notas aula fisica radiacoes 2012

Fsica das Radiaes

Prof. Luciano Santa Rita

www.lucianosantarita.pro.br

[email protected]

1

Contedo programtico

Ondas eletromagnticas;

Produo de raios X;

Interao e atenuao da radiao X e gama com a matria;

Radiaes naturais e radioatividade;

Grandezas radiolgicas e suas unidades;

Objetivos, princpios bsicos e conceitos fundamentais da radioproteo;

Efeitos da radiao no ser humano;

Inspeo visual de um servio de radiodiagnstico.

2

Bibliografia Notas de aula Prof Luciano Santa Rita

(http://www.lucianosantarita.pro.br/notas_aula.html)

Cincias Radiolgicas para Tecnlogos (9 edio) Bushong;

Radioproteo e Dosimetria: Fundamentos Luiz Tauhata et al (www.ird.gov.br)

Princpios bsicos de Segurana e Proteo Radiolgica (3 edio) Ana Maria Xavier et al (http://www6.ufrgs.br/spr/SegurancaProtRad.pdf)

Fsica das radiaes Emiko Okuno e Elisabeth Yoshimura

Site: http://www.prorad.com.br/index.php?data=cursos.php 3

Ondas eletromagnticas Modelo atmico de Bohr e noes de nveis de

energia das camadas eletrnicas;

Estrutura nuclear.

Conceitos bsicos do movimento ondulatrio;

Definio de ftons;

Dualidade Onda x Partcula;

Relao entre as grandezas fsicas energia,

frequncia e comprimento de onda.

4

Modelo atmico de Bohr

O que compe a matria?

Qual a magnitude da matria?

Embora um tecido tenha estrutura

extremamente complexa, compe-se

de tomos e combinaes de tomos.

O tomo o alicerce de todo

tecnlogo em radiologia para a

compreenso da interao entre

radiao ionizante e matria.

Bushong, 2010 5

Modelo atmico de Bohr Evoluo

o tomo grego

referncia mais antiga na busca pela

estrutura da matria;

Matria composta por quatro

substncias: terra, gua, ar e fogo;

Usaram o termo tomo (indivisvel)

para descrever a menor parte das

quatro sustncias da matria;

Cada tipo de tomo era representado

por um smbolo.

o Hoje sabemos que o tomo a menor partcula da matria que tem as propriedades de um elemento.

o Sabemos tambm que muitas partculas so menores que o tomo e so

chamadas partculas subatmicas. Bushong, 2010 6


o tomo de Dalton (1808)

Um elemento era composto por tomos idnticos que reagiam

quimicamente da mesma forma. Por exemplo todos os tomos de

hidrognio eram semelhantes, no entanto seriam muito diferentes

dos tomos de qualquer outro elemento.

o tomo de Thomson (1890)

Concluiu que os eltrons eram parte integrante de todos os tomos.

Ele descreveu o tomo como algo parecido como um pudim de

ameixa : as ameixas representavam as cargas eltricas negativas

(eltrons) e o pudim era uma massa disforme de eletrificao

uniformemente positiva. O n de eltrons foi considerado igual

quantidade de carga positiva.

Rutherford refutou o modelo de Thomson e introduziu o modelo

nuclear contendo um ncleo positivo, denso e no centro do tomo

rodeado por rbitas de eltrons.

Bushong, 2010 7


o tomo de Rutherford (1911)

Estudando a trajetria de partculas emitidas pelo elemento

radioativo polnio, ele observou que a maioria das partculas a

atravessavam a lmina de ouro sem sofrer desvio em sua trajetria;

que outras sofriam desvio em sua trajetria; outras, em nmero muito

pequeno, batiam na lmina e voltavam.

Desta forma concluiu que o tomo no era macio e props que o

mesmo possua um ncleo positivo, denso e muito pequeno rodeado

por uma regio comparativamente grande onde estariam os

eltrons em movimentos orbitais (eletrosfera).

