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  • INSTITUTO DE RADIOPROTEO E DOSIMETRIA - CNENINSTITUTO DE RADIOPROTEO E DOSIMETRIA - CNEN

    LUIZ TAUHATAIVAN P.A.SALATIRENATO DI PRINZIOANTONIETA DI PRINZIO

    LUIZ TAUHATAIVAN P.A.SALATIRENATO DI PRINZIOANTONIETA DI PRINZIO

    LUIZ TAUHATAIVAN P.A.SALATIRENATO DI PRINZIOANTONIETA DI PRINZIO

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    INSTITUTO DE RADIOPROTEO E DOSIMETRIA - CNENINSTITUTO DE RADIOPROTEO E DOSIMETRIA - CNEN

    FUNDAMENTOSFUNDAMENTOSFUNDAMENTOSFUNDAMENTOS

    RADIOPROTEOE DOSIMETRIARADIOPROTEOE DOSIMETRIARADIOPROTEOE DOSIMETRIARADIOPROTEOE DOSIMETRIA

  • RADIOPROTEO E DOSIMETRIA:

    FUNDAMENTOS

    Luiz TauhataIvan P.A.SalatiRenato Di PrinzioAntonieta R.Di Prinzio

    INSTITUTO DE RADIOPROTEO E DOSIMETRIA

    COMISSO NACIONAL DE ENERGIA NUCLEARRIO DE JANEIRO

    4 Reviso - Junho/2003

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    Todos os direitos reservados aos autores

    Comisso Nacional de Energia Nuclear

    Instituto de Radioproteo e Dosimetria

    Av. Salvador Allende, s/n - Recreio dos BandeirantesRio de Janeiro - RJCEP: 22780-160

    Tel.: (21) 3411-8185(21) 3411-8175

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    Nota: todos os conceitos emitidos e contidos nesta publicao, so de responsabilidade exclusiva dos autores

    Tauhata, L., Salati, I.P.A., Prinzio, R.Di., Prinzio, M.A.R.R.Di.Radioproteo e Dosimetria: Fundamentos - 4 v. junho/2003 - Rio de Janeiro - IRD/CNEN242p

    1. Teoria Atmica 2. Matria 3. Radioatividade 4. Radiaes Nucleares 5. Fontes de Radiao6. Interao da Radiao 7. Efeitos da Radiao 8. Metrologia 9. Deteco da Radiao10. Radioproteo

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    APRESENTAO

    Esta uma verso revisada da apostila Radioproteo e Dosimetria:Fundamentos, preparada para atender a um dos cursos de treinamento oferecidos peloIRD e s pessoas interessadas no assunto. Em futuro prximo, sero acrescentadosoutros captulos, referncias bibliogrficas e uma reviso mais cuidadosa do texto. Averso mais completa ser editada brevemente.

    Na preparao da apostila, os autores desejam agradecer a todos os colegas daDiviso de Metrologia de Radionucldeos, principalmente Estela Maria de OliveiraBernardes, pela pacincia e colaborao.

    A todos que tiverem acesso ao texto, solicitamos sugestes, ementas e correes,para que, na edio definitiva, possamos elaborar um trabalho aperfeioado e commenor nmero de falhas.

    Os autores

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    NDICE

    RELAO DE FIGURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xv

    RELAO DE TABELAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxi

    CAPTULO 1

    RADIAES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

    1.1. COMPOSIO DA MATRIA E TEORIA ATMICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1.1. Viso macroscpica da matria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1.2. Substncias simples e compostas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1.3. Fases e estados da substncia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1.4. Viso microscpica da matria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1.5. A aceitao do tomo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1.6. Lei das propores definidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.1.7. Lei das propores mltiplas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

    1.2. ESTRUTURA DA MATRIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2.1. Composio da matria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2.2. Estrutura do tomo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2.3. Raio atmico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2.4. Raio inico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.2.5. Estrutura eletrnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.2.6. Energia de ligao eletrnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.2.7. Estrutura nuclear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.2.8. Notao qumica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.2.9. Organizao nuclear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.2.10. Tabela de nucldeos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.2.11. Istopos, isbaros e istonos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.2.12. Tabela Peridica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.2.13. Preenchimentos das camadas eletrnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.2.14. Regra de Hund . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

    1.3. TRANSIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.3.1. Estados excitados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.3.2. Transio eletrnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.3.3. Transio nuclear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.3.4. Meia-vida do estado excitado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

    1.4. ORIGEM DA RADIAO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.4.1. Ftons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.4.2. Raios X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

    1.5. RADIOATIVIDADE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.5.1. Constante de decaimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

  • v1.5.2. Atividade de uma amostra, A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.5.3. Atividade de uma amostra em um dado instante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.5.4. Decaimento da atividade com o tempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.5.5. Unidades de atividade - o becquerel e o curie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181.5.6. Mltiplos e submltiplos das unidades de atividade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181.5.7. Meia-vida do radioistopo T1/2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181.5.8. Vida-mdia do radioistopo, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

    1.6. RADIAES NUCLEARES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191.6.1. Unidades de energia de radiao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191.6.2. Radiao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191.6.2.1. Emisso - . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191.6.2.2. O neutrino e o anti-neutrino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201.6.2.3. Equao da transformao do nutron na emisso - . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201.6.2.4. Emisso + . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201.6.2.5. Distribuio de energia na emisso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201.6.2.6. Emisso de mais de uma radiao beta em um decaimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211.6.2.7. Emissores puros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221.6.2.8. Captura eletrnica, EC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221.6.3. Radiao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231.6.3.1. Equao da transformao no decaimento alfa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241.6.3.2. Energia da radiao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241.6.4. Emisso gama . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251.6.4.1. Energia da Radiao Gama . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261.6.4.2. Intensidade relativa de emisso I

    ("branching ratio") . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261.6.4.3. Valores de referncia para as energias das radiaes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261.6.5. Intensidade relativa das radiaes e atividade total . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281.6.6. Atividade e decaimento de uma mistura de radionucldeos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291.6.7. Esquema de decaimento de um radionucldeo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

    1.7. INTERAES EM PROCESSOS DE DECAIMENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301.7.1. Raios X Caractersticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301.7.2. Eltrons Auger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301.7.3. Converso interna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

    1.8. RADIAO PRODUZIDA PELA INTERAO DE RADIAO COM A MATRIA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

    1.8.1. Radiao de Freamento ("Bremsstrahlung") . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321.8.2. Produo de pares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331.8.3. Radiao de aniquilao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

    CAPTULO 2

    FONTES NATURAIS E ARTIFICIAIS DE RADIAO IONIZANTE . . . . . . . . . . . . 35

    2.1. FONTES NATURAIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352.1.1. Origem dos elementos qumicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352.1.2. Composio qumica do homem referncia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

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    2.1.3. Os elementos radioativos naturais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382.1.4. As famlias radioativas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382.1.5. O radnio e tornio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402.1.6. A radiao csmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

    2.2. FONTES ARTIFICIAIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432.2.1. Tipos de geradores de radiao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432.2.2. Tubos de raios X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442.2.3. Aceleradores de partcula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452.2.4. Aceleradores de eltrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452.2.5. Acelerador Van der Graaff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462.2.6. Ciclotrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472.2.7. Fontes de nutrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

    2.2.8. Irradiadores com radioistopos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492.2.8.1. Bomba de Cobalto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492.2.8.2. Fontes para braquiterapia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502.2.8.3. Irradiadores para gamagrafia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502.2.8.4. Irradiador industrial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 512.2.9. Efluentes e precipitaes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

