Proteção Radiológica

Introdução

Tendo em vista os danos biológicos causados nos seres vivos pela exposição à radiação tornou-se necessário estabelecer meios de proteção aos que trabalham com radiação e à população em geral.

Unidades de RadiaçãoExposição: X

É o quociente entre dQ por dm, onde dQ é o

valor absoluto da carga total de íons de um dado

sinal, produzidos no ar, quando todos os elétrons

(negativos e positivos) liberados pelos fótons no

ar, em uma massa dm, são completamente

freados no ar, ou seja:

X = dQ/dm [ C m-2 ]

O Fóton Compton transfere a energia Etr ao elétron no ponto P. O elétron ioniza um trajeto até sua parada em Pend.

Neste trajeto ele gera aprox. 30 pares de íons por keV de perda de energia, no volume de interesse de massa m.

Atenção:

Devido à necessidade de se conhecer perfeitamente a massa do volume de material atingido e de coletar “toda”a carga de mesmo sinal num eletrodo, a medição da Exposição só é factível numa

câmara de ionização a ar, a câmara de ar livre (“free-air”).

Isto significa que esta grandeza só pode ser definida para o ar e para fótons X ou gama.

As radiações alfa não conseguem penetrar na câmara para ionizar o ar, e as radiações beta não permitem condições de homogeniedade ou equilíbrio eletrônico na coleta dos elétrons.

Exposição - Unidade

Unidade Especial: RÖNGTEN ( R ) que está relacionada com a unidade do SI pela relação:

1 R = 2.58 10-4 [ C kg-1]

Exposição em Röngten, é definida como sendo a quantidade de radiação X ou gama tal que, a emissão corpuscular ela associada, em um cm3 de ar, produz no mesmo, íons transportando uma u.e.s (unidade eletrostática de carga) de cada sinal, nas condições normais de temperatura e pressão (CNTP = 0ºC e 760

mmHg).

Detectores por ionização

Em detectores por ionização, a radiação incidente cria pares de íons no volume de medida do detector.

Este volume de medida geralmente é preenchido com um gás ou uma mistura

de gases. A quantidade de pares de íons

criados são contados em um dispositivo de medida da corrente elétrica.

Dose Absorvida

Outro efeito da interação da radiação com a matéria é a transferência de energia. Esta nem sempre é toda absorvida, devido à variedade de modos de interação e à natureza do material.

A relação entre a energia absorvida e a massa do volume de material atingido é a base da definição da grandeza Dose absorvida.

Assim, por exemplo, uma quantidade da energia transferida pode ser captada no processo de excitação dos átomos, ou perdida por radiação de freamento (raios X), cujos fótons podem escapar do material.

Dose Absorvida: D

Para especificar melhor as variações espaciais e evitar a variação da quantidade de energia absorvida em diferentes pontos do volume do material, a Dose absorvida é definida como uma função num ponto P, de interesse, ou seja:

D = dE/dm [ J kg-1 ]

onde dE é a energia média depositada pela radiação no ponto P de interesse, num meio de massa dm.

A unidade antiga de dose absorvida, é o rad (radiation absorved dose), que em relação à unidade atual, o gray (Gy), vale:

1 Gy = 100 rad

Exemplo:

1) Injeta-se intravenosamente mercúrio – 197 que emite radiação gama em um paciente com 74 kg. Calcule a dose absorvida pelo paciente em rad e Gy, se a energia total absorvida pelo organismo do paciente for 7,4 x 10-2J.

Solução:

GyDkg

JxD

m

ED 3

2

1074

104,7

radradxGy

TemosradGycomo1233 10101010

,1001

Equivalente de Dose

Esta grandeza, definida no Brasil como Dose Equivalente, é uma tradução equivocada de “ Dose Equivalent ” das recomendações da ICRP 26. Esta grandeza, assim denominada, ficou estabelecida nas normas da CNEN -3.01, e no vocabulário dos usuários.