8


o tomo de Bohr (1913)

Niels Bohr aperfeioou a

descrio de Rutherford, no

modelo de Bohr o tomo era

uma miniatura do sistema

solar, onde os eltrons giravam

em torno ncleo em rbitas

especficas ou nveis de

energia.

Estrutura do tomo O tomo

de Bohr contm um ncleo

positivo pequeno e denso,

cercado de eltrons negativos

que giram em rbitas fixas,

bem definidas sobre o ncleo.

Bushong, 2010 9

Modelo atmico de Bohr tomo de Bohr (1913)

o Com o modelo de Bohr foram propostos os seguintes postulados:

Na eletrosfera, os eltrons descrevem sempre rbitas circulares ao redor do ncleo, chamadas de camadas ou

nveis de energia.

Cada camada ocupada por um eltron possui um valor determinado de energia (estado estacionrio).

Os eltrons s podem ocupar os nveis que tenham uma determinada quantidade de energia, no sendo possvel

ocupar estados intermedirios.

Cada rbita denominada de estado estacionrio e pode ser designada por letras K, L, M, N, O, P, Q.

10

Partculas fundamentais

o Nossa compreenso de tomo hoje baseia-se no que Bohr

apresentou a quase um sculo. No modelo de Bohr o tomo

pode ser visto como um sistema solar cujo o sol o ncleo e

cujos os planetas so os eltrons. O eltron, o prton e o nutron

representam as partculas fundamentais deste modelo.

o Os eltrons so partculas muito pequenas com uma unidade de

carga eltrica negativa. Sua massa de apenas 9,1x10-31 kg.

o As partculas atmicas tem sua massa normalmente expressa em

unidades de massa atmica (u). Uma unidade de massa

atmica igual a 1/12 da massa de um tomo de 12C. A massa

do eltron 0,000549 u.

Modelo atmico

Bushong, 2010 11

Modelo atmico

Estrutura nuclear

o O ncleo contm partculas

chamadas ncleons, dos quais h

dois tipos: prtons e nutrons.

o A massa de um prton 1,673x10-27kg

e o a do nutron 1,675x10-27 kg.

o O nmero de massa atmica de

cada um deles 1 u.

o O prton tem carga eltrica positiva

de uma unidade.

o O nutron no tem carga. Ele

eletricamente neutro.

Bushong, 2010 12

Estrutura eletrnica Os eltrons se distribuem em camadas ou orbitais de tal modo

que dois eltrons no ocupem o mesmo lugar ao mesmo tempo;

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 trajetria circular (ou elptica) ou por

uma nuvem envolvendo o ncleo.

13 Tauhata, 2003

Estrutura eletrnica O orbital definido como uma regio em torno do ncleo

onde os eltrons tem grande probabilidade de estar

localizados (teoria quntica do tomo);

Cada camada acomoda um nmero definido de eltrons e quando preenchida denomina-se camada fechada;

O n de eltrons nestas camadas denominado de n mgico e, quando excedido, os novos eltrons devem

ocupar novos orbitais. Os n mgicos so: 2, 8, 18, 32, 32, 18

at 8;

Segundo a teoria quntica da matria os eltrons se distribuem ao redor do ncleo em nveis e sub nveis de

energia possuindo um conjunto de n que os identificam: n

quntico principal (n), n quntico orbital (I), n quntico magntico (mI), n quntico de spin (mS).

14 Tauhata, 2003

Energia de ligao eletrnica

A magnitude do vnculo de um eltron ao ncleo chamada de energia de ligao do eltron.

Quanto mais prximo do ncleo est o eltron, mais forte esta ligao.

Eltrons da camada K tem energia de ligao maiores que os eltrons da camada L, e estes possuem maior energia de

ligao que os eltrons da camada M, e assim por diante.

Quanto maior o n total de eltrons em um tomo, mais firmemente cada um ligado.

Para elementos com n atmico elevados a energia de ligao do eltron prximo ao ncleo bastante elevada

podendo atingir a faixa de 100 KeV . O urnio (U) tem energia

de ligao dos eltrons da camada K em 116 keV.