    2.3. INSTALAES NUCLEARES NO BRASIL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532.3.1. Reatores nucleares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532.3.1.1 Reatores de potncia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542.3.1.2. Reatores de Pesquisa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 572.3.2. O Ciclo do Combustvel Nuclear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 582.3.2.1. A minerao e extrao do urnio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 592.3.2.2.Converso para hexafluoreto de urnio (UF6) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 602.3.2.3. O enriquecimento isotpico do urnio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 602.3.2.4. A fabricao do elemento combustvel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 612.3.2.5. O reprocessamento do combustvel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622.3.2.6. Rejeitos radioativos no ciclo do combustvel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 632.3.2.7. Instalaes nucleares industriais do Ciclo do Combustvel no Brasil . . . . . . . . . . . 642.3.2.8. Instalaes nucleares de pesquisa do Ciclo do Combustvel no Brasil . . . . . . . . . . 64

    2.4. INSTALAES RADIATIVAS NO BRASIL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 662.4.1. Instalaes mdicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 672.4.1.1 Servios de Radioterapia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 672.4.1.2 Servios de Medicina Nuclear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 672.4.2 Instalaes Industriais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 682.4.2.1.Instalaes de radiografia industrial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 682.4.2.2 Indstrias que operam medidores nucleares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 682.4.2.3. Servios de perfilagem de petrleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 682.4.2.4. Irradiadores industriais de grande porte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 682.4.3. Instalaes de Pesquisa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

    CAPTULO 3

  • vii

    INTERAO DA RADIAO COM A MATRIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

    3.1. IONIZAO, EXCITAO, ATIVAO E RADIAO DE FREAMENTO . . . . . 703.1.1. Excitao atmica ou molecular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 703.1.2. Ionizao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 703.1.3. Ativao do ncleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

    3.2. RADIAES DIRETAMENTE E INDIRETAMENTE IONIZANTES . . . . . . . . . . . 713.2.1. Interao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 723.2.2. Probabilidade de interao ou seco de choque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

    3.3. INTERAO DA RADIAO ELETROMAGNTICA COM A MATRIA . . . . . . 723.3.1. Efeito Fotoeltrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 723.3.2. Pico de absoro K para o efeito fotoeltrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 743.3.3. Efeito Compton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 743.3.4. Espalhamento Compton coerente ou efeito Rayleigh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 763.3.5. Formao de Par . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 763.3.6. Importncia relativa dos efeitos fotoeltrico, Compton e produo de pares . . . . . . . 773.3.7. Coeficiente de atenuao linear total, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 783.3.8. Coeficiente de atenuao linear em massa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 793.3.9. Coeficiente de atenuao e seco de choque microscpica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 803.3.10. Coeficiente de atenuao linear total de uma mistura ou composto . . . . . . . . . . . . . 813.3.11. Coeficiente de transferncia de energia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 813.3.12. Coeficiente de absoro de energia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

    3.4. INTERAO DE NUTRONS COM A MATRIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

    3.5. INTERAO DAS RADIAES DIRETAMENTE IONIZANTES COM AMATRIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

    3.5.1. Radiaes diretamente ionizantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 833.5.2. Poder de freamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 833.5.3. Poder de freamento de coliso e de radiao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 843.5.4. Poder de freamento restrito ou LET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 853.5.5. Alcance de partculas carregadas em um material (range) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 853.5.5.1. Alcance mdio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 853.5.5.2. Alcance extrapolado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 863.5.5.3. Alcance mximo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

    3.6. INTERAO DE ELTRONS COM A MATRIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 863.6.1. Alcance para eltrons monoenergticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 873.6.2. Atenuao das partculas beta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 893.6.3. Alcance das partculas beta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 903.6.4. Poder de freamento para eltrons de alta energia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 913.6.5. Valor efetivo de (Z/A) de um material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

    3.7. INTERAO DAS PARTCULAS COM A MATRIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 923.7.1. Alcance das partculas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

  • viii

    3.8. INTERAO DE FRAGMENTOS DE FISSO COM A MATRIA . . . . . . . . . . . . 943.8.1. Alcance de fragmentos de fisso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

    3.9. TEMPO DE PERCURSO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

    3.10. PROCESSOS INTEGRADOS DE INTERAO: DISSIPAO DE ENERGIA . . 95

    CAPTULO 4

    EFEITOS BIOLGICOS DA RADIAO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

    4.1. ESTRUTURA E METABOLISMO DA CLULA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 974.1.1. Estrutura bsica da clula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 974.1.2. Metabolismo celular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 984.1.3. Reproduo celular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

    4.2. INTERAO DA RADIAO COM O TECIDO BIOLGICO . . . . . . . . . . . . . . . 994.2.1. Formas e tipos de irradiao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 994.2.1.1. Exposio nica, fracionada ou peridica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1004.2.1.2. Exposio de corpo inteiro, parcial ou colimada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1014.2.1.3. Exposio a feixes intensos, mdios e fracos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1024.2.1.4. Exposio a ftons, partculas carregadas ou a nutrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1024.2.2. Danos celulares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1024.2.3. Mutaes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1034.2.4. Modificao celular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1034.2.5. Morte celular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1044.2.6. Curvas de sobrevivncia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1044.2.7. Detrimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

    4.3. ETAPAS DA PRODUO DO EFEITO BIOLGICO PELA RADIAO . . . . . . 1054.3.1. Efeitos Fsicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1054.3.2. Efeitos qumicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1054.3.3. Efeitos biolgicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1074.3.4. Efeitos orgnicos - Doenas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

    4.4. RADIOSSENSIBILIDADE DOS TECIDOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1094.4.1. Eficincia biolgica relativa - RBE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1094.4.2. Transferncia linear de energia - LET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1104.4.3. Radiaes de baixo LET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1114.4.4. Induo de cncer pelas radiaes de baixo LET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1124.4.5. Radiaes de alto LET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1134.4.6. Induo de cncer pelas radiaes de alto LET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1134.4.7. Fator de eficincia da dose e da taxa de dose - DDREF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1134.4.8. O fator de reduo DDREF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1144.4.9. Obteno do DDREF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

    4.5. CLASSIFICAO DOS EFEITOS BIOLGICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1154.5.1. Denominao dos efeitos biolgicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

  • ix

    4.5.2. Efeitos estocsticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1154.5.3. Efeitos determinsticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1164.5.4. Efeitos somticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1174.5.5. Efeitos genticos ou hereditrios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1174.5.6. Efeitos imediatos e tardios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

    4.6. REVERSIBILIDADE, TRANSMISSIVIDADE E FATORES DE INFLUNCIA . . 1194.6.1. Reversibilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1194.6.2. Transmissividade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1194.6.3. Fatores de influncia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

    4.7. USO DE EFEITOS BIOLGICOS NA TERAPIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1214.7.1. Radioterapia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1214.7.2. Aplicaes oftalmolgicas e dermatolgicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1224.7.3. Aplicao de Radiofrmacos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

    4.8. SNDROME DE IRRADIAO AGUDA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1234.8.1. Exposies acidentais com altas doses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1234.8.2. Exposio externa localizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1244.8.3. Sindrome de Irradiao Aguda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

    CAPTULO 5

    GRANDEZAS RADIOLGICAS E UNIDADES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

    5.1. EVOLUO CONCEITUAL DAS GRANDEZAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1285.1.1. A quantificao da radiao ionizante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1285.1.1.1. Campo de radiao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1285.1.1.2. Grandezas dosimtricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1285.1.1.3. Grandezas limitantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1295.1.1.4. Grandezas operacionais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1295.1.1.5. Fatores de converso e condies de medio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1295.1.1.6. ICRP e ICRU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1305.1.2. A notao diferencial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1305.2.2. Concepes estabelecidas pelas ICRP 26 e ICRP 60 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

    5.3. GRANDEZAS RADIOLGICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1325.3.1. Atividade, A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1325.3.2. Fluncia, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1335.3.3. Exposio, X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1335.3.4. Dose absorvida, D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1345.3.5. Equivalente de Dose (Dose Equivalente), H,(ICRP 26) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1345.3.6. Equivalente de Dose (Dose equivalente) no rgo, HT (ICRP 26) . . . . . . . . . . . . . . 1355.3.7. Equivalente de Dose (Dose equivalente) Efetiva, HE (ICRP 26) . . . . . . . . . . . . . . . 1365.3.8. Kerma, K . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1375.3.9. Dose Absorvida Comprometida (Committed absorbed dose), D() . . . . . . . . . . . . . 1375.3.10. Equivalente de Dose Comprometida (Committed Dose Equivalent) . . . . . . . . . . . 1385.3.11. Dose coletiva (Collective dose) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

