biofísica radiológica
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Radiações e suas Fontes
Profa. Dra. Daniela Priscila Marchi Salvador
Radiação: Energia em transito
Qualquer entidade capaz de transferir (emitir e propagar)
energia de um sistema a outro independente do meio
material por intermédio de:
• Partículas dotadas de energia cinética: Corpuscular
• Fenômenos ondulatórios: Eletromagnética
São produzidas por processos de ajustes nucleares ou
eletrônicos ou por interações com os átomos
Átomos instáveis
Radioatividade Radiação Corpuscular
Partícula: possui massa, carga elétrica e velocidade
(dependente do valor de sua energia); pode ser carregada
ou neutra, leve ou pesada, lenta ou rápida
• Partícula (2p/2n)
• Partícula - (1/1840 n)
• Partícula + (1/1840 p)
Energia cinética
Radiação Eletromagnética
Onda Eletromagnética: constituída por campos elétricos e magnéticos
variando no espaço e tempo
Caracterização: amplitude (tamanho) e frequência (alternativamente pelo
) da oscilação
Não possui massa e se propagam com a velocidade de 300.000 km/s,
para qualquer valor de sua energia
1901: Max Karl Ludwig Plank e 1905: Albert Einstein
• Teoria dos quanta: radiação eletromagnética (energia) é emitida e se
propaga em forma de pequenos pulsos de energia – fótons (partícula)
Radiação Eletromagnética
Fóton: partícula elementar móvel, sem carga e sem massa
de repouso q se propagam com a velocidade da luz
1924: Louis-Victor de Broglie
• Teoria da dualidade onda-partícula: a toda partícula está associada
uma onda e a toda onda está associada uma partícula
Radiação interage com corpos depositando neles sua
energia
LUZ / FÓTON
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Fontes de Radiação
Corpo ou ponto material capaz de emitir ao menos
uma radiação
• Radiação Ambiental
• Extraterrestres / Cosmogênio - Sol
• Raios cósmicos primários
• Raios cósmicos secundários
Raios Cósmicos Primários
Partículas cósmicas que
interagem com a camada externa
da atmosfera
Prótons de energia elevada
(maioria)
As partículas são aceleradas
atingindo energias altíssimas e
são espalhadas em todas as
direções do espaço
Raios Cósmicos Secundários
Partículas cósmicas que
atravessam a camada externa da
atmosfera
Colidem com moléculas do ar e,
da interação com os seus átomos,
formam-se chuveiros de novas
partículas e anti-partículas
Fontes de Radiação
Corpo ou ponto material capaz de emitir ao menos
uma radiação
• Terrestres
• Natural
• Radioisótopos
• Artificial / Antropogênio
• Lâmpadas: luz visível e ultravioleta
• Raios X
• Radionuclídeos: pilhas, reatores e aceleradores nucleares
Radionuclídeos ou
Radioisótopos ou
Radioelementos
Profa. Dra. Daniela Priscila Marchi Salvador
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Definição
• Elementos químicos radioativos
Fontes
• Naturais
• Artificiais
• Aceleradores de partículas
• Reatores nucleares
• Fissão e fusão nucleares
Radionuclídeos Histórico
1867: Saint-Victor – sais de Urânio
1895: Rontgen – raios X
1896: Becquerel – Urânio
1898: Pierre Curie e Marie Curie – Rádio e Polônio
1899: Rutherford – Partículas e (Urânio)
1900: Curie e Villard – Radiação
diferentes desvios que as
radiações sofriam – Rutherford
Estrutura Atômica
Átomo
• Núcleo: Prótons + Nêutrons
• Camada Eletrônica: Elétrons
http://papeisavulsos.blog.terra.com.br/files/2008/04/post-0242.jpg
Isótopo
Mesmo número atômico (prótons) - Z
http://www.sprawls.org/ppmi2/MATTER/4MATTER04.gif
Isótopos
http://paxprofundis.org/livros/agua/isotopos.gif
12553I ;
12753I ;
13153I
http://sites.google.com/site/geologiaebiologia/_/rsrc/1223391575452/biologia-e-geologia-10%C2%BA/a-medida-do-tempo-e-a-idade-da-terra/vcddd.jpg