15 Tauhata, 2003 e Bushong, 2010

Energia de

ligao eletrnica

16 Bushong, 2010

O metal tungstnio (W) utilizado

como material do alvo em tubos de

raios X;

O brio (Ba) utilizado como

agente de contraste radiogrfico e

fluoroscpico.

O carbono (c) um componente

importante da estrutura do tecido

humano.

Nomenclatura atmica As propriedades qumicas de um elemento so determinadas

pelo n e arranjo dos eltrons;

No tomo neutro o n de eltrons igual ao n de prtons. O

n de prtons chamado de n atmico e simbolizado por Z.

O n de prtons adicionado ao n de nutrons chamado

de n de massa atmica, simbolizado por A.

O n de massa atmica de um tomo um nmero inteiro,

que equivale ao n de ncleons no tomo. A massa atmica

de um tomo determinada por medio e raramente um

nmero inteiro.

Smbolo qumico:

Exemplo - urnio:

17

Bushong, 2010

Nomenclatura atmica Istopos tomos que possuem o mesmo n atmico, mas

diferentes n massa atmica. Ou mesmo n de prtons e

diferentes n de nutrons. Ex.: 134Ba, 135Ba, 136Ba, 137Ba e 138Ba.

Isbaros tomos que possuem o mesmo n de massa

atmica, mas diferentes n atmicos. Ex.: 131I e 131Xe.

Istonos tomos que possuem o mesmo n de nutrons, mas

diferentes n de prtons. Ex.: 130I, 131Xe e 132Cs.

Ismero tomos que possuem o mesmo n atmico e

mesmo n de massa, diferem em relao ao estado de

energia em funo de diferenas no arranjo dos ncleons.

Ex.: 99mTc decai para 99Tc com a emisso de raios gama de

140 keV.

Radioistopo um istopo radioativo.

18 Bushong, 2010

Elementos com relevncia para a cincia radiolgica

Elemento Smbolo Qumico

Nmero Atmico (Z)

Nmero de Massa Atmica (A)*

Nmero de istopos de ocorrncia natural

Massa elementar (u)**

Energia de ligao eletrnica da camada K (keV)

Carbono C 6 12 3 12,01 0,28

Alumnio Al 13 27 1 26,98 1,56

Molibdnio Mo 42 98 7 95,94 20

Rdio Rh 45 103 5 102,9 23,2

Tungstnio W 74 184 5 183,8 69,5

Chumbo Pb 82 208 4 207,1 88

Urnio U 92 238 3 238 116

19

* Istopo mais abundante ** Mdia de istopos de ocorrncia natural

Bushong, 2010

Origem das radiaes

As radiaes so produzidas por processos de ajuste que

ocorrem no ncleo ou nas camadas eletrnicas, ou pela

interao de outras radiaes ou partculas com o ncleo ou

com o tomo.

Radiao nuclear o nome dado as partculas ou ondas

eletromagnticas emitidas pelo ncleo durante o processo

de restruturao interna para atingir a estabilidade.

Raios X a denominao dada radiao eletromagntica

de alta energia que tem origem na eletrosfera ou na

frenagem de partculas carregadas no campo

eletromagntico do ncleo atmico ou dos eltrons.

20 Tauhata, 2003

Ondas eletromagnticas Conceitos bsicos do movimento ondulatrio:

o Ondas uma perturbao que se propaga atravs de um meio. Toda onda transmite energia sem transportar matria.

o Quanto a natureza podem ser:

Mecnicas necessitam de um meio material para se propagar (ex. som);

Eletromagnticas no necessitam de um meio material para se propagar (ex. luz, raios X e raios gama)

o Elementos de uma onda

Crista ponto mais alto e Vale ponto mais baixo;

Comprimento distncia de uma crista a outra;

Amplitude altura da crista;

Frequncia nmero de ciclos por unidade de tempo;

Ciclo movimento completo de qualquer ponto da onda;

Perodo tempo necessrio para que duas cristas consecutivas passem pelo mesmo ponto.