  • x5.4. RELAES ENTRE AS GRANDEZAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1385.4.1. Relao entre Kerma e Dose Absorvida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1385.4.2. Relao entre Kerma de coliso e a Fluncia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1395.4.3. Relao entre Exposio e Dose Absorvida no ar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1395.4.4. Relao entre Dose no Ar e em outro Material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1395.4.5. Relao entre Taxa de Exposio e Atividade da fonte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1405.4.6. Relao entre Dose Efetiva e Atividade de uma fonte puntiforme. . . . . . . . . . . . . . 1415.4.7. Relao entre Dose Efetiva e Atividade por unidade de rea . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

    5.5. NOVAS GRANDEZAS OPERACIONAIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1455.5.1. Esfera ICRU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1465.5.2. Campo expandido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1465.5.3. Campo expandido e alinhado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1465.5.4. Grandezas operacionais para monitorao de rea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1465.5.4.1. Equivalente de dose ambiente, H*(d) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1475.5.4.2. Equivalente de dose direcional, H(d,) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1475.5.5. Grandeza operacional para monitorao individual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1485.5.5.1. Equivalente de Dose Pessoal, Hp(d) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1485.5.6. Relaes entre as grandezas limitantes e operacionais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

    5.6. NOVAS GRANDEZAS DEFINIDAS NA ICRP 60 EM SUBSTITUIO S DAICRP 26 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

    5.6.1. Dose Equivalente (Equivalent dose),HT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1505.6.2. Dose Efetiva (Effective dose), E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1505.6.3. Outras grandezas que mudaram de denominao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

    5.7. COEFICIENTE DE RISCO, fT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

    CAPTULO 6

    DETECTORES DE RADIAO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

    6.1. PRINCPIOS DE OPERAO DOS DETECTORES DE RADIAO . . . . . . . . . 1536.1.1. Detectores de radiao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1536.1.2. Propriedades de um detector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1536.1.3. Eficincia de um detector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1546.1.3.1. Eficincia intrnseca do detector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1546.1.3.2. Eficincia absoluta de um detector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1556.1.4. Fatores que definem a escolha de detectores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1556.1.4.1. Tipo da radiao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1556.1.4.2. Intervalo de tempo de interesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1556.1.4.3. Preciso, exatido, resoluo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1566.1.4.4. Condies de trabalho do detector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1566.1.4.5. Tipo de informao desejada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1566.1.4.6. Caractersticas operacionais e custo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1566.1.5. Especificaes para monitores, dosmetros e sistemas de calibrao . . . . . . . . . . . . 1576.1.5.1. Monitor de radiao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

  • xi

    6.1.5.2. Dosmetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1586.1.5.3. Sistema de Calibrao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

    6.2. DETECO UTILIZANDO EMULSES FOTOGRFICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . 1596.2.1. Emulses fotogrficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1596.2.2. Mecanismo de interao da radiao com as emulses fotogrficas . . . . . . . . . . . . . 1596.2.3. Interao de ftons e nutrons com a emulso fotogrfica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1606.2.4. Aplicaes da dosimetria com emulses fotogrficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1606.2.4.1. Monitorao pessoal de radiao X e gama . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1606.2.4.2. Uso em raio X diagnstico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1616.2.4.3. Gamagrafia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

    6.3. DETECTORES TERMOLUMINESCENTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1626.3.1. O mecanismo da termoluminescncia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1626.3.2. Utilizao na deteco e dosimetria de radiao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1626.3.3. Principais materiais termoluminescentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1636.3.4. Leitor de TLD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

    6.4. DETECTORES GS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1646.4.1. Uso de gases como detectores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1646.4.2. Energia mdia para formao de um par de ons (W) em um gs . . . . . . . . . . . . . . . 1646.4.3. Formao de pulso de tenso ou de corrente em detectores gs . . . . . . . . . . . . . . 1656.4.4. Regies de operao para detectores gs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1656.4.4.1. Regio inicial no-proporcional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1666.4.4.2. Regio de saturao de ons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1666.4.4.3. Regio proporcional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1666.4.4.4. Regio de proporcionalidade limitada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1666.4.4.5. Regio Geiger-Mller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1666.4.4.6. Regio de descarga contnua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1676.4.5. Cmaras de ionizao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1676.4.6. Detectores proporcionais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1696.4.7. Detectores Geiger-Mller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170

    6.5. DETECTORES CINTILAO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1726.5.1. Caractersticas importantes de materiais cintiladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1726.5.2. Eficincia de cintilao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1726.5.3. Emisso de luz em materiais cintiladores inorgnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1736.5.4. A vlvula fotomultiplicadora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1736.5.5. Materiais cintiladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1756.5.5.1. O iodeto de sdio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1756.5.5.2. O iodeto de csio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1766.5.5.3. O germanato de bismuto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1766.5.5.4. Sulfeto de zinco ativado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1766.5.6. Emisso de luz em materiais cintiladores orgnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1776.5.7. Materiais cintiladores orgnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1776.5.8. Cintiladores plsticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178

    6.6. DETECTORES CINTILAO LQUIDA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178

  • xii

    6.6.1. A soluo cintiladora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1786.6.1.1 Solues cintiladoras comerciais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1796.6.2 O processo de converso de energia em luz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1796.6.2.1 A migrao de energia no solvente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1806.6.2.2 A migrao de energia do solvente para o soluto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1806.6.2.3 A transferncia de energia do solvente para o soluto primrio . . . . . . . . . . . . . . 1816.6.2.4 A transferncia de energia para o soluto secundrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1816.6.3 O processo quantitativo de deteco com cintilao lquida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1816.6.4 Agente extintor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1836.6.5 Equipamento de cintilao lquida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184

    6.7. DETECTORES UTILIZANDO MATERIAIS SEMICONDUTORES . . . . . . . . . . . 1866.7.1. Formao de pulsos em materiais semicondutores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1866.7.1.1. Materiais isolantes, condutores e semi-condutores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1866.7.1.2. Pares eltrons-buracos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1876.7.1.3. Criao de doadores e receptores em um material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1876.7.1.4. Interao da radiao com o material semicondutor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1896.7.1.5. Juno p-n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1896.7.1.6. Regio de depleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1896.7.1.7. Polarizao reversa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1896.7.2. Detectores de diodos de silcio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1906.7.3. Detectores de germnio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1906.7.4. Detector de barreira de superfcie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1916.7.5. Detectores de silcio-ltio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1916.7.6. Detectores de telureto de cdmio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192

    6.8. CALIBRAO DE DETECTORES: RASTREABILIDADE . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193

    6.9. CADEIAS DE MEDIO - PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS AUXILIARES . . . . 1936.9.1. Processamento de sinais em uma cadeia de medio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1936.9.2. Padres de instrumentao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1936.9.3. Pulso linear e pulso lgico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1946.9.4. Fonte de tenso (detector bias voltage supplier) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1946.9.5. Pr-amplificador (preamplifier) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1946.9.6. Amplificador linear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1956.9.7. Discriminador integral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1956.9.8. Discriminador diferencial ou analisador monocanal (single-channel analyzer - SCA). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1956.9.9. Gerador de retardo (delay generator) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1956.9.10. Gatilho (gate) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1966.9.11. Coincidncia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1966.9.12. Conversor tempo-amplitude (Time do Amplitude Converter - TAC) . . . . . . . . . . 1966.9.13. Temporizador (timer) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1966.9.14. Contador (scalers ou counters) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1966.9.15. Analisador multicanal (multichannel analyzer - MCA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1976.9.16. Diagrama de blocos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197