A tradução correta seria Equivalente de dose, pois o conceito definido foi de equivalência entre doses de diferentes radiações para produzir o mesmo efeito biológico.

O Equivalente de Dose H, é obtido multiplicando-se a dose absorvida D pelo Fator de qualidade Q, ou seja,

H = DQ [Sv] (Sievert)

Como vimos, o Equivalente de Dose H, é obtido multiplicando-se a dose absorvida D pelo Fator de qualidade Q, ou seja, H = DQ.

O fator de qualidade Q é adimensional e constitui um fator de peso proveniente da simplificação dos valores da Eficiência Biológica Relativa (RBE) dos diferentes tipos de radiação,na indução de deter-minado tipo de efeito biológico.

Na equivalência, as diferenças entre as radiações foram expressas pelos diferentes valores do LET (Linear Energy Transfer), ou seja, o valor de Q foi obtido em função do LET.

Os efeitos químicos e biológicos que ocorrem num meio exposto à radiação dependem não só da energia absorvida pelo meio, mas também do tipo da radiação incidente e da distribuição da energia absorvida.

Por exemplo, para uma mesma dose absorvida por um meio, o dano será tanto maior quanto maior for a densidade de ionização produzida pela radiação no meio.

A unidade de dose equivalente, adotada pelo ICRU até 1975, foi o rem( roentgen equivalent men).

1 rem = 1 rad ( para fótons )

Em 1975, a unidade adotada pela ICRU foi mudada para sievert ( Sv ) no Sistema Internacional.

1 Sievert = 1 Gray

Como 1Gray = 100rem , temos:

1Sievert = 100 rem

Na prática, por motivos de simplicidade, utiliza-se o valor médio do Fator de Qualidade Q, com valores efetivos conforme a Tabela que segue. Estes valores não devem ser usados para avaliar os efeitos de exposições acidentais com altas doses.

Tabela de Fatores de QualidadeTIPO DE RADIAÇÃO Q

Raios X, Radiação γ e elétrons 1

Prótons e partículas com uma (1) unidade de carga e com massa de repouso maior que uma unidade de

massa atômica e de energia desconhecida

10

Nêutrons com energia desconhecida 20

Radiação α e demais partículas com carga

superior a uma (1) unidade de carga20

Equivalente de Dose (Doseequivalente) no órgão, HT (ICRP 26)

O Equivalente de Dose no órgão ou tecido, é o equivalente de dose médio em um tecido específico T, expresso por:

HT= DT QT

onde QT é o fator de qualidade médio no órgão ou tecido T e DT a dose absorvida

Equivalente de Dose (Doseequivalente) Efetiva, HE (ICRP 26)

O Equivalente de Dose Efetiva HE, também denominada de Equivalente de Dose de Corpo Inteiro HWB, (Whole Body) é obtido pela relação,

HE = ∑T wT HT

onde, wT é o fator de peso do tecido ou órgão relevante e HT é o equivalente de dose no órgão.

Os valores de wT estão associados à radiosensibilidade do órgão à radiação e seus valores estão na Tabela seguinte.

Fatores de Ponderação

Exemplo

Uma pessoa ingere uma pequena quantidade de trítio que emite radiação beta de 18 Kev. A dose absorvida pelo tracto gastrintestinal é de 500 mrad. Determine a dose equivalente em rem e em Sv.

Solução:

H = D . Q

Q = 1 ( VEJA TABELA)

H = D

H = 500 mrem = 5 mSv

Limites Máximos Permissíveis

Os limites máximos permissíveis, são estabelecidos de forma a restringirem os efeitos somáticos, nos indivíduos expostos, na sua descendência direta e na população como um todo.

A CNEN e a ICRP recomendam, então, limites de doses equivalentes diferentes para os trabalhadores com radiação e para o público como um todo.