Isóbaro
Mesmo número de massa (A)
http://www.sprawls.org/ppmi2/MATTER/4MATTER05.gif
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Isômero
Mesmo número atômico (Z) e mesmo número
de massa (A)
http://www.sprawls.org/ppmi2/MATTER/4MATTER06.gif
Nomenclatura Nuclear
A
ZXA-Z
AX- Radionuclídeo em estado ionizado
AX* Radionuclídeo com núcleo em estado excitado
AX0 ou AX ou X-A Radionuclídeo em estado
fundamental
Fenômeno radioativo nuclear e eletrônico
Termodinâmica: estado mínimo de energia
• 127I: não-radioativo
• 125I: “excesso” de prótons
• 131I: “excesso” de nêutrons
Radionuclídeos Radioatividade
Espectro eletromagnético
http://www.sobiologia.com.br/figuras/oitava_serie/ondas5.gif
Matéria – radiação corpuscular
• Partículas , + e -
Energia: radiação eletromagnética
• Radiação
• e frequência
Emissões Radioativas
Emissões primárias
• Emissão
• Emissão +e -
• Radiação
Emissões secundárias
• Captura de Elétron
• Transição Isomérica
• Captura Isomérica
Plutônio - 240
Urânio - 236
Emissão • Emitem 2 prótons e 2 nêutrons
transmutação
Emissões Primárias
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Quando um radionuclídeo emite uma partícula , seu número de
massa (A) diminui 4 unidades e o seu nº atômico diminui 2 unidades
Plutônio - 240
Urânio - 236
Emissão
Emissões Primárias
http://www.mwit.ac.th/~Physicslab/applet_04/atom2/Betame.gif
Emissões Primárias
Emissão - - Négatron
transmutação
Radio-228
Actínio-228
Emissões Primárias
Emissão - - Négatron
http://www.mwit.ac.th/~Physicslab/applet_04/atom2/Betape.gif
Emissões Primárias
Emissão + - Pósitron
transmutação
Protactínio-230
Tório-230
Emissões Primárias
Emissão + - Pósitron
Emissões Primárias
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Emissões Primárias
Emissão
Plutônio-240
http://www.mwit.ac.th/~Physicslab/applet_04/atom2/Gammae.gif
Emissões Primárias
Emissão
Emissão eletromagnética de altíssima frequência do núcleo
porém mantem sua configuração e perde energia
Emissões Secundárias
Captura de elétron da camada K
• Núcleo deficiente em energia negativa captura um e- da camada mais próxima do núcleo e libera um neutrino
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/47/Electron_capture_NT.PNG
Radiação
Raio X de energia L-K
Emissões Secundárias
Transição Isomérica
• Rearranjo de partículas intramoleculares, sem emissão previa de partículas pelo núcleo
Emissões Secundárias
Captura isomérica: Radiação e Raio X orbital
A: Radiação transfere sua energia para e- orbital B: e- orbital ejetado C: Preenchimento do espaço orbital com emissão de radiação ou raio X orbital
Raios X
Profa. Dra. Daniela Priscila Marchi Salvador
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Definição
• Raios X – nomenclatura: incógnita X
• Penetrante e invisível
• Radiação eletromagnética caracterizada por energia,
frequência e comprimento de onda
• Ondas eletromagnéticas com : 0,05 Å – 100Å
• Raios X moles: 100Å - 1Å
• Raios X duros: 1Å – 0,1Å
• Raios X terapêuticos e radiação : 0,1Å – 0,05Å
• Sofrem interferência, refração, reflexão, difração e polarização
Histórico
08/11/1895: Wilhelm Conrad Roentgen (cientista alemão)
descobriu acidentalmente os raios X
Wilhelm Conrad Rontgen
(1845-1923)
Histórico
• Primeira radiografia de um ser humano: imagem da mão de
Bertha – esposa de Roentgen
22/12/1895
15 mim de exposição
Raios X no Brasil
1896: “Dos raios X no ponto de vista médico-cirúrgico” na
Faculdade de Medicina do Rio de Janeiro
1897: Chegada do primeiro aparelho de raios X
José Carlos Ferreira Pires (médico): pioneiro do uso dos
raios X
• Radiografia de tórax ~ 30 min e de crânio ~45 min.