    CAPTULO 7

  • xiii

    NOES DE RADIOPROTEO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

    7.1. PRINCPIOS DE RADIOPROTEO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1997.1.1. Justificao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1997.1.2. Otimizao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1997.1.3. Limitao da dose individual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2007.1.4. Limites Primrios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2027.1.4.1. Limites Secundrios, Derivados e Autorizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2027.1.4.2. Nveis de Referncia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2027.2. Cuidados de Radioproteo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2037.2.1 Tempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2037.2.2. Distncia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2047.2.3. Blindagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2047.2.4. Blindagem de uma instalao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2057.2.5. Blindagem para Diferentes Tipos de Radiao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2057.2.5.1. Blindagem para Nutrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2057.2.5.2. Blindagem para Partculas Carregadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2067.2.5.3. Blindagem para Raios X e Gama . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2077.2.5.4. Camada Semi Redutora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2077.2.5.5. Fator de Reduo ou Atenuao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2127.2.5.6. Fator de Crescimento (Build up) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212

    7.3. O PLANO DE RADIOPROTEO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2147.3.1. Responsabilidade da Direo da Instalao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2147.3.2. Responsabilidade do Supervisor de Radiproteo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2157.3.3. Responsabilidade dos Trabalhadores da Instalao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215

    7.4. ATIVIDADES DO SERVIO DE RADIOPROTEO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215

    7.5. REGRAS PRTICAS DE PROTEO RADIOLGICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2167.5.1. Equipamentos e Instalaes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2167.5.2. Planejamento da atividade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2167.5.3. Procedimentos operacionais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2167.5.4. Gerncia de rejeitos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2177.5.5. Segurana e acidentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

    7.6. O simbolo da radiao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218

    REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219

    ANEXO A

    NORMAS DA CNEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220

    GRUPO 1: INSTALAES NUCLEARES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220

  • xiv

    GRUPO 2: PROTEO AMBIENTAL, SALVAGUARDAS, PROTEO FSICA ECONTRA INCNDIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222

    GRUPO 3: RADIOPROTEO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222

    GRUPO 4: MATERIAIS, MINRIOS E MINERAIS NUCLEARES . . . . . . . . . . . . . 222

    GRUPO 5: TRANSPORTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223

    GRUPO 6: INSTALAES RADIATIVAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223

    ANEXO B

    RADIAES IONIZANTES E LEGISLAO PARA TRABALHADORES . . . . . 224

    RESUMO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224

    B.1. INTRODUO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225B.1.1. Aspectos Histricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225B.1.2. Atividades com Radiaes Ionizantes no Regime Jurdico nico . . . . . . . . . . . . . . 225

    B.2. NORMAS E DISPOSIES PARA AS RADIAES IONIZANTES . . . . . . . . . . 226B.2.1. Consideraes em torno da Lei 8.270 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226

    B.3. RISCO POTENCIAL E O ADICIONAL DE IRRADIAO IONIZANTE . . . . . . 228B.3.1. A Concepo do Decreto 877/93 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228B.3.2. Modelos Propostos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229

    B.4. CRITRIOS E DISCUSSES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230B.4.1. Adicional de Irradiao Ionizante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230B.4.2. Gratificao por Trabalho com Raios X ou Substncias Radioativas . . . . . . . . . . . 232B.4.3. Frias Especficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234

    B.5. CONCLUSES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235

    B.6. GLOSSRIO DE TERMOS BSICOS UTILIZADOS EM PROTEORADIOLGICA [25,27] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237

    B.7. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

  • xv

    RELAO DE FIGURASFigura 1.1 - Representao de modelos atmicos: a) geomtrica, onde os orbitais so

    trajetrias geomtricas percorridas por eltrons; b) quntica, onde os orbitaisso representados por nuvens envolvendo o ncleo, onde para cada posiogeomtrica existe uma probabilidade associada de encontrar o eltron. . . . . . 3

    Figura 1.2 - Energia necessria para ionizao dos tomos em funo de Z. . . . . . . . . . . . 4Figura 1.3 - Ocupao dos nveis de energia de um ncleo representado por um poo de

    potencial atrativo (energia "negativa"). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5Figura 1.4 - Energia de ligao nuclear por partcula. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6Figura 1.5 - Tabela de Nucldeos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7Figura 1.6 - Segmento da Tabela de Nucldeos mostrando istopos, isbaros e istonos. . 7Figura 1.7 - Tabela Peridica dos elementos qumicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9Figura 1.8 - Diagrama de Linus Pauling para distribuio dos eltrons segundo os nveis de

    energia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12Figura 1.9 - Representao de uma transio eletrnica, resultando na emisso de um fton

    de luz ou raio X caracterstico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13Figura 1.10 - Raios X caractersticos originados nas transies entre nveis eletrnicos. . . 13Figura 1.11 - Curva representativa do decaimento de um radiostopo em funo do tempo e

    seus principais parmetros. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17Figura 1.12 - Emisso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19Figura 1.13 - Espectro de distribuio em energia de um processo de emisso . . . . . . . . 21Figura 1.14 - Esquema de decaimento para caminhos alternativos de decaimento . . . . . . 22Figura 1.15 - Representao do processo de captura eletrnica e da emisso de raio X

    caracterstico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23Figura 1.16 - Representao da emisso de uma partcula por um ncleo. . . . . . . . . . . . 24Figura 1.17 - Representao da emisso da radiao gama pelo ncleo. . . . . . . . . . . . . . . 25Figura 1.18 - Esquema de decaimento do radionucldeo X, indicando os valores das

    probabilidades de emisso das radiaes beta e gama. . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Figura 1.19 - Esquema de decaimento do 60Co. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30Figura 1.20 - Representao do processo de converso interna. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31Figura 1.21 - Espectro de raios X de freamento com raios X caractersticos para voltagem de

    pico de 60, 90 e 120 kV. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32Figura 2.1 - Concentrao mdia dos elementos qumicos componentes da crosta terrestre.

    . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36Figura 2.2 - Srie radioativa do 232Th. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39Figura 2.3 - Srie radioativa parcial do 238U. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39Figura 2.4 - Exposio do homem radiao ionizante. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40Figura 2.5 - Variao da concentrao do radnio e tornio com a altura em relao ao

    solo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41Figura 2.6 - Variao da concentrao de radnio e tornio durante o dia. . . . . . . . . . . . 41Figura 2.7 - Variao da concentrao de radnio e tornio durante o ano. . . . . . . . . . . 42Figura 2.8 - Concentrao de 222Rn no Rio de Janeiro, no vero de 1997. . . . . . . . . . . . . 42Figura 2.9 - Concentrao de 222Rn no Rio de Janeiro, no inverno de 1997. . . . . . . . . . . 43Figura 2.10 - Esquema de uma mquina geradora de raios X. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44Figura 2.11a - Esquema de um acelerador linear de eltrons. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45Figura 2.11b -Acelerador de eltrons usado em terapia de cncer em hospitais. . . . . . . . . . 46Figura 2.12 - Esquema de um acelerador eletrosttico do tipo Van der Graaff: (1) Fonte de

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    tenso contnua; (2) Fita de isolamento; (3) Terminal de alta voltagem; (4)Tanque pressurizado com gs isolante; (5) Fonte de ons; (6) Tubo deacelerao e anis de equalizao do campo; (7) Feixe de ons acelerados; (8)Bomba de vcuo; (9) Magneto para reflexo e anlise do feixe; (10) Sistema dedisperso do feixe conforme a energia; (11) Amplificador de sinal; (12) Pontosde efeito Corona. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

    Figura 2.13 - Ciclotron do Instituto de Pesquisas Energticas e Nucleares - IPEN utilizadopara a produo de radioistopos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