Levando em conta esses fatores e experiências anteriores, a ICRP fixou em 50 mSv o limite anual de dose equivalente para os que trabalham com radiação e de 5 mSv a dose anual para o indivíduos público.

Exemplo

Determine a dose equivalente máxima permissível por hora para um trabalhador com radiação.

Solução

h

mrem

h

remxx

h

mSv

semanashxsemanas

mSvLMP

5,210010025,0

025,0/4050

50

3

A exposição externa ocorre quando o organismo for irradiado por uma fonte externa a ele.

Três fatores devem ser levados em consideração para diminuir o risco devido a essas exposições: tempo (t) , distância (d) de permanência relativos a fonte de radiação e blindagens apropriadas.

De uma forma geral, pode-se dizer que a exposição é diretamente proporcional ao tempo e inversamente proporcional ao quadrado da distância em relação a fonte, considerada puntiforme, isto é:

2d

ktX

OBS:

-k é uma constante;

-Mesmo que a fonte seja grande, ela poderá ser considerada puntiforme se as distâncias em relação à mesma forem grandes.

-No caso de tubos de raios-x, a constante k está relacionada ao mA e ao Kv aplicado no tubo.

Exemplo:

A taxa de dose equivalente para um trabalhador com radiação gama é de 0,15 rem/h, a 1m da fonte. Sabendo-se que a máxima taxa de dose equivalente permissível para esse trabalhador é de 2,5 mrem/h, a que distância da fonte ele poderá permanecer?

Solução:

Sendo : X1 = 0,15R/h D1= 1m

X2 = 2,5 mR/h D2 = ?

mdmdmx

x

X

dXd

d

ktXe

d

ktX

75,76060105,2

115,02

22

23

2

2

2112

2

22

221

1

Exercícios

1) Injeta-se intravenosamente mercúrio- 197 que emite radiação gama em um paciente com 100 kg. Calcule a dose absorvida pelo paciente, se a energia total absorvida pelo organismo do

paciente for 1,9 x 10-2 J.

2) Durante um exame com raios-x, são absorvidos uniformemente pelo útero 5 rads. Determine a energia absorvida por grama pelo útero.

3) Durante um exame com raios X, são

absorvidas uniformemente pelos rins 1,0 x

10-2 Gy. Determine a energia absorvida por grama pelos rins.

4) Calcule a energia térmica absorvida por unidade de massa por um bloco de grafite de um calorímetro quando a temperatura do bloco se elevar de 0,2ºC. Suponha que o calor específico do grafite seja 170 cal/kg. ºC.

5) Determine a máxima dose equivalente permissível por semana por um trabalhador com radiação.

6)O tubo de raios-x de um dentista opera com um taxa de exposição de 3R/h a 1m do tubo. Aumentando-se a corrente eletrônica do tubo por um fator 10, a nova taxa de exposição será 30R/h. A que distância da máquina deverá trabalhar o dentista para que a taxa de exposição continue sendo de 3R/h.

7) A taxa de dose equivalente a 1m de uma fonte que emite radiação gama é de 0,64 rem/h. Levando em consideração o limite máximo permissível, calcule:

a) A distância da fonte na qual uma pessoa pode trabalhar durante 50 semanas ao ano, a 40 horas por semana.

b) A redução que deve ser feita no número de horas por semana, se a máxima distância possível de trabalho for 11,3m.

8) O radioisótopo fósforo-32 é administrado a um paciente com 64 kg. Cada átomo desse radioisótopo emite uma partícula beta com energia de 0,698 Mev numa desintegração. Se a dose absorvida não deve superar 1 rad, calcule a quantidade em gramas de fósforo-32 que pode ser ingerida pelo paciente.

9) 1,97x10-9g de mercúrio-197 é administrado a um paciente de 74 kg, na detecção de um tumor. Cada átomo de mercúrio-197 emite um raio gama de 77 Kev numa desintegração. Calcule a energia total e a dose total absorvida pelo paciente.

FIM