Sistema de Produção de Raios X
Sistema submetido à altíssimo vácuo
Diferença de potencial ~ 30 a 100 mil volts entre 2 eletrodos
• Cátodo: filamento metálico
• Ânodo: placa metálica
Sistema de Produção de Raios X
Aplicada a diferença de potencial - cátodo emite
elétrons que são acelerados e vão em direção ao ânodo
em altas velocidades
e-, ao atingir a placa, perdem velocidade (energia
cinética) e liberam energia em forma de calor (maior
parte) ou radiação por deslocamento de e- orbitais
gerando vacâncias eletrônicas
• Raios X de freamento
• Raios X característicos
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Sistema de Produção de Raios X Radiação de Freamento
Radiação de freamento, ou Bremsstrahlung apresenta
distribuição de energia relativa aos fótons gerados com
espetro contínuo de energia
Produzida quando um e- passa próximo ao núcleo de
um átomo e é atraído por este desviado de sua trajetória
original
e- perde uma parte de sua energia cinética original
(desacelera), emitindo parte dela como fótons de
radiação de alta ou baixa energia e diferentes
Raios X Característicos
Raios X característicos ou de fluorescência apresentam
espetro em linhas ou raias com energias bem definidas
Produzida quando um e- interage com um átomo
quebrando sua neutralidade (ionizando-o) por retirar
deste e- pertencentes à sua camada K
Fontes de Raios X
Fontes Convencionais
Fontes de Luz Sincrotron
Fontes Convencionais
Tubos de Raios X: conversor de Ec em raios X e calor
Fótons são produzidos por feixe de e- (cátodo) acelerados
para um alvo angular (ânodo)
Difratômetro de Raios X
Marchi-Salvador, D.P., 2005
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Fontes de Luz Sincrotron
• Sincrotron é uma designação ampla para todos os tipos
de luz originados por partículas relativísticas em trajetórias
curvas.
• Compreende uma faixa de luz que vai do ultravioleta até
os raios X
• Radiação produzida um milhão de vezes mais brilhante do
que a produzida por fontes convencionais e 11 vezes mais
brilhante que a produzida pelos raios X normais
• Radiação Sincrotron: produzida por e- de alta energia
acelerados por um acelerador de partículas e inseridos
dentro de um anel metálico com 93 m de circunferência
em meio a um ambiente de ultra alto vácuo
• Radiação emitida quando os e- são obrigados a fazerem curvas em
uma órbita elíptica (quando são desacelerados)
• Aceleração centrípeta faz com que um cone estreito de radiação
seja emitido paralelo a velocidade instantânea da partícula
Fontes de Luz Sincrotron
Fonte de Luz Síncrotron (Anel) - LNLS, Campinas, SP
Marchi-Salvador, D.P., 2009
Componentes do Sistema
Acelerador linear que produz feixes de elétrons;
Amplificador circular (“booster”) onde os elétrons ganham
energia atingindo velocidades próximas a da luz;
Anel de armazenamento de cavidade toroidal em que os elétrons
são obrigados a adotarem trajetórias circulares ou elípticas;
Estações experimentais (linhas de luz) contendo um
monocromador que define a característica da luz que será usada
em experimentos científicos.
Cristalografia de
Macromoléculas
Linha MX1
LNLS, Campinas, SP
Marchi-Salvador, D.P., 2005
Marchi-Salvador, D.P., 2009
Detector
MAR-CCD
MX1 - LNLS
Marchi-Salvador, D.P., 2005
Marchi-Salvador, D.P., 2005
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Aplicação das
Radiações na Saúde e
Biologia
Profa. Dra. Daniela Priscila Marchi Salvador
Radionuclídeos - Aplicações
Auxiliam na compreensão de processos vitais
• Mecanismos bioquímicos e farmacológicos
• Dinâmica de substâncias no interior dos organismos
• Mapeamento de estruturas orgânicas
Medicina Nuclear
• Diagnósticos clínicos
• Tratamento de neoplasias
Uso dos Radionuclídeos em Saúde
Diagnóstico
• Radiofármacos - Traçadores
Terapia – Medicina Nuclear (Radio-oncologia)
• Radioterápicos – Braquiterapia e Teleterapia
• Aplicações temporárias ou permanentes
Diagnóstico - Radiofármacos