    Figura 2.14 - Esquema de uma fonte de nutrons de Pu-Be de um medidor de nvel. . . . . 49Figura 2.15 - Corte de um cabeote de uma bomba de 60Co - modelo Theratron 780 usado

    em radioterapia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50Figura 2.16 - Esquema de um irradiador de 192Ir e do procedimento de obteno de uma

    radiografia industrial. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51Figura 2.17 - Esquema de um irradiador industrial. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52Figura 2.18 - Concentraes de 137Cs e 90Sr na dieta alimentar dos habitantes dos hemisfrios

    Norte e Sul. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53Figura 2.19 - Esquema de um reator de potncia do tipo PWR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55Figura 2.20 - Reator Nuclear do tipo de Angra 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55Figura 2.21 - Esquema do Ciclo do Combustvel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59Figura 2.22 - Elemento combustvel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62Figura 2.23 - Tipos de Instalaes Radiativas no Brasil. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66Figura 2.24 - Evoluo do nmero do procedimentos mdicos no pas, no perodo de 1995 a

    2001 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67Figura 2.25 - Distribuio das Instalaes Radiativas no Brasil. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69Figura 3.1 - Modos de interao da radiao com a matria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71Figura 3.2 - Representao do efeito fotoeltrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73Figura 3.3 - Valores de seco de choque para efeito fotoeltrico para o chumbo, em

    funo da energia. radiao. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74Figura 3.4 - Representao do efeito Compton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75Figura 3.5 - Valores de seo de choque para espalhamento Compton (es) em funo da

    energia do fton; e a seo de choque de absoro e es de espalhamento daradiao no Efeito Compton. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

    Figura 3.6 - Representao do efeito de produo de pares. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77Figura 3.7 - Importncia relativa dos diversos processos de interao dos ftons com a

    matria em funo da energia do fton e do nmero atmico do material. . 77Figura 3.8 - Probabilidade relativa de diferentes efeitos para ftons de diferentes energias

    no carbono e no chumbo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78Figura 3.9 - Atenuao de um feixe de ftons por um material de espessura X. . . . . . . . 79Figura 3.10 - Contribuio relativa dos diversos efeitos produzidos pela interao da

    radiao num material para o coeficiente de atenuao linear total. . . . . . . . 80Figura 3.11 - Variao do "stopping power" com a energia de partculas incidentes no Si e

    Ge. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84Figura 3.12 - Definio do alcance Re e Rm para partculas alfa e eltrons . . . . . . . . . . . . . 86Figura 3.13 - Espalhamento de eltrons em um material. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87Figura 3.14 - Alcance de eltrons monoenergticos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87Figura 3.15 - Relao alcance x energia para eltrons absorvidos no silcio e no germnio.

    . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88Figura 3.16 - Alcance de eltrons no silcio ( = 2,33 g/cm3) e no iodeto de sdio ( = 3,67

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    g/cm3), materiais muito usados em detectores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88Figura 3.17 - Atenuao de partculas beta no alumnio, cobre e prata. . . . . . . . . . . . . . . . 89Figura 3.18 - Alcance de partculas beta em vrios materiais (densidade em g/cm3): (1) Ferro

    = 7,8; (2) Pirex = 2,60; (3) PVC = 1,38; (4) Plexiglass = 1,18; (5) Ar = 0,0013.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

    Figura 3.19 - Perda de energia de eltrons na matria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91Figura 3.20 - Taxa de perda de energia de partculas alfa na interao com um meio material.

    . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92Figura 3.21 - Alcance de partculas alfa em vrios materiais (densidades em g/cm3): (1) Ar =

    0,0013; (2) Tecido = 1,0; (3) Alumnio = 2,70; (4) Cobre = 8,96. . . . . . . . . 93Figura 3.22 - Processos integrados de interao. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96Figura 4.1 - Diagramas tpicos de clulas animal e vegetal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97Figura 4.2 - Fases da mitose celular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99Figura 4.3 - Modelo de extrapolao linear (curva a) para a correlao entre dose-efeito

    biolgico, onde no so contabilizados possveis efeitos de aumento daprobabilidade de ocorrncia na regio de doses baixas (curva b) ou daexistncia de limiares ou de fatores de reduo da incidncia dos efeitos atento desconhecidos (curva c) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

    Figura 4.4 - Transformao de clulas expostas radiao do 60Co e nutrons do espectrode fisso, com exposies nicas e fracionadas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

    Figura 4.5 - Curvas de sobrevivncia para clulas de mamferos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104Figura 4.6 - Fases do efeito biolgico produzido pela radiao ionizante. . . . . . . . . . . . 108Figura 4.7 - Visualizao do processo de transferencia de energia (dE) por uma partcula

    carregada (eltron) em funo da distncia percorrida (dx) num meio material.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

    Figura 4.8 - Formas de curvas dose-resposta, para radiaes de baixo e alto LET, parainduo de efeitos estocsticos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

    Figura 4.9 - Curva de resposta: probabilidade de induo de cncer versus dose absorvida,do tipo Linear - quadrtica, p = aD + bD2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

    Figura 4.10 - Tempo de latncia para aparecimento de cncer aps irradiao. . . . . . . . . 116Figura 4.11 - Relaes tpicas entre dose e gravidade do dano (severidade), para efeitos

    determinsticos numa populao. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117Figura 4.12 - Variao da incidncia do cncer de pulmo em trabalhadores de minas de

    urnio, fumantes e no fumantes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121Figura 4.13 - Incorporao preferencial de radioistopos nos tecidos e rgos do corpo

    humano, em funo do tipo de composto qumico utilizado, para produo deimagens em gama-cmaras para diagnstico em Medicina Nuclear. . . . . . . 122

    Figura 4.14 - Frequncia de cromossomos dicntricos para clulas submetidas radiaogama do 60Co e a nutrons de vrias energias. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

    Figura 4.15 - Evoluo mdia de pessoas irradiadas em relao ao tempo e em funo dadose. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

    Figura 5.1 - Representao esquemtica do procedimento de definio das grandezas e asrelaes entre elas estabelecidas no ICRP 26 e ICRP 60. . . . . . . . . . . . . . . 132

    Figura 5.2 - Valores do fator de converso dose no ar para dose na gua (tecido humano)em funo da energia do fton. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

    Figura 5.3 - Geometria de irradiao da esfera ICRU e o ponto P na esfera, no qual H*(d)determinado num campo de radiao expandido e alinhado. . . . . . . . . . . . . 147

    Figura 5.4 - Geometria de irradiao da esfera ICRU e o ponto P na esfera, no qual o

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    equivalente de dose direcional obtido no campo de radiao expandido, coma direo de interesse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

    Figura 6.1 - Disposio dos filtros metlicos e do filme no monitor individual utilizado peloIRD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

    Figura 6.2 - Emisso de luz na termoluminescncia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162Figura 6.3 - Esquema de uma leitora TLD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163Figura 6.4 - Regies de operao para detectores gs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165Figura 6.5 - Caneta Dosimtrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168Figura 6.6 - Cmara de ionizao, porttil, tipo babyline, com faixa de medio de 0,1

    mR/h a 50 R/h (1 Sv/h a 500 mSv/h), para deteco de radiaes X, gama ebeta, em instalaes nucleares, clnicas de medicina nuclear, radiodiagnstico eradioterapia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

    Figura 6.7 - Cmara de ionizao pressurizada, porttil, para medio de nveis baixos deradiao X e gama, provenientes da radiao de fundo, fugas de aparelhosusados em radiodiagnstico e radioterapia e radiao espal hada. . . . . . . . 168