21

Ondas eletromagnticas

22

Energia eletromagntica Sempre h ao nosso redor um campo ou estado de energia

chamado energia eletromagntica. Ex.: Luz visvel, raios X,

radiao gama e radiofrequncia.

Um fton a menor quantidade de qualquer tipo de energia eletromagntica, assim como um tomo a menor

quantidade em um elemento.

Um fton pode ser retratado como um pacote de energia, quantum, que se move a velocidade da luz (c).

As propriedades de energia eletromagntica incluem frequncia, comprimento de onda, amplitude e velocidade.

Trs parmetros da onda velocidade, frequncia e comprimento so necessrios para descrever a energia eletromagntica.

23

= . = . Bushong, 2010

Espectro eletromagntico

24 Bushong, 2010

Espectro eletromagntico

Trs regies do espectro eletromagntico so em particular

importantes para a cincia radiolgica.

A regio dos raios X e gama, pois propiciam a obteno de

imagens radiogrficas ou fluoroscpicas com qualidade.

A regio de luz visvel que influncia nas condies de

visualizao para diagnstico de uma imagem radioscpica

ou fluoroscpica.

A regio de radiofrequncia em funo do desenvolvimento

de sistemas de imagens por ressonncia magntica (IRM) tem

sua relevncia destacada na produo de imagens

mdicas.

25 Bushong, 2010

Dualidade onda-partcula Ftons de raios X e ftons de luz visvel

o Raios X: frequncia; energia e comprimento de onda

Estas diferenas influem como esses ftons interagem com a

matria:

o Radiofrequncia: comprimento de onda medidos em metros interagem com hastes metlicas ou antenas;

o Micro-ondas: comprimento de onda medidos em centmetros interagem com objetos do tamanho de um alimento;

o Luz visvel: comprimento de onda em nanmetro (nm) interagem com clulas. Ex.: bastonetes e cones do olho.

o Luz ultravioleta: interagem com molculas;

o Raios X e gama: interagem com eltrons e tomos.

Os raios X e gama se comportam como se fossem partculas

ao interagirem com a matria. 26 Bushong, 2010

Lei do inverso do quadrado da distncia

A intensidade da energia eletromagntica

(radiao) inversamente proporcional ao

quadrado da distncia de uma fonte puntual.

Onde I1 a intensidade a uma distncia d1 da

fonte e I2 a intensidade a uma distncia d2 da

fonte.

27

1

2= 2

1

2

Exemplo Para um determinado ajuste de tcnica radiogrfica, a

intensidade dos raios X a 1 m de 450 mR. Qual a intensidade

do feixe de raios X na cabine a uma distncia de 3 m, se o

feixe til for dirigido para a mesma?

28

1

2= 2

1

2 450

2= 3

1

2 2 =

450

9

2 = 50

Equao quntica de Planck

A teoria quntica de Planck afirma que os raios X se

movem com a velocidade da luz (c = 3 x 108 m/s) e que a

energia do fton diretamente proporcional a

frequncia do fton.

A constante de proporcionalidade, conhecida como

constante de Planck (h), tem um valor numrico de

4,15x10-15 eV.s ou 6,65 x 10-34 J.s.

A energia de um feixe de raios X ou gama normalmente

apresentada com a unidade eltron-volt (eV). A relao

entre eltron-volt (eV) e joule (J) 1 eV = 1,602 x 10-19 J.

29

= . Bushong, 2010

= . ou

Equao quntica de Planck

As equaes acima mostram que a energia do fton

inversamente proporcional ao comprimento de onda do

fton.

Quanto menor o comprimento de onda da energia

eletromagntica, maior a energia do fton.

30

= .

Bushong, 2010

=

=

.

Matria e energia

Segundo a fsica quntica e a fsica da relatividade, a matria

pode ser transformada em energia e vice-versa.

A equao acima permite o clculo do equivalente

energtico da massa e a massa equivalente da energia.

