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Grandezas, Quantidades e Unidades usadas em protecção

contra as radiações

Maria Filomena Botelho

O que é a radiação / radioactividade?

O que torna a radiação perigosa?

Dose de radiação – quanto é demasiado?

Radiação de fundo – a exposição nunca é zero

Urgências

Como se recebe/manipula o material radioactivo

?

2

O que é a radioactividade?Definição: um conjunto de átomos instáveis que se transformam espontaneamente em novos elementosUm átomo com um núcleo instável vai decair até se transformar num átomo estável, emitindo radiação à medida que o processo de deacimento decorreA “quantidade” de radioactividade (actividade) é o número de decaimentos nucleares que ocorrem por unidade de tempo (decaimento por minuto)

Radiação

Definição: energia na forma de partículas ou ondas

Tipos de radiaçãoIonizante: remove electrões de átomos

Partículas (alfa e beta)Ondas (gama e raios-X)

Não-ionizante (electromagnética): não remove electrões de átomos

Infravermelhos, visível, microondas, radar, ondas de rádio, lasers

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Durante uma exposição radiaoactiva há duas formas diferentes de exposição à radiação

Raios-X 1Gama 1Beta 1Protões 10Alfa 20Neutrões lentos 2Neutrões rápidos 10

1 Becquerel = 1 decay por seg1 Curie = 3,7 x 1010 dps

Dose de corpo inteiro 400 rem= LD50Público em geral 500 mrem/anoTrabalhadores da radiação 5 rem/ano

Dosimetria, Letalidade e Segurança

Unidades:1 Gy = 1 J/kg1 rad = 0,01 Gy

rem = rad × RBE

Exposição aguda Exposição crónica

Espectro Electromagnético

Comprimentos de onda da radiação em angstrom

108 106 104 102 1 10-2 10-4 10-6

Raios-XRádio Infravermelhos

Visible

LuzUltra-Violeta

Raios gama

Raios cósmicos

10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 1 102

Energia dos fótões em milhões de electrões volt (MeV)

22 4 10

4

Ionização

Formação de um átomo carregado e reactivo

-

-

-

-

O átomo neutro absorventeadquire uma carga positiva

Radiaçãoincidente -

Campos coulombianosenvolvidos

Electrão ejectado

Dose exposição e Dose biológica

SI Unidade antigaUnidade de Exposição 1 Gy = 100 rad (=100 R)Dose Biológica 1 Sv = 100 rem (= Q × rad)

Gy: graySv: sievertR: roentgenrem: roentgen equivalent manrad: radiation absorbed dose

Sv, remDose Biological

QFactor de Qualidade

Gy, rad (R)Dse exposição

Bq, CiRadioactividade

unidadestipo

↓

5

Unidades de actividade

1 Becquerel (Bq)

1 Curie (Ci)

1 Ci = 3,7 × 1010 Bq = 2,22 × 1012 dpm

número de desintegrações/seg que ocorrem num grama de 226Ra

1 desintegração/seg

Independente da natureza da radiação

Dose Exposição

1 Roentgen (R)

1 R = 2,58 x 10-4 C/kg

quantidade de raios-X ou γ necessária para produzir 2 x 109 pares de iões (ionização)

quando atravessa 1 cm3 de ar a 0oC

Só radiação ionizante de energia elevada

Quantidade de energia absorvida / massa de tecido→

1 C/Kg

+V

Ar secoFotão

Pares de iões

6

Dose Absorvida (D)

1 Rad

1 rad = 1 R

corresponde à libertação de 100 ergde energia / g de material irradiado

Se radiação for de fotões

Quantidade de energia cedida / massa de tecido→

Se material for tecido de mamífero

dmdD ε

=

Dose Absorvida (D)

1 Rad

1 Gy = 100 rad

corresponde à libertação de 100 ergde energia / g de material irradiado

Independente do tipo de radiação

Quantidade de energia cedida / massa de tecido→

1 Gray (Gy)

Específica do materialDose absorvida para a água; para o ar; para o osso

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Valores típicos de D

Dose de radioterapia40 Gy no tumor (durante várias semanas)

LD(50/30)4 Gy corpo inteiro (single dose)

Dose de fundo anual2,5 mGy corpo inteiro

Radiografia ao tórax PA160 µGy à entrada

Dose no órgão - DT

εT – Energia total que atravessa um tecido ou órgão

mT – Massa do tecido ou órgão irradadoT

T

mDT

ε=

1 Gray (Gy)

A dose absorvida média num órgão ou tecido

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Dose efectiva (E)

Soma das doses equivalentes para cada tecido/órgão x factores de correcção para o órgão

1 Sievert (Sv)

∑=T

TT HwE .