    Figura 6.8a - Esquema de um detector proporcional cilndrico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169Figura 6.8b - Detector proporcional porttil para medio de contaminao superficial. . 170Figura 6.9 - Detectores G-M utilizados para medio de taxa de contagem ou convertidos

    para taxa de exposio e equivalente de dose ambiente. . . . . . . . . . . . . . . 171Figura 6.10 - Detector Geiger, tipo pancake, para medio de contaminao superficial com

    janela de mylar aluminizado, para radiao alfa, beta e gama. . . . . . . . . . . 171Figura 6.11 - Sonda GM para deteco beta e gama, com janela metlica muito fina. . . . 172Figura 6.12 - Estrutura de bandas de energias em um cintilador cristalino ativado . . . . . 173Figura 6.13 - Elementos bsicos de uma vlvula fotomultiplicadora . . . . . . . . . . . . . . . . 174Figura 6.14 - Cintilmetro porttil, de alta sensibilidade, utilizado em atividades de triagem e

    localizao de fontes emissoras de radiao gama. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174Figura 6.15 - Espectrmetro gama, com NaI(Tl) e analisador multicanal, porttil, que

    permite determinar a energia da radiao, obter o espectro e identificar oradionucldeo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

    Figura 6.16 - Gama-Cmara de duas cabeas, com detector de NaI(Tl) planar de grandesdimenses, utilizado em diagnstico com radiofrmacos em rgos e corpointeiro, em medicina nuclear. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

    Figura 6.17 - Sondas de sulfeto zinco para medio de contaminao superficial (alfa). . 176Figura 6.18 - Nveis de energia em uma molcula orgnica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177Figura 6.19 - Cintilador Lquido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184Figura 6.20 - Diagrama de blocos do um cintilador lquido. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186Figura 6.21 - Estrutura de bandas em um material (Ei energia do intervalo). . . . . . . . . . . 187Figura 6.22 - Impurezas doadoras e receptoras em uma estrutura cristalina. . . . . . . . . . . 188Figura 6.23 - Detector de germnio de alta pureza, resfriado a nitrognio lquido, utilizado

    em tcnicas de espectrometria X e gama, em medies de laboratrio. . . . 190Figura 6.24 - Monitor individual com detector de diodo de silcio para radiao X e gama,

    com leitura direta da dose equivalente, taxa de dose, equivalente de dosepessoal Hp(10), com memria para estocagem de dados, alarme sonoro eluminoso e identificao do usurio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192

    Figura 6.25 - Diagrama de blocos de uma cadeia de medio utilizando o mtodo decoincidncia 4-. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198

    Figura 7.1 - Descrio esquemtica do mtodo de anlise custo-benefcio para a otimizaoda proteo radiolgica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200

  • xix

    Figura 7.2 - Grandezas bsicas e derivadas utilizadas para a limitao da exposioindividual. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203

    Figura 7.3 - Valores dos parmetros a e b em funo da energia da radiao da frmulade Berger para o clculo do fator de Build up . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213

    Figura 7.4 - Triflio - Smbolo da Radiao Ionizante. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218Figura B.1 - RJU e Legislao Relativa s Radiaes Ionizantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227

  • xx

    RELAO DE TABELASTabela 1.1 - Denominao, smbolo e caractersticas dos elementos de Z = 97 a 111. . 10Tabela 1.2 - Energias e intensidades relativas dos raios X emitidos pelos elementos de

    nmero atmico de 20 a 109. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14Tabela 1.3 - Emissores beta puros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22Tabela 1.4 - Radionucldeos alfa emissores, com energias bem conhecidas, utilizados

    como padres para calibrao de detectores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25Tabela 1.5 - Valores das energias das radiaes gama de alguns radionucldeos . . . . . 27Tabela 1.6 - Caractersticas das radiaes em funo de sua origem . . . . . . . . . . . . . . 34Tabela 2.1 - Composio qumica do Homem Referncia, que possui massa total de

    70 kg e densidade de 1,025 g/cm3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37Tabela 2.2 - Composio qumica de materiais tecido-equivalentes e do msculo

    utilizada em Radioproteo, para clculos por simulao, utilizandoMtodos de Monte Carlo e para teste de equipamentos de medio. . . . . 38

    Tabela 2.3 - Reatores Nucleares de Potncia no Mundo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56Tabela 3.1 - Valores de (Z/A)ef de alguns materiais utilizados em dosimetria das

    radiaes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92Tabela 4.1 - Valores mdios do LET e RBE para a gua (ICRP-ICRU,1963) . . . . . . 110Tabela 4.2 - Limiares de dose para efeitos determinsticos nas gnadas, cristalino e

    medula ssea. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

    Tabela 4.3 - Sndrome de Irradiao Aguda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125Tabela 4.4 - Sintomas de doena resultantes da exposio aguda radiao ionizante,

    em funo do tempo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126Tabela 4.5 - Sintomas e sinais no estgio prodrmico e sndrome de irradiao aguda

    em ordem aproximada de crescente gravidade. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126Tabela 5.1 - Valores do Fator de Qualidade Efetivo Q para os diversos tipos de

    radiao CNEN-NE-3.01 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135Tabela 5.2 - Valores do fator de peso wT para tecido ou rgo definido na ICRP 26 e

    ICRP 60 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136Tabela 5.3 - Valores de para alguns radionucldeos emissores gama em

    (R.m2)/(h.Ci) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141Tabela 5.4 - Valores do Fator de Converso para a obteno da Dose Efetiva, em

    mSv, devido exposio por uma fonte puntiforme de Atividade,expressa em kBq, para um tempo t de exposio, em h. . . . . . . . . . . . . 142

    Tabela 5.5 - Fator de converso da atividade por unidade de rea para dose efetiva,em funo do perodo de permanncia no solo contaminado . . . . . . . . . 144

    Tabela 5.6 - Uso das novas grandezas de acordo com o tipo de radiao monitorada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

    Tabela 5.7 - Profundidade de determinao de dose efetiva em alguns tecidos. . . . . . 149Tabela 5.8 - Valores do fator de pso da radiao wR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150Tabela 5.9 - Coeficiente de probabilidade de mortalidade numa populao de todas as

    idades por cncer aps exposio a baixas doses. . . . . . . . . . . . . . . . . 151Tabela 5.10 - Probabilidade de incidncia e mortalidade de cncer de pele induzido por

    radiao ionizante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152Tabela 6.1 - Energia mdia para formao de pares de ons em alguns gases . . . . . . 164Tabela 6.2: Solues cintiladoras comerciais tpicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

  • xxi

    Tabela 6.3: Fases do processo quantitativo de deteco com cintilao lquida. . . . . . 182Tabela 6.4 - Componentes da expresso que calcula a amplitude do pulso de tenso

    produzido em sistema de deteco com cintilao lquida. . . . . . . . . . . . 183Tabela 7.1 - Limites de Dose Anuais (mSv) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201Tabela 7.2 - Coeficientes de Risco e Fatores de Peso para vrios Tecidos . . . . . . . . . 201Tabela 7.3 - Comprimento de Relaxao aproximado de alguns materiais, para

    nutrons rpidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205Tabela 7.4 - Camadas semi-redutoras (HVL) e deci-redutoras (TVL). . . . . . . . . . . . 208Tabela 7.5 - Valores da camada semi-redutora (HVL) de vrios materiais para vrios

    radionucldeos emissores de radiao gama, numa condio de boageometria, onde a contribuio da radiao secundria de espalhamentono importante. Ref. IAEA TECDOC 1162, Vienna (2000). . . . . . 209

    Tabela B.1 - Definio de adicional de irradiao ionizante constante do Decreto877/93 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237

  • xxii

  • 1CAPTULO 1

    RADIAES

    1.1. COMPOSIO DA MATRIA E TEORIA ATMICA

    1.1.1. Viso macroscpica da matria

    A observao simples da matria que compe todos os objetos, seres vivos e a prpriaTerra mostra, entre outras coisas, uma diferenciao na constituio, na cor, no grau de dureza,transparncia ou opacidade, elasticidade, estabilidade ou no das suas caractersticas no tempo.Uma inspeo mais aguda permite identificar a mesma natureza qumica, em objetos comcaractersticas fsicas muito diferentes, como por exemplo, o grafite, o diamante sinttico, odiamante natural e o carbono em p.

    A busca da identificao e da caracterizao dos elementos bsicos que permitem comportudo, invoca a necessidade de unificao dos conceitos e a crena na simplicidade da Natureza.