Tomografia computadorizada por emissão de
fóton único (SPECT)
Principais emissores de radiação
• 99mTc (Tecnécio-99m)
• 201Tl (Tálio-201)
• 67Gl (Gálio-67)
• 113Xe (Xenônio-113)
• 131I (Iodo-131)
http://images.quebarato.com.br/photos/big/C/A/54DECA_2.jpg
Diagnóstico - Radiofármacos
99mTc (Tecnécio-99m)
• Cintilografia óssea
http://www.cdmcdm.com.br/site/casos/004imgs/001.jpg
Cintilografia Encefálica
http://www.nucleomed.com.br/images/cintilografia_de_perfusao_c.jpg
Diagnóstico - Radiofármacos
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201Tl (Tálio-201)
• Perfusão miocárdica – doenças coronárias
http://nuclearmedcriciuma.com.br/Fig%209_2.gif
Diagnóstico - Radiofármacos
67Gl (Gálio-67)
• Avaliação de Linfomas
http://www.scielo.br/img/fbpe/rbhh/v23n2/13298f3.gif
Diagnóstico - Radiofármacos
131I (Iodo-131)
• Captação da tireóide – hipertiroidismo
Diagnóstico - Radiofármacos
http://www.centrodediagnosticos.com.br/elicoidal/tireoide.jpg
113Xe (Xenônio-113)
• Perfusão pulmonar – câncer de pulmão
Diagnóstico - Radiofármacos
http://www.nucleomed.com.br/images/cintilografia_de_perfusao_c.jpg
Tomografia por emissão de Pósitrons (PET)
Principais emissores de partículas +
• 11C (Carbono-11)
• 13N (Nitrogênio-13)
• 15O (oxigênio-15)
• 18F (Flúor-18)
• 68Ga (Gálio-68)
• 82Rb (Rubídio-82)
Diagnóstico - Radiofármacos
Braquiterapia: radiação interna e local
• Inserção de radionuclídeos de baixa intensidade
dentro ou sobre do corpo
• Radiação - dentro de recipientes
• 137Cs (Césio-137)
• 60Co (Cobalto-60)
• 226Ra (Rádio-226)
• Partículas - inserção direta
• 90Y (Ítrio-90)
• 166Ho (Hólmio-166)
• 90Sr (Estrôncio-90)
Medicina Nuclear
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Teleterapia: radiação por feixe externo
• Radiação
• 137Cs (Césio-137)
• 60Co (Cobalto-60)
• 226Ra (Rádio-226)
• 99mTc (Tecnécio-99m)
• Raios X
• Aceleradores lineares com energia maior que a radiação
• Utilizados na terapia de tumores de órgãos mais profundos
como o pulmão, a bexiga, o útero
Medicina Nuclear Uso dos Radionuclídeos em Biologia
Marcador / traçador radioativo
Comportam-se de maneira similar aos não
radioativos
Marcadores Radioativos
http://docentes.esalq.usp.br/luagallo/radioi1.jpg
Técnicas e Aplicações
Auto-radiografia e Autofluoragrafia
• Transporte de íons (radionuclídeos)
• Metabolismos – moléculas + íons (radiocompostos)
• Duplicação semi-conservativa do DNA
• Bomba de Sódio e Potássio
Datação radioisotópica
Estudos ecológicos
Auto-radiografia
• Marcar o material a ser estudado
• Impressionar emulsão fotográfica
• Revelar
Auto-radiografia
• Transporte em vegetais
• 35S
• Aplicação na raiz
• Absorção e transporte para a parte aérea
http://www.scielo.br/img/revistas/pab/v38n6/18220f1.jpg
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Auto-radiografia
• Divisão de Cromossomos
• 3H + timina
http://docentes.esalq.usp.br/luagallo/radioi10.jpg
Autofluoragrafia
• Divisão de Cromossomos
• 32P
http://www.fleury.com.br/Medicos/SaudeEmDia/Artigos/PublishingImages/fishwill.jpg
Duplicação semi-conservativa do DNA
• 15N
http://www.biomol.org/wp-content/assets/images/replicsemicons_fotosluz.jpg
Bomba de Sódio e Potássio
• 1941: Dean
• Na2+ e K+ radioativos
http://bp3.blogger.com/_0M2zFltLmog/SBiSHEU5y7I/
AAAAAAAAABE/f53iLAYuUrk/s320/bombaNaK.jpg
Datação Radioisotópica
• 14C
http://gpf2007.zip.net/images/carbon.gif
http://www.mundoeducacao.com.br/upload/conteudo_
legenda/5e5b814562722603e1c102f33bcba8f2.jpg
http://www.alunosonline.com.br/img/carbono
2014%20-%20aol.jpg
Estudos Ecológicos
• 14C
• Migração de indivíduos
• Controle da poluição
• 99mTc
• Controle populacional
• Esterilidade de insetos machos
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Aplicações de Radionuclídeos na Agricultura
• Tratamento dos efluentes domésticos e industriais
• Indução de cor em gemas brasileiras
• Radio-esterilização de produtos médicos, farmacêuticos e biológicos
• Modificação de materiais poliméricos