A relao entre joule (J) e eltron-volt (eV) :

o 1 J = 6,24 x 1018 eV

31

= . 2

Bushong, 2010

Exemplo

Qual a equivalncia energtica de um eltron (massa =

9,109 x10-31 kg), medido em joules e em eltron-volt?

32

= . 2 = 9,10910;31 . 3108/ 2

= 8,197210;14

= 8,197210;14 . 6,241018/

= 511,5103 = 511,5 k

Tringulo de relao eletromagntica

33

C = f .

E Energia

Comprimento

Frequncia f

Bushong, 2010

Exerccios 1. Explique ou defina o que se segue:

a) O tomo de Rutherford

b) Ncleons

c) Ftons

d) Lei do inverso do quadrado da distncia

e) Espectro eletromagntico

2. Quantos prtons, nutrons, eltrons e ncleons so

encontrados nos elementos abaixo?

34

817

Bushong, 2010

1327 27

60 88226

Exerccios

3. Qual a frequncia associada a um fton de

radiao de micro-ondas que tem um

comprimento de 10-4 m?

4. Na mamografia, raios X com energia de 28 keV

so usados. Qual a frequncia dessa radiao?

5. A intensidade de sada de um sistema de imagens

radiogrficas normal de 5mR/mAs a 100 cm.

Qual a intensidade de sada de tal sistema a

200 cm?

35

Exerccios

6. Qual a frequncia de um fton de raios X com

energia de 85 keV?

7. A estao de rdio ZYZ4-FM transmite em uma

frequncia de 108 MHz. Qual o comprimento de

onda desta radiao?

8. A intensidade da luz de uma lmpada de leitura

200 mililumens (mlm) a uma distncia de 2 metros

(m). Qual a intensidade da luz a 3m?

36

Produo dos raios X

Histrico

Processos de gerao dos raios X

O espectro de raios X

Fatores que afetam o espectro dos raios X

O equipamento de raios X diagnstico

37

Histrico A descoberta dos raios X por Wilhelm Konrad

Roentgen em 08 de novembro de 1895 est

entre os mais importantes eventos da historia

humana.

Mesmo com os trabalhos desenvolvidos nas

dcadas de 1870 e 1880 sobre conduo de

raios catdicos atravs dos tubos de Crookes,

esta foi uma descoberta acidental.

Contemporneos de Roentgen j haviam

observado anteriormente a radiao X, mas

nenhum deles havia reconhecido a sua

importncia, porm Roentgen, em pouco mais

de um ms de investigao, j havia descrito a

radiao X com quase todas as propriedades

que conhecemos hoje. 38 Bushong, 2010

Histrico Ao mesmo tempo em que a utilizao desta

descoberta sinalizava com enormes ganhos,

principalmente associados a rea de sade,

danos comeavam a ser associados a ela.

A produo de raios X e seu uso seguro para

auxilio no diagnostico de patologias servem

de base para a radiologia atual, o

desenvolvimento nesta rea e seu histrico

levaram a uma nfase na busca de um

controle eficiente da emisso de radiao

em radiodiagnostico e nas doses

decorrentes dos procedimentos da rotina

diagnostica para os IOEs e pessoas do

publico.

39 Bushong, 2010

Propriedades dos raios X

No sofrem desvios em sua trajetria por ao de

campos eltricos nem magnticos;

Atravessam corpos opacos;

Perdem energia na proporo direta ao n atmico (Z)

do elemento com o qual interagem;

Causam fluorescncia em certas substncias qumicas;

Diminuem de intensidade na razo inversa do

quadrado da distncia por eles percorrida (1/r);

Produzem ionizao.

40

Produo dos raios X A radiao X uma radiao produzida artificialmente

atravs da acelerao de cargas eltricas (eltrons) contra

um material metlico de alto nmero atmico, resultando

desse choque a emisso de radiao eletromagntica,

caracterizada por uma frequncia muito alta, pequeno

comprimento de onda e alto poder de penetrao.

Ao contrrio que a maioria das pessoas leigas pensa, no h material radioativo em um equipamento emissor de raios X.

