagir por meio de espalhamento essencialmente elásticos onde a Energia Cinética total do sistema é conservada. Nesta interação o elétron se apresenta ao fóton como um elétron livre. O raio Gama primário perde parte de sua energia para o elétron Compton, e é espalhado por um ângulo θ.



+ - -

- - +

+

+ -

+

+ -

+ - -

- +

+ -

+




• PRODUÇÃO DE PARES

– Fótons com altas energias transferem sua energia preferencialmente por produção de pares. Um Raio-X ou Gama de alta energia ao passar próximo de um núcleo subitamente desaparece dando lugar a um pósitron e um elétron. Esta interação deve ocorrer nas proximidades do núcleo para que haja conservação de momento.

– Desde que ambas as partículas são criadas a partir da energia suprida pelo fóton incidente, o processo é energeticamente possível se e somente se a energia do fóton incidente for maior que 1,02 MeV.

– Quando o pósitron é freado (perde Energia Cinética) ele irá se aniquilar pela combinação com um elétron. Isto irá produzir dois fótons com energia de 511 keV cada um. Esta eaç o de a i uila e to representa a energia equivalente a massa de repouso dos dois elétrons que são convertidos em energia de acordo com a teoria de Einstein, em particular, E = mc2.



20

40

60

80

100

120

Energia do fóton, MeV

0,01 0,05 0,1 0,5 1 5 10 50 100

Efeito fotoelétrico dominante

Efeito Compton dominante

Produção de pares dominante



Alfa A radiação Alfa alcança menos que 4 cm no ar e não irá penetrar na camada externa da pele. Beta A radiação Beta alcança vários metros no ar e chega a até 0,8 cm no tecido humano. Portanto, alguma blindagem é necessária. Como há a possibildiade de emissão por Bremsstrahlung, é melhor utilizar materiais de baixa densidade. Raios-X É necessário um material absorvedor com alto número atômico. Chumbo, com Z=82 é indicado. Gama Também exige para a blindagem um material absorvedor com alta massa por unidade de área, novamente chumbo é uma boa escolha. Entretanto, levando em conta aspectos de custo, concreto pode ser usado para substituir o chumbo, porém, maiores espessuras serão exigidas. .



Neutrons Neutrons (não mostrados neste slide) normalmente decorrem de processos de fissão (reator nuclear). Eles são melhor blindados por materiais constituídos por elementos de baixo número atômico, especialmente hidrogênio (água, por exemplo). Estes materiais apresentam alta probabilidade de que os neutrons colidam com os núcleos, sendo freados no seu interior.

Em todas as instâncias é requerida blindagem. Blindar a fonte de radiação na sua

vizinhança imediata é sempre a solução mais efetiva e econômica.



CAMADA SEMI-REDUTORA – HVL (Half Value Layer) A HVL de um feixe de raios-X (ou gama) é definida como a quantidade de material absorvedor necessário para reduzir o feixe à metade do sua intensidade original. É uma medição indireta da energia e da qualidade do feixe. É uma ferramenta de qualidade para verificar se a filtração de um feixe de raios-X é suficiente para remover do feixe os fótons de baixa energia que são danosos à saúde do paciente. Serve também para determinar o tipo e a espessura da blindagem necessária nas instalações.



CAMADA SEMI-REDUTORA – HVL (Half Value Layer)



BLINDAGEM Material de blindagem colocado entre a fonte de radiação e pessoas irá reduzir a intensidade por atenuação, e consequentemente reduzindo a dose de radiação recebida. Atenuação é o processo em que um feixe de radiação tem sua intensidade reduzida por absorção ou espalhamento no meio absorvedor.



BLINDAGEM LIVRE CAMINHO MÉDIO É a distância média que um fóton pode percorrer antes de colidir com um átomo no interior do material de blindagem. O coeficiente de atenuação linear ( ) é o inverso do livre caminho médio. É a soma das probabilidades de interação , por unidade de comprimento, para efeito fotoelétrico, espalhamento Compton e produção de pares. Quanto mais curta a distância entre interações maior será o (então, quanto mais denso o material, melhor será a blindagem.

depende da energia do fóton.



BLINDAGEM COEFICIENTE DE ATENUAÇÃO MÁSSICO, m

Como o coeficiente de atenuação linear depende da densidade do absorvedor, é preferível utilizar o m que elimina esta dependência



m

BLINDAGEM EQUAÇÃO Ou I = intensidade após passar pela blindagem I0 = intensidade inicial na fonte X espessura do material de blindagem Sabendo-se , calcula-se x.



xeII

0

xmeII

0

Relação de com HVL n = número de HVLs

693,0

HVL

n

II

2

0

BLINDAGEM EXEMPLO Qual a espessura de chumbo é necessária para reduzir a taxa de exposição de uma fonte de I-131 de 32 mR/hr para 2 mR/hr? A HVL do chumbo para o I-131 é 0,178 cm.



hmR

hmR

I

In

2

322 0

cm

n

n

71,0178,04

4

162

BLINDAGEM RESUMO



α β γ Alcance Muito curto curto longo

Risco Interno Principalmente interno, pequeno para altas energias

Principalmente externo, interno para baixas energias

Blindagem Folha de papel Placa de alumínio ou plástico

Tijolos de chumbo ou vidro com chumbo

Documents

PROTEÇÃO RADIOLÓGICA - eduloureiro.dominiotemporario.comeduloureiro.dominiotemporario.com/doc/PRaula1.pdf · AVALIAÇÃO DOS RISCOS DA RADIAÇÃO Estabelecer a causa de um efeito