• Detecção de defeitos de em peças / materiais
Bronzeamento artificial
Aplicações das Radiações na Indústria
• Radiografia - principal aplicação
• Exame diagnóstico: objetos de estudo são
atravessados por raios X os quais sensibilizam um
filme de acordo com a densidade do objeto
• densidade do objeto – imagem clara devido a
dificuldade de sensibilização do filme
• Radiografia discrimina tecidos com 4 densidades
diferentes: óssea, partes moles, gordura e aérea
Utilização de Raios X na Saúde
Aparelho de raio X móvel Aparelho de raio X fixo
Exame de Raio X Convencional
Aparelho de raio X digital
Qualidade e precisão da imagem
gerada
Menor exposição a radiação ionizante
Reduz eventuais repetições na
aquisição de imagens
Diagnóstico de fraturas e
localização de corpos
estranhos no organismo
Exame de Raio X odontológico: cáries, mal formações e
dentes inclusos (sob a gengiva)
Utilização de Raios X na Saúde
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Utilização de Raios X na Saúde
Medicina Veterinária
Tomografia Computadorizada (TC)
• Método de diagnóstico que permite obter a reprodução de
uma secção do corpo humano em quaisquer uns dos três
planos do espaço
Utilização de Raios X na Saúde
• TC tradicional: feixe de raios X
em forma de leque
• TC com feixe de raios X em
forma cônica
Densitometria Óssea
• Método de diagnóstico que permite aferir a densidade dos
ossos detectando a extensão na qual os ossos absorvem
fótons
Utilização de Raios X na Saúde
Interação da Radiação
com a Matéria
Profa. Dra. Daniela Priscila Marchi Salvador
Interação da Radiação com a Matéria
• Ao interagir com a matéria, as radiações transferem
parte ou toda sua energia para os átomos ou moléculas
por onde passam
• Principais consequências:
• Excitação atômica
• Ionização
http://www.contren.org.br/imagens/tiposrad.gif
http://www.deq.state.id.us/inl_oversight/radiation/images/alpha_beta.jpg
Interação da Radiação com a Matéria
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Interação da Radiação com a Matéria Excitação Atômica
• Processo em que os e- de um átomo têm a configuração
eletrônica alterada para acomodar uma energia adicional
dada por uma transferência de energia
Excitação Atômica
• Mecanismo
• Radiações interagem transferindo parte ou toda a sua energia para os e-
do material alvo
• Energia transferida não é suficiente para ejetar os e- do átomo
• e- com maior energia passa de uma camada eletrônica mais próxima do
núcleo para outra mais distante
• e- se de-excita liberando a energia recebida – fração de microsegundos
• Fenômenos: Fluorescência e fosforescência
Ionização
A energia da radiação incidente sobre um material é
suficiente para arrancar e- ou partícula dos seus átomos
• captura ou compartilhamento de e- ou partículas de átomos adjacentes
• e- ejetado colidirá com átomos do meio até ser realocado em algum átomo
Ionização Direta
• Partículas carregadas (, +,-)
• e- livres bombardeiam macromoléculas, rompem ligações
químicas e promovem alterações estruturais e funcionais
Ionização Indireta
• Partículas não carregadas
• Nuclear: raios e Não-nuclear: raios X
• e- livres reagem com
moléculas de água
produzindo radicais livres de
oxigênio os quais reagirão
com as macromoléculas
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Partícula
Carregadas positivamente, compostas por 2 nêutrons e 2
prótons
Propagam-se no ar – trajetórias quase retilíneas
Quanto mais energética maior o caminho percorrido
Interagem com o meio perdendo Ec por colisão mecânica,
ressonância e interação de campo elétrico
Partícula
Promovem excitação e ionização do meio onde passam
• Excitação: transferem parte de sua energia para mover e- dos
átomos para orbitais mais energéticos
• Ionização: arrancam e- dos átomos produzindo pares iônicos
Durante a interação com a matéria ocorre a transferência
de energia para a matéria = velocidade da partícula