41

Produo dos raios X

Os eltrons projetados no material alvo do tubo de

raios X interagem com a coroa eletrnica ou com

o campo nuclear, resultando na converso de

energia cintica dos eltrons em energia trmica

(calor) e em radiao eletromagntica ionizante

ou raios X. O espectro de emisso dos raios X possui

um componente continuo (bremsstrahlung) e um

componente discreto chamado de raios X

caractersticos.

42

Produo dos raios X

A radiao de frenagem ou bremsstrahlung ocorre

quando partculas carregadas, neste caso eltrons,

interagem com o campo coulombiano de tomos

com numero atmico elevado, resultando em

reduo de sua energia cintica e emisso dessa

diferena de energia na forma de raios X. A

energia dos raios X gerados por frenagem varia

desde valores muito baixos at um valor mximo,

igual a energia cintica da partcula incidente.

43

Produo dos raios X frenagem

ou bremsstrahlung (contnuo)

44 Bushong, 2010

Produo dos raios X Os raios X caractersticos so produzidos quando

tomos do material alvo so ionizados por partculas

incidentes e possuem energia necessria para retirar

eltrons das camadas eletrnicas mais internas. Neste

caso ocorre uma vaga temporria, que torna o tomo

instvel e faz com que eltrons das camadas mais

externas desloquem-se para preencher a vaga.

Ao se deslocar de um nvel mais externo para um mais interno na estrutura eletrnica, o eltron libera o excesso

de energia na forma de radiao eletromagntica

ionizante, cuja intensidade e igual a diferena das

energias de ligao das camadas eletrnicas

correspondentes.

45

Produo dos raios X caracterstico (discreto)

46 Bushong, 2010

Transio (camada)

Smbolo Energia (keV)

L K 57,4

M K 66,7

N K 68,9

Para o tomo de tungstnio (W) a energia efetiva dos raios X de transies eletrnicas para a camada K = 69 keV

Espectro de raios X

47

O espectro de emisso de raios X de frenagem se estende de zero at a energia mxima dos eltrons projetados, com a maioria dos raios X tendo aproximadamente um tero da energia mxima. O espectro de emisso de raios X caractersticos representado na figura a esquerda por uma linha em 69 keV (energia efetiva).

Fatores que afetam o espectro de emisso de raios X

A forma geral do espectro de raios X pode ser

alterada em relao a qualidade e a quantidade

de ftons presentes no feixe. Quando o ponto

mximo da curva esta mais a direita, maior a

energia efetiva ou a qualidade do feixe. Quanto

maior a rea sob a curva, maior a quantidade

de ftons emitidos.

Alguns fatores influenciadores da qualidade do

feixe e da quantidade de ftons emitidos so

apresentados a seguir:

48

Fatores que afetam o espectro de emisso de raios X

Alteraes no feixe de raios X produzidas por seus fatores influenciadores

Aumento: Resulta em:

Corrente (mA) aumento na quantidade de ftons e nenhuma alterao na qualidade do feixe;

Tenso (kVp) aumento na quantidade de ftons e na qualidade do feixe;

Filtrao adicional diminuio na quantidade de ftons e aumento na qualidade do feixe;

N atmico (Z) do alvo aumento na quantidade de ftons e na qualidade do feixe;

Ripple diminuio na quantidade de ftons e na qualidade do feixe.

49 Bushong, 2010


O equipamento emissor de raios X para a rea do

radiodiagnostico, utilizado

em exames para obteno

de imagem radiogrfica ou

em fluoroscpica so

constitudos pelo o painel

de controle, o gerador de

alta tenso e o tubo de

raios X.

50


O tubo de raios X pode ser dividido em dois componentes principais, o catodo e o anodo. O catodo o eletrodo negativo, de onde os eltrons partem por emisso terminica

em direo ao alvo e o anodo o eletrodo positivo, que

contem o material alvo, normalmente tungstnio (W),

podendo ser fixo (radiologia odontolgica) ou giratrio

(radiologia medica) em funo da corrente e do tempo de

exposio utilizadas.