    1.1.2. Substncias simples e compostas

    O simples fato de uma pea de ferro exposta umidade se enferrujar gradativamente como tempo mostra o surgimento de uma outra substncia, a ferrugem, em cuja composio deveconstar o ferro e algo proveniente da gua. Isto implica que, uma substncia, consideradasimples, pode compor outras substncias ao combinar-se.

    1.1.3. Fases e estados da substncia

    Uma substncia como a gua pode se apresentar sob a forma de lquido, de gelo ouvapor, conforme sua temperatura. Da mesma maneira, muitas outras substncias. Outracaracterstica notvel o estado de organizao em que se apresenta, ora de forma catica,amorfa, ora sob a forma de cristais regulares.

    1.1.4. Viso microscpica da matria

    Analisando um material com o microscpico percebe-se que, tanto as substncias simplescomo as consideradas compostas apresentam a mesma imagem, para as variadas e possveisampliaes. Mesmo utilizando um microscpio poderoso, o cenrio no se modifica. Isto sugereque os elementos bsicos continuam invisveis ao microscpio ptico e que, para identific-los preciso utilizar modelos e procedimentos hipotticos de trabalho. Por exemplo, pode-se suporque, ao cortar um pedao de ferro em fragmentos gradativamente menores, deve-se chegar a umafrao que, se cortada, deixar de ser ferro. Esta frao final foi denominada, pelos gregos, detomo.

    1.1.5. A aceitao do tomo

    A necessidade de se invocar a hiptese da estrutura corpuscular da matria, somente

  • 2ocorreu no final do sculo 18, quando da descoberta das leis qumicas das propores definidaspor Proust (1754-1826) e das propores mltiplas por Dalton (1766-1844). Essas leisconduziram, de forma natural, considerao de que quando substncias elementares secombinam, o fazem como entidades discretas ou tomos.

    1.1.6. Lei das propores definidas

    Um determinado composto qumico sempre formado pelos mesmos elementos qumicoscombinados sempre na mesma proporo em massa, independentemente de sua procedncia oumtodo de preparao. Exemplo: 10 g de H + 80 g de O formam 90 g de H2O, na proporo 1:8.

    1.1.7. Lei das propores mltiplas

    As massas de um elemento qumico que se combinam com uma massa fixa de umsegundo elemento, para formar compostos diferentes, esto entre si numa proporo de nmerosinteiros, em geral pequenos. Exemplo:

    71 g de Cl2 + 16 g de O2 = 87 g Cl2O 71 g de Cl2 + 48 g de O2 = 119 g Cl2O3

    1.2. ESTRUTURA DA MATRIA1.2.1. Composio da matria

    Todos os materiais existentes no universo so constitudos de tomos ou de suascombinaes. As substncias simples so constitudas de tomos e, as combinaes destes,formam as molculas das substncias compostas. A maneira como os tomos se combinamdepende da sua natureza e das propriedades que as suas estruturas propiciam.

    1.2.2. Estrutura do tomo

    O conceito inicial de tomo indivisvel sofreu modificaes profundas com as experinciasrealizadas por Ernest Rutherford (1871-1937) e seus colaboradores. O modelo utilizado pararepresentar o tomo, passou a ser concebido como tendo um ncleo pesado, com carga eltricapositiva, e vrios eltrons, com carga eltrica negativa, cujo nmero varia com a natureza doelemento qumico. O raio de um tomo da ordem de 10-7 cm e suas propriedades qumicas sodefinidas pelos eltrons das camadas mais externas.

    1.2.3. Raio atmico

    Teoricamente, a distncia do centro do ncleo atmico at o ltimo orbital ocupadopor eltrons. O valor do raio depende da fora de atrao entre o ncleo e os eltrons e expressoem Angstron (1 = 10-8 cm). Assim, aumentando-se Z, o raio diminui; aumentando-se o nmerode camadas eletrnicas, o raio aumenta. Para tomos com a ltima camada de eltrons completa,o raio tende a ser menor devido alta energia de ligao das partculas. Assim, os raios do 40Ca,222Rn e 207Pb medem 2,23 ,1,3 e 1,18 , respectivamente, enquanto que do 39K vale 2,77 e 127I,1,32 .

  • 31.2.4. Raio inico

    O acrscimo ou o desfalque de eltrons num tomo, modifica o raio do sistema restante,que o on. O on positivo, denominado de ction, possui eltrons a menos. O on negativo, onion, tem excesso de eltrons. O desfalque de eltrons faz com que a carga nuclear atue maisintensamente sobre os eltrons restantes, reduzindo o raio. Este o caso do 127I, cujo raio vale1,32 e raio inico, I7+ = 0,50 . O efeito do emparelhamento de eltrons significativo, comose pode perceber com o 40Ca cujo raio vale 2,23 e o raio inico de Ca2+ = 0,99 .

    O excesso de eltrons aumenta o raio, pela atenuao da fora de atrao e aumento darepulso entre os eltrons. A deficincia de eltrons diminui o raio conforme pode ser observado,comparando-se os raios dos ctions com carga (+1), (+2) e (+3). Por exemplo, Ag+ com 1,26 eAg2+ com 0,89 ; Bi3+ com 0,96 e Bi5+ com 0,74 .

    1.2.5. Estrutura eletrnica

    Os eltrons se distribuem em camadas ou orbitais, de tal modo que dois eltrons noocupem o mesmo lugar ao mesmo tempo. Somente dois eltrons podem ocupar a mesma regiono espao, mas eles devem ter caractersticas magnticas (spin) diferentes. Esta restrio denominada de Princpio de excluso de Pauli. Quanto mais eltrons possuir o elemento qumico,mais camadas ele deve ter ou mais complexa ser a maneira como eles se acomodaro.

    Cada orbital pode ser representado por um eltron se movendo segundo uma trajetriacircular (ou elptica) ou por uma nuvem envolvendo o ncleo e distribuda em torno de um raiomdio, conforme ilustrado na Figura 1.1. O orbital um conceito proveniente da teoriaquntica do tomo e definido como uma regio do espao em torno do ncleo onde os eltronstm grande probabilidade de estar localizados. Cada camada acomoda um nmero definido deeltrons. Quando preenchida, denomina-se camada fechada. O nmero de eltrons destascamadas denominado de nmero mgico e, quando excedido, os novos eltrons devem ocuparnovos orbitais, seno haver repetio dos nmeros qunticos que caracterizam cada eltron (ver1.2.13). Os nmeros mgicos so: 2, 8, 18, 32, 32, 18 at 8.

    Figura 1.1 - Representao de modelos atmicos: a) geomtrica, onde os orbitais so trajetriasgeomtricas percorridas por eltrons; b) quntica, onde os orbitais sorepresentados por nuvens envolvendo o ncleo, onde para cada posio geomtricaexiste uma probabilidade associada de encontrar o eltron.

  • 41.2.6. Energia de ligao eletrnica

    Cada eltron est vinculado ao ncleo pela atrao entre a sua carga negativa e a cargapositiva do ncleo, pelo acoplamento atrativo do seu momento magntico (spin) com eltronsda mesma camada. A fora atrativa sofre uma pequena atenuao devido repulso eltrica dosdemais eltrons. A energia consumida neste acoplamento se denomina energia de ligao. Paraelementos de nmero atmico elevado, a energia de ligao dos eltrons prximos ao ncleo bastante grande, atingindo a faixa de 100 keV (ver Tabela 1.2), enquanto que a dos eltrons maisexternos da ordem de alguns eV. Os eltrons pertencentes s camadas fechadas possuem energiade ligao com valores bem mais elevados do que os das camadas incompletas e, portanto, soos mais estveis.