• Neutralização: atrai de 2 e- do meio e transforma-se em um átomo
de He
Partícula
Alcance é muito pequeno
Muito ionizantes e pouco penetrantes - facilmente blindadas
• Folha de alumínio barra completamente
• Não atravessam a pele humana
São produzidas por decaimentos de elementos pesados
(urânio, tório, plutônio e rádio)
Partículas
Ao penetrar na matéria perde sua Ec ao cedê-la para os e- dos
átomos da matéria onde os promove de nível (excitação) ou os
arranca (ionização) ou ainda ao se aproximarem do núcleo dos
átomos ocorre a frenagem (Radiação de Bremsstrahlung ou
de freamento) da partícula e a energia dissipada surge em
forma de fóton
Podem ser:
• -: négatron
• +:pósitron
Radiação de Bremsstrahlung ou de Freamento
Fenômeno adverso das radiações em termos de radioproteção
Cargas elétricas quando são aceleradas (ou desaceleradas) emitem
radiação eletromagnética (fótons)
Quando uma partícula (e-), com carga 1 ou 1,6021x10-19 coulomb, é
freada no meio material, está ocorrendo uma desaceleração de sua
velocidade e consequentemente está emitindo radiação eletromagnética
Em escala macroscópica, num meio contendo inúmeros átomos a
produção de radiação eletromagnética é aumentada pois na imediação
de cada átomo que desvia a partícula ocorre a emissão de radiação
eletromagnética
Partícula -
São e- emitidos por núcleos instáveis que possuem um
excesso de nêutrons
O núcleo atômico se livra de um nêutron convertendo-o em
um próton
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Partícula -
Interagem com a matéria (núcleo ou e-) em virtude de sua
massa e carga elétrica
• Quando a partícula - é atraída para o interior do núcleo do átomo da
matéria ela sede toda a sua Ec;
• Quando passa próximo ao núcleo ela sofre desvio de trajetória devido a
atração eletrostática e perde Ec (desaceleração) emitindo fótons
• Quando a partícula - interage com o do átomo da matéria promove a
formação de pares iônico ou a excitação
Trajetória da partícula - no ar é sinuosa devido a sua
pequena massa
Partícula +
É sempre acompanhada por radiação de aniquilação
Os pósitrons sofrem interação com e- negativos (muito
abundantes) produzindo 2 fótons gama diametralmente
opostos
Radiação Eletromagnética
Raios e Raios X
Interação com a matéria por:
• Efeito fotoelétrico
• Efeito Compton
• Produção de Pares
Efeito Fotoelétrico
Fóton transfere toda a sua energia para um e- localizado
em uma das camadas atômicas (preferencialmente K)
e- ejetado do átomo com uma Ec igual à diferença entre a
energia do fóton incidente e a sua energia de ligação
e- ejetado cede sua energia ao meio produzindo a
ionização e excitação dos seus átomos
Efeito Fotoelétrico
Toda a energia do fóton incidente é cedida ao meio
Efeito predominante em baixas energias e elementos de
elevado nº atômico
Efeito Compton
Interação da radiação eletromagnética com um e- orbital
• parte da energia eletromagnética incidente é transferida como Ec para
o e- e o restante é cedida para o fóton espalhado
Fóton incidente é espalhado por um e- das últimas
camadas (fracamente ligado ao átomo)
Fóton espalhado tem energia menor e uma direção
diferente daquela do fóton incidente
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Efeito Compton Formação de Pares
Ocorre somente quando fótons de energia passam
próximos a núcleos de elevados números atômicos e
interagem com seu campo elétrico
Radiação eletromagnética interage com o núcleo e
desaparece - origina um par elétron-pósitron com Ec em
diferente proporção
Formação de Pares
Ângulo entre as partículas produzidas é inversamente
proporcional à energia do fóton incidente
• energia ângulo
Pósitron após transmitir, por colisões, a sua Ec aos
átomos do meio, volta a se combinar com um e-, dando
origem a dois fótons
Efeito predominante para energias elevadas e elementos
de grande número atômico
Formação de Pares
Par elétron-pósitron perde sua Ec por ionização e
excitação
Qual a exposição natural que sofremos diariamente?