Dww RTR

rT

TE ,..∑∑=

wT- tissue weighting factor

Valores típicos de E

Clister opaco = 7 mSv

TAC Abdominal = 10 mSv

Radiografia abdómen= 1 mSv

Radiografia ao tórax PA = 20 µSv

Limite da dose anual para trabalhadores da radiação = 20 mSv

Dose anual de fundo = 2,5 mSv

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Equivalente de Dose (HT,R)Dose absorvida pelo tecido x factor de correcção da radiação

HT,R = DT,R . wR1 Sievert (Sv)

20Partículas alfa

5Protões

5-20 (dependendo da energia)Neutrões

1Todos os fotões, electrões e muões

wRTipos de radiação

Alfas 1 Gy = 20 Sv

Raios-X 1 Gy = 1 Sv

Equivalente de Dose (HT,R)Dose absorvida pelo tecido x factor de correcção da radiação

HT,R = DT,R . wR

1 Sievert (Sv)

Quando o campo de radiação é composto de radiação de vários tiposou de várias energias:

RRTR

T WDH .,∑=

10

Dose efectiva (E)

Exemplo:Se as gónadas sozinhas receberem 2 Gy, a dose efectiva é:

E = ΣT wT . HT

E = 2 x 0,20 = 0,4 Sv

0,05Mama0,05Bexiga0,12Estômago0,12Pulmão0,12Cólon0,12Medula vermelha0,20Gónadas

WTTecido/órgão

0,05Restantes0,01Superfícies osso0,01Pele0,05Tiróide0,05Esófago0,05Fígado

WTTecido/órgão

Factor de correcção da radiação(Radiation Weighting Factor - wR)

wR- Factor correctivo baseado no tipo e qualidade de radiação (que afecta externa e internamente) e que é usado para contabilizar a eficiência relativa dos diferentes tipos de radiação na indução dos efeitos na saúde

5Neutrões, energia > 20 MeV

10Neutrões, energia > 2 MeV a 20 MeV

20Neutrões, energia >100 a 2 MeV

10Neutrões, energia 10 a 100 keV

5Neutrões, energia < 10 keV

5Protões, energia > 2 MeV

20Partículas alfa

1Electrões, todas as energias

1Fotões, todas as energias

Factor de correcção para a radiação WR

Tipos de radiação e intensidade energética

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Factor correctivo que prevê as diferentes sensibilidades dos órgãos e tecidos à indução de efeitos estocásticos da radiação (efeitos sem limiar, ex. Cancro induzido por radiação)

A relação entre a probabilidade de um efeito estocástico e a dose equivalente varia com o tecido irradiado. A dose equivalente corrigida para o tecido vai produzir o mesmo grau de detrimento em saúde idependentemente do tecido envolvido

A soma dos factores de correcção para os tecidos é 1

Factor de correcção do tecido(Tissue Weighting Factor - wT)

Factor de correcção do tecido(Tissue Weighting Factor - wT)

wT- Factor correctivo baseado no tipo e qualidade de radiação (que afecta externa e internamente) e que é usado para contabilizar a eficiência relativa dos diferentes tipos de radiação na indução dos efeitos na saúde

0,01Superfície do osso

0,05Restantes

0,01Pele

0,05Troide

0,05Esófago

0,05Figado

Factor de correcção para o tecido WT

Tecido ou órgão

0,01Superfície do osso

0,05Restantes

0,01Pele

0,05Troide

0,05Esófago

0,05Figado

Factor de correcção para o tecido WT

Tecido ou órgão

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Dose equivalente

1 rem

1 Sv = 100 rem

quantidade de radiação capaz de transferir 2,4 x 10-3 cal de energia para 1 kg de tecido