51

Exerccios

1. Explique ou defina o que se segue:

a) Energia de ligao

b) Raios X de frenagem ou bremsstrahlung

c) Raios X caractersticos

d) Quantidade de raios X

e) Qualidade do feixe de raios X

2. O que representa o espectro discreto de raios X?

3. Liste trs fatores que afetam a forma do espectro

de emisso dos raios X e descreva sucintamente

cada um.

52

Exerccios

4. Desenhe o espectro de emisso dos raios X de um

equipamento operado em 90kVp, cujo o tubo

tenha alvo de tungstnio.

5. Como possvel aumentar a energia cintica do

fluxo de eltrons projetados atravs do tubo de

raios X?

6. Qual o comprimento de onda mnimo associado

aos raios X emitidos por um tubo operado a

90 kVp?

53

Interao da radiao X e gama com a matria

A interao da radiao eletromagntica ionizante com a

matria pode ocorrer por espalhamento coerente (rayleigh),

efeito fotoeltrico, espalhamento incoerente (compton),

produo de par e por fotodesintegrao.

Os dois ltimos tipos de interao no ocorrem na faixa de

energia do raio X diagnostico, pois o efeito de produo de

par somente ocorre com ftons de energia superior a 1,022

MeV e a fotodesintegrao somente ocorre com energia

acima de 10 MeV.

E o espalhamento coerente (rayleigh) no produz ionizao

na matria.

54

Espalhamento clssico ou coerente (rayleigh)

55

Energias < 20keV

Efeito fotoeltrico

56

= -

Onde:

Ec = energia cintica do eltron orbital expelido ; E = energia do fton incidente; El = energia de ligao do eltron orbital.

Espalhamento incoerente (compton)

57

Onde:

E = energia do fton incidente; E = energia do fton espalhado; El = energia de ligao do eltron orbital; Ec = energia cintica do eltron orbital expelido.

= + (+ )

Tauhata, 2003

Produo de par (eltron-psitron)

58

; + : +

E possui energia superior a 1022 KeV;

As duas partculas transferem a sua energia cintica para o meio material, sendo que o psitron volta a se combinar com um eltron do meio e d origem a 2 ftons, cada um com energia de 511 keV.

Tauhata, 2003

Importncia relativa dos efeitos

fotoeltrico, compton e produo de pares

59

Importncia relativa dos diversos processos de interao dos ftons com a matria em funo da energia do fton e do nmero atmico do material.

Tauhata, 2003

Fotodesintegrao

60

Ftons com energia acima de 10 MeV so absorvidos pelo ncleo, sendo o ncleo elevado a um alto grau energtico e emite um ncleon ou fragmento nuclear.

Tauhata, 2003

Energia de ligao de materiais

relevantes para a radiologia

Elemento Nmero atmico (Z)

Energia de ligao de eltrons da camada K (kV)

Hidrognio 1 0,02

Carbono 6 0,3

Alumnio 13 1,6

Clcio 20 4,1

Molibdnio 42 19

Rdio 45 23

Iodo 53 33

Brio 56 37

Tungstnio 74 69

Chumbo 82 88 61 Bushong, 2010

Exerccio

Uma radiao X de 70 KeV interage por efeito fotoeltrico com um tomo da camada K de

carbono e um tomo de brio. Qual a energia

cintica de cada fotoeltron?

62

= -

= 70 - 0,3 = 69,7 keV

= 70 - 37 = 33 keV

Exerccio

Uma radiao X de 60 KeV ioniza um tomo de brio ejetando um eltron da camada N com

12keV de energia cintica. Qual a energia da

radiao X espalhada?

63

= + (+ )

No slide 16 podemos observar que a energia de ligao da camada N do brio 0,3 keV

60 = + (12 + 0,3)

= 60 (12 + 0,3) = 47,7 keV

Radiaes naturais e radioatividade

64

Histrico

Radiaes naturais e radioatividade

65

Decaimento radioativo

Um ncleo de tomo excitado, que possui mais

energia que a necessria ou possui mais nutrons

que o indispensvel, ir expulsar esta energia. Esta

emisso caracteriza a radioatividade do tomo.