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Expectativa de perda de vida por diversos motivos
CAUSA DIAS Ser homem solteiro 3500
Homem fumante 2250
Doenças do coração 2100
Ser mulher solteira 1600
Ter sobrepeso em 30% 1300
Ter câncer 980
Ter sobrepeso em 20% 900
Mulher fumante 800
Ser pobre 700
Hemorragia cerebral 520
Viver em estado desfavorável 500
Comer 100 cal/dia A MAIS 210
Acidentes com veículos mot. 207
Pneumonia – gripes 141
Alcoolismo 130
Acidentes domésticos 95
Suicídios 95
Diabete 95
Homicídios 90
Uso impróprio de drogas 90
Acidentes de trabalho 74
CAUSA DIAS Afogamento 41
Trab. ocupacional com mat. rad. 40
Quedas 30
Acidentes com pedestres 37
Trab. seguro – acidentes 30
Fogo – queimaduras 27
Geração de energia 24
Uso ilícito de drogas 18
Envenenamento (sol. – líq) 17
Sufocamento 13
Acid. com armas de fogo 11
Radiação natural 8
Raios X médicos 6
Envenenamento (gás) 7
Café 6
Anticoncepcionais 5
Acidentes c/ bicicletas, motos 5
Combinação de todas catástrofes 3,5
Bebidas dietéticas 2
Acidentes com reatores 2
Radiação da ind. nuclear 9
Desintegração Radioativa
Meia vida: intervalo de tempo para a concentração de
uma dado elemento radioativo diminua 50% -
exponencialmente
Curie (Ci) e Becquerel (Bq) unidades para medir atividade
radioativa
• 1 Beq = 1emissão/segundo e 3,7 Ci = 1010 Bq.
Roetgen (R) quantidade de ionização produzidas no ar por
Raios X ou radiação
rad e Gray (Gy) expressa a dose absorvida
• 1 Gy = 1 Joule/kg e 1 Gy = 100 rad
Rem e Sievert expressa o dano biológico causado pela
radiação
• 1 Sv = 100 rem
Unidades Radioativas
Doses - definição
Dose absorvida ou efetiva (D): quantidade de energia da
radiação (E) que a matéria (m) irradiada absorveu
• D = E / m
Dose equivalente (H): quantidade de radiação absorvida
por um determinado órgão ou tecido, considerando o
efeito biológico produzido (n) e a severidade deste (q)
• H = D x n x q
(anos)
Dose e Efeito da Radioatividade
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Efeitos Biológicos da Radiação
Alguns médicos que haviam radiografado seus próprios
crânios notaram uma queda acentuada de cabelo
1896: observou-se q a exposição a um campo de
radiação causava avermelhamento da pele, inchaço dos
tecidos devido ao acúmulo de fluídos e perda de pêlos
1896: descrição sobre o aparecimento de queimaduras na
pele devido à exposiçao aos raios X - polêmica
Thomson concluiu que a exposição a raios X, além de
certo limite, podia causar sérios problemas
Até 1911, havia o registro de 94 casos de tumor gerado
por radiação, 50 deles em radiologistas
Até 1922: ~ 100 radiologistas morreram devido a câncer
radioinduzido
Incidência de leucemia maior entre médicos radiologistas
do que em outras especialidades médicas
Efeitos Biológicos da Radiação
• Qualquer resposta natural do organismo a um agente
agressor
• Para pequenas irradiações
• redução de leucócitos ou hemácias
• Para grandes
• câncer é o estágio final de um dano biológico ao longo de anos
O que é um Efeito Biológico?