    A Figura 1.2 mostra a variao da energia de ligao dos eltrons da ltima camada, ouenergia potencial de ionizao, com o nmero atmico Z do elemento qumico. Quanto maioro raio atmico, mais distante os eltrons estaro do ncleo e, portanto, mais fraca ser a atraosobre eles. Assim, quanto maior o raio atmico, menor o potencial de ionizao. Os valoresmximos correspondem a de elementos com a ltima camada eletrnica completa.

    Figura 1.2 - Energia necessria para ionizao dos tomos em funo de Z.

    1.2.7. Estrutura nuclear

    O ncleo atmico constitudo de A nucleons, sendo N nutrons e Z prtons. Os prtonsso carregados positivamente e determinam o nmero de eltrons do tomo, uma vez que este eletricamente neutro. Os nutrons possuem praticamente a mesma massa que os prtons, masno tm carga eltrica. Prtons e nutrons so chamados indistintamente de nucleons. O nmerode nucleons A = N + Z denominado de nmero de massa e Z de nmero atmico.

    Os nucleons se movem com uma velocidade mdia da ordem de 30.000 km/s, num volumeobtido por 4/3..R3, onde R = r0A1/3 (10-13 cm) o raio nuclear, com r0 = 1,15. A densidadenuclear tem um valor em torno de = 10+15 g/cm3, com uma densidade de ocupao de 1,6.10+38nucleons/cm3.

  • 51.2.8. Notao qumica

    A notao utilizada para identificao de um elemento qumico do tipo A Z X, onde A o

    nmero de massa e Z o nmero atmico ou nmero de prtons. O nmero de nutrons obtidode

    N = A - Z. Exemplos: 42He, 23 99 4Pu e 23 95 2U.

    1.2.9. Organizao nuclear

    Os prtons e nutrons se organizam em orbitais, em nveis de energia, sob a ao docampo de foras intensas e de curto alcance. No existe correlao entre orbitais e trajetriasgeomtricas, mas entre orbitais e energias das partculas. A base da organizao dos nucleons noespao nuclear o Princpio de Excluso de Pauli. Estas foras so denominadas de forasnucleares, ou interao forte, e a

    energia de ligao da ltima partcula dentro do "poo depotencial"

    caracteriza a energia de ligao do ncleo. O valor mdio da energia de ligao dosncleos cerca de 7,5 MeV, muito maior que a energia de ligao dos eltrons. Esses conceitospodem ser representados pelas Figuras 1.3 e 1.4.

    Figura 1.3 - Ocupao dos nveis de energia de um ncleo representado por um poo depotencial atrativo (energia "negativa").

  • 6

    Figura 1.4 - Energia de ligao nuclear por partcula.

    1.2.10. Tabela de nucldeos

    Registrando, num grfico, todos os elementos qumicos conhecidos, estveis e instveis,

    tendo como eixo das ordenadas o nmero atmico Z e o das abscissas o nmero de nutrons N,

    obtm-se a denominada Tabela de Nucldeos. Nesta tabela, observa-se que, para os elementos de

    nmero de massa pequeno, o nmero de prtons igual ou prximo do nmero de nutrons. medida que o nmero de massa A vai aumentando, o nmero de nutrons aumenta relativamente,

    chegando a um excesso de quase 40% no final da tabela.

    Na Figura 1.5 apresentado um segmento da Tabela de Nucldeos. Nela aparecem outros

    parmetros nucleares tais como a meia-vida do nucldeo, os tipos de radiaes emitidas, a energia

    das radiaes mais intensas, a abundncia percentual de cada istopo, e a seco de choque de

    reao nuclear.

  • 7Figura 1.5 - Tabela de Nucldeos.

    1.2.11. Istopos, isbaros e istonos

    Observando a Tabela de Nucldeos na Fig. 1.6, percebe-se que vrios elementos simples,ou seja, quimicamente puros, no so nuclearmente puros. Apresentam, diferentes massasatmicas. So os denominados istopos. So nucldeos com o mesmo nmero de prtons Z, masdiferentes nmeros de nutrons. Por exemplo, do boro quimicamente puro, 80% constitudo de1115B e 20% de 105 B. Alguns nucldeos possuem muitos istopos estveis, como o estanho com 8.

    Alm dos nucldeos estveis, existem os instveis, que so radioativos, denominados deradioistopos ou radionucldeos.

    Figura 1.6 - Segmento da Tabela de Nucldeos mostrando istopos, isbaros e istonos.

  • 81.2.12. Tabela Peridica

    Na histria da cincia, vrias propostas para classificar os elementos conhecidos surgiram,em geral, acreditando haver semelhanas de comportamento nas reaes qumicas. A classificaomais completa e criativa, foi estabelecida por Mendeleieff, em 1869, ao mostrar que os elementosapresentavam uma periodicidade nas propriedades qumicas, de acordo com o nmero de eltronsda ltima camada, coadjuvada, em alguns casos, com os da penltima camada. Foi denominada,ento, de Tabela Peridica dos elementos qumicos.

    Nela, os elementos qumicos foram dispostos em 18 colunas e 9 linhas, em ordemcrescente de seus nmeros atmicos, e contm 7 perodos:

    O 1o, possui somente 2 elementos, o H (Z=1) e He (Z=2), com eltrons na camada 1s.O 2, possui 8 elementos, vai de Li (Z=3) at Ne (Z=10), com eltrons em 2s e 2p. O 3, possui 8 elementos, vai do Na (Z=11) at Ar (Z=18), com eltrons em 3s e 3p.O 4, com 18 elementos, vai do K (Z=19) at o Kr (Z=36), com eltrons 4s, 3d e 4p.O 5, com 18 elementos, vai do Rb (Z=37) at o Xe (Z=54), com eltrons 5s, 4d e 5p.O 6, com 32 elementos, vai do Cs (Z=55) at o Rn (Z=86), com os ltimos subnveis 6s,

    4f, 5d e 6p preenchidos. O 7, com 14 elementos, os actindeos, vai do Th (Z=90) at o Lr (Z=103), com os

    ltimos subnveis 7s,5f e 6d preenchidos.

    Os elementos dispostos na mesma coluna, tm propriedades qumicas similares econstituem as famlias ou grupos. Por exemplo, He, Ne, Ar, Kr, Xe e Rn constituem o grupo dosgases nobres; Li, Na, K, Rb, Cs e Fr, os metais alcalinos; F, Cl, Br, I e At, os halognios;Be,Mg, Ca, Sr, Ba e Ra os metais alcalinos-terrosos. Na Figura 1.7 apresentada a TabelaPeridica dos elementos qumicos.

    Atualmente existem mais 7 elementos com Z = 104 at 111, com smbolos ainda nodefinidos pela Unio Internacional de Qumica Pura e Aplicada (IUPAC), mas que em algumastabelas so designados por: Rf, Ha, Sg, Ns, Mt, Unn e Unu. Estes elementos so metais sintticosobtidos por reaes nucleares com ons pesados, so radioativos e os seus ltimos eltronspreenchem os subnveis 5f, 6d e 7s.

    Na Tabela 1.1 so apresentados os nomes, os mtodos de obteno e algumas dascaractersticas dos elementos Z = 97 a 111.

  • 9Figura 1.7 - Tabela Peridica dos elementos qumicos.

  • 10

    Tabela 1.1 - Denominao, smbolo e caractersticas dos elementos de Z = 97 a 111.

    Elemento Simbolo NmeroAtmicoMassa

    AtmicaMtodo deObteno Configurao Eletrnica

    Berklio Bk 97 247,0703 241Am + [Rn] 5f9 7s2Califrnio Cf 98 251,0796 Cm + 4He [Rn] 5f10 7s2Eisteinio Es 99 252,083 U + n [Rn] 5f11 7s2Frmio Fm 100 257,0951 TransU+P.leves [Rn] 5f12 7s2Mendelvio Md 101 258,0984 Es + 4He [Rn] 5f13 7s2Noblio No 102 259,1011 Cm + 13C [Rn] 5f14 7s2Lawrncio Lr 103 262,1098 Cf + ons B [Rn] 5f14 6d1 7s


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