Independente do tipo de radiação

Multiplicação do rad pela eficiência biológica relativa (EBR)→

1 Sievert (Sv)

EBR = 10 para partículas αEBR = 1 para partículas β

Dose Letal

LD50

LD50 = 5 Sv (500 rem)

dose aguda de radiação que é fatal para 50% da população exposta

Dose > 1 Sv (100 rem) produzem lesão no DNA

→ Relacionada com a dose equivalente

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OutrasEquivalente de dose (Sv) – substituída pela dose equivalente

Equivalente de dose efectivo (Sv) – substituída pela dose efectiva

Equivalente de dose ambiente (Sv) – dose a uma particular profundidade (muitas vezes usada para os resultados dos dosímetros pessoais)

Dose x área (Gy.cm2) – dose x dimensão do campo

Exposição (R ou C/kg) – carga produzida 1m 1 kg de ar

Kerma no ar (Gy) – energia libertada num kg de ar (os medidores de dose normalmente lêem em kerma no ar)

Dose colectiva (Svhomem) – dose efectiva x nº de pessoas expostas

Kerma

Quantidade de energia absorvida / massa de tecido→

1 J/Kg

+V

Ar secoFotão

Pares de iões

dmdEK tr=

1 Gray (Gy)

dEtr – soma das energias cinéticas iniciais de todas as partículas carregadas ionizantes libertadas por acção de partículas ionizantes não carregadas num material de massa dm

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Dose integral – usada em radioterapia

Energia total absorvida por um órgãoDose total recebida por um órgão

grama-rad g-Gy = dose * massa do órgão

Dose acumulada – dose recebida durante um período, mas g-Gy é a dose recebida num único tempo

grama-Gy

Velocidades

∆x/∆t = Velocidade de exposição (R/hr)∆D/∆t = velocidade de dose absorvida (Rad/hr)∆DE/∆t = velocidade de equivalente de dose absorvida (REM/hr)… e as fracções,

mR/hr, mRad/hr, mREM/hr, etc...

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Detrimento em saúde paraefeitos estocásticos

Incluem estas quantidadesProbabilidade de canro fatalProbabilidade corrigida de ter cancro não fatalProbabilidade corrigida de ter efeitoshereditários gravesA quantidade de esperança de vida perdida

Coeficientes de probabilidadenominal para efeitos estocásticos

7,31,01,05,0População Total

5,60,80,84,0Trabalhador adulto

totalEfeitos hereditários

Cancro não fatal

Cancro fatal

Detrimento em saúde (102 Sv-1)População exposta

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Dose equivalente Committed HT(τ)

HT(τ) – é o tempo total ao longo do período T da velocidade de dose equivalente que um tecido particular de um indivíduoirá receber após a ingestão de material radioactivo

H H t dtT Tt

t

( ) ( ).

ττ

=+

∫0

0

Integração durante um período τ de 50 anospara os adultos e de 70 anos para as crianças

A irradiação por parte de radionúclidos incorporados deve-se à suadistribuição algum tempo depois da ingestão ou inalação do material radioactivo, dependendo das suapropredades fisico-químicas e biocinéticas

Dose efectiva Committed E(τ)

E(τ) – é a soma das doses do órgão ou tecido committed corrigida devida à ingestão de material radioactivo

E w HT TT

( ) . ( )τ τ= ∑

J.kg-1

Sievert (Sv)

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Dose efectiva colectiva - S

S – é a medida da exposição à radição de uma população – a dose total recebida por um grupo populacional

Ei – é a dose efectiva média num sub-grupo populacional i

Ni – número de indivíduos do sub-grupo i

S E Ni ii

= ∑ .

homem.Sv

Equivalente de dose ambiente - H*(d)

Num ponto de um campo de radiação, é o equivalentede dose que será produzida por um campo alinhado e expandido na esfera do ICRU de profundidade d, num raio oposto à direcção do campo alinhado

Apropriada para radiação fortemente penetrante(Profundidade recomendada d=10mm)

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Equivalente de dose direccional - H’(d)

Num ponto de um campo de radiação, é o equivalente de dose que será produzida porexpandido na esfera do ICRU de profundidaded, num raio num direcção específica

Apropriada para radiação fracamentepenetrante (Profundidade recomendadad=0,07mm

Equivalente de dose pessoal Hp(d)

Equivalente de dose pessoal para radiação fortementepenetrante é o equivalente de dose no tecido mole numaprofundidade d =10 mm