• Determinístico ou estocástico (dose)
• Imediato ou tardio (tempo)
• Efeitos somáticos ou efeitos hereditários (nível do dano)
Classificação dos Efeitos Biológicos
ESTOCÁSTICOS
Causam alteração celular; dose probabilidade e
não a severidade – não apresentam limiar de dose
Efeitos hereditários, aparecimento de câncer
DETERMINÍSTICOS
Causam morte celular; dose probabilidade e
severidade – apresentam um limiar de dose
Mortalidade animal, distúrbios imunológicos
Classificação dos Efeitos Biológicos
IMEDIATOS
Observados em poucas horas ou até 60 dias
TARDIOS
Manifestam-se após 60 dias
SOMÁTICOS
Afetam células somáticas
HEREDITÁRIOS
Afetam gametas
Classificação dos Efeitos Biológicos
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• Com doses superiores a 1000 rad (10 Gy):
• Quebra de pontes H--H
• Quebra de cadeias
• Cross-linking
• Quebra do esqueleto de açúcar
• Dano nas bases
• Deixa de funcionar como modelo
• Quebra simples mais frequente
Efeitos da Radiação no DNA
O-
P
O
O
O CH2 O
H
H
O
H
H
H
Base nitrogenada
Carbono 5
O-
P
O
O CH2 O
H
H
OH
H
H
H
Base nitrogenadaCarbono 3
Acidentes Nucleares
73.884 Mortes
74.909 Feridos
11.574 Casas queimadas
5.509 Casa metade destruídas
50.000 Casas parcialmente
destruídas
2 Mortos em 1 dia
29 Mortos em 2-120
200 Sobreviventes
400.000 Não afetados porém
expostos
BOMBA DE NAGAZAKI ACIDENTE DE CHERNOBIL
45.000 Mortos em 1 dia 22.000
19.000 Mortos em 2-120 dias 17.000
72.000 Sobreviventes 25.000
119.000 Não afetados 110.000
255.000 População 174.000
BOMBA DE NAGAZAKI BOMBA DE HIROSHIMA
Acidentes com Fontes Radioativas
1987 – Brasil (Goiânia): Cápsula contendo 137Cs
encontrada numa clínica de radioterapia abandonada
Queimaduras provocadas pela radiação
Acidentes com Fontes Radioativas
Argentina: Soldador boliviano encontrou fonte de 137Cs e
guardou no bolso do avental durante cerca de 18 h
120 depois
Acidentes com Fontes Radioativas
02/2001 – Polônia (Bialystok): cinco pacientes
submetidos à super-exposição durante radioterapia
devido a uma queda de energia e posterior restauração
do sistema
04/06/2002
Acidentes com Fontes Radioativas
2000 – Tailândia: Cabeçote usado em radioterapia
contendo 60Co foi parcialmente desmontado
necrose e descamação descamação
23 dias após o acidente
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Radioproteção
Profa. Dra. Daniela Priscila Marchi Salvador
• Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN): conjunto
de medidas que visam proteger o homem, seus
descendentes e seu meio ambiente contra possíveis
efeitos indevidos causados por radiação ionizante
proveniente de fontes produzidas pelo homem e de fontes
naturais modificadas tecnologicamente
• Medidas fundamentadas em:
• Justificativa
• Otimização
• Limitação de doses
• Prevenção de acidentes
Proteção Radiológica
• Benefício real para a saúde do indivíduo e/ou para a
sociedade em relação a probabilidade e grau de
ocorrência de um efeito biológico
Justificativa
Otimização
• Nível de radiação o mais baixo possível
• Número de pessoas expostas deve ser minimizados
Prevenção de Acidentes
• Direcionamento total de todos os envolvidos para prevenir
acidentes
Limitação de Doses
• Doses não superiores aos limites estabelecidos pelas
normas de radioproteção de cada país tanto para
trabalhadores ocupacionais quanto para o público em geral
• Métodos adotados devem visar a redução à exposição
as radiações
• Tempo, blindagem e distância
• Hábitos de trabalho
• Sinalização
• Monitoração
Controle de Exposição Tempo, blindagem e distância
• Tempo
• Distância
• Blindagem
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• Utilizar sempre as técnicas adequadas
• Utilizar seu dosímetro pessoal
• Posicionar-se adequadamente durante a realização de
exames
• Utilizar EPIs
Hábitos de Trabalho Proteção dos Trabalhadores
Proteção dos Pacientes Sinalização
Monitoração Individual Monitoração de Área
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Bibliografia Recomendada
• Okuno, E.; Yoshimura, E.M. Física das Radiações. 1ª Ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2010. 296p.
• Okuno, E.; Caldas, I.L.; Chow, C. Física para Ciências Biológicas e Biomédicas. 1ª Ed. São Paulo: Harbra, 1982. 490p.
• Garcia, E.A.C. Biofísica. 1ª Ed. São Paulo: Sarvier, 1998. 387p.
• Heneine, I.F. Biofísica Básica. 6ª Ed. Rio de Janeiro: Atheneu, 1996. 400p.
• Leão, M.A.C. Princípios de Biofísica. 2ª Ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1983. 510p.