Existem seis tipos de processos de decaimento

radioativo:

a. Transio isomrica ou radiao gama;

b. Converso interna;

c. Emisso de -;

d. Emisso de +;

e. Captura de eltron;

f. Emisso .

66

Decaimento radioativo

67

Transio isomrica ou radiao gama

Tem por objetivo trazer o ncleo para um estado de menor energia, sem a perda de massa nuclear (prton ou nutron)

como ocorrem com outros processos radioativos.

68

4399 = 43

99 + (de 140 keV)

Converso interna

69 Tauhata, 2003

Radiao Radiao beta () o termo usado para descrever eltrons

(psitrons e negatrons) de origem nuclear, carregados

positiva (+) ou negativamente (-). Sua emisso constitui um

processo comum em ncleos de massa pequena ou

intermediria, que possuem excesso de nutrons ou de

prtons em relao estrutura estvel correspondente.

70 Tauhata, 2003

Radiao - e +

71

614 = 7

14 + ; + 918 = 8

18 + : +

+ ; + + : +

A emisso beta (+) sempre acompanhada por radiao de aniquilao. Os psitrons sofrem interao com eltrons negativos (muito abundantes) produzindo: 2 ftons gama de 511 keV emitidos diametralmente opostos.

Radiao

72

Espectro da emisso de energia de um processo de emisso .

Tauhata, 2003

Captura de eltrons

73

+ : +

Nesse caso no ocorre emisso da radiao nuclear, exceto a do neutrino. No entanto, a captura do eltron da camada interna da eletrosfera, cria uma vacncia, que ao ser preenchida, provoca a emisso de raios X caractersticos.

Tauhata, 2003

Radiao tomos pesados com nmero de prtons e nutrons elevados

podem emitir a partcula alfa (2 prtons e 2 nutrons 4

ncleons) e grande quantidade de energia a fim de

alcanar uma posio de maior estabilidade nuclear.

74 = ;

; + + =

+ + 5,2 MeV

Constante de decaimento radioativo

Alguns radionucldeos permanecem instveis por alguns

segundos, minutos, horas, dias, meses, anos e sculos.

Ou seja cada radionucldeo possui seu prprio tempo

para passar de um estgio instvel para uma situao

energtica mais estvel.

Este tempo representa a probabilidade de que uma

quantidade de radionucldeos sofreram transformaes

ou iro decair, em busca de uma maior estabilidade

energtica, em um determinado instante.

Esta probabilidade denominada constante de

decaimento do radionucldeo.

75 Soares e Lopes , 2001

Lei do decaimento radioativo

76

() = . ;

Onde,

N(t) = nmero de tomos no instante t ;

N0 = nmero inicial de tomos;

= constante de decaimento.

Meia Vida fsica A meia vida de um radioistopo, abreviada T1/2, o tempo

necessrio, em que teremos no material radioativo

exatamente a metade do nmero inicial de tomos

excitados. Este tempo caracterstico de cada fonte

radioativa.

A relao entre a meia vida e a constante de decaimento

expressa por :

77

1/2 = 0,693

Atividade A atividade de um material radioativo o nmero de

transformaes nucleares por unidade de tempo.

onde N o nmero de ncleos radioativos contidos na

amostra ou material. A unidade, Becquerel (Bq), corresponde

a uma transformao por segundo, ou s-1.

A unidade antiga, Curie (Ci) = 3,7 . 1010 Bq, ou ainda 1 Ci =

37GBq.

Meia vida (T1/2) o tempo necessrio para termos no

material radioativo exatamente a metade do nmero inicial

de tomos excitados. 78

=

[;1] = 0 .

; [Bq]

Mltiplos e submltiplos das unidades de atividade

79

Mltiplos e smbolos

Kilo k 103 kBq kCi

Mega