Equivalente de dose pessoal para radiação fracamentepenetrante é o equivalente de dose no tecido mole numaprofundidade d = 0,07 mm

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Limites de dose individuais

Uma dose efectiva de of 50 mSv num único ano

Uma dose efectiva de 100 mSv em 5 anos consecuticos(uma dose efectiva de 20 mSv por ano em média durante5 anos consecuticos)

Uma dose equivalente no cristalino de 150 mSv num ano

Uma dose equivalente nas extremidades ou na pele de 500 mSv num ano

Exposição ocupacional

Limites de dose individuais

Uma dose efectiva de of 1 mSv num único ano

Uma dose efectiva de 5 mSv num único ano emcircunstâncias especiais mas de modo que a média em 5 anos consecuticos não exceda 1 mSv por ano

Uma dose equivalente no cristalino de 15 mSv num ano

Uma dose equivalente nas extremidades ou na pele de 50 mSv num ano

Exposição do público

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Compliance com os limites de dose

Os limites de dose aplicam-se ao somatóriodas doses obtidas por exposição externadurante um período de tempo específicocorrespondente a 50 anos (70 anos para as crianças) durante o qual são contabilizadosas exposições

Unidades antigas

100 rad = 1 Gy = 100 cGy

100 rem = 1 Sv

100 R ≈ 0.9 Gy

1 Bequerel = 1 desintegração por seg1 Curie = 3,7 x 1010 dps

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Γ - depende do esquema de decaimento, energia, coeficientede absorção no ar e a ionização específica dos electrões

Velocidade de exposição = Γ.A/d2

G

A - actividade

d – distância à fonte

Γ – velocidade de exposição constante (R.cm2/hr.mCi)

ExemploQual é a dose absorvida em Gy no ar para 1 R de raios γ

A energia média para criar um par de iões no ar é de 33.7 eV

1 R = (2,58 x 10-4 C/kg) / (1,6 x 10-19 C/electrão) = = 1,6 x 1015 pares de iões/kg

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ExemploQual é a dose absorvida em Gy no ar para 1 R de raios γ

A energia média para criar um par de iões no ar é de 33,7 eV

1 R= (2,58 x 10-4 C/kg) / (1,6 x 10-19 C/electrão) = = 1,6 x 1015 pares de iões/kg

Energia necessária para criar um par de iões = = 33,7 eV x 1,6 x1015 pares de iões/kg= 5.4x1010 MeV/kg

1 MeV = 1,6 x 10-13 J

D = 5,4 x 1010 MeV/kg x 1,6x10-13 J/MeV = 0,00867 J/kg = 0,00867 Gy

ExemploAssumindo que o tecido mole absorve 93 erg/g por 1 R de raios gama, qual é a velocidade de dose recebida quandose trabalha a uma distância média de 50cm com umafonte de 22Na de 100 mCi (3.7 MBq) ?

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ExemploAssumindo que o tecido mole absorve 93 erg/g por 1 R de raios gama, qual é a velocidade de dose recebida quandose trabalha a uma distância média de 50cm com umafonte de 22Na de 100 mCi (3.7 MBq) ?

A velocidade constante de exposição a partir da nossa tabela é de: Γ = 12,0 R.cm2/hr.mCi

ExemploAssumindo que o tecido mole absorve 93 erg/g por 1 R de raios gama, qual é a velocidade de dose recebida quandose trabalha a uma distância média de 50cm com umafonte de 22Na de 100 mCi (3.7 MBq) ?

A velocidade constante de exposição a partir da nossa tabela é de: Γ = 12,0 R.cm2/hr.mCi

Velocidade de exposição = Γ.A/d2 = 12 x 0,1 mCi/(50cm)2 = 0,48 mR/hr

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ExemploAssumindo que o tecido mole absorve 93 erg/g por 1 R de raios gama, qual é a velocidade de dose recebida quandose trabalha a uma distância média de 50cm com umafonte de 22Na de 100 mCi (3.7 MBq) ?

A velocidade constante de exposição a partir da nossa tabela é de: Γ = 12,0 R.cm2/hr.mCi

Velocidade de exposição = Γ.A/d2 = 12 x 0,1 mCi/(50cm)2 = 0,48 mR/hr

Velocidade de dose = 93 erg/g.R x 0,48 x10-3 R/hr = 0,045 erg/g.hr

100 erg/g = 0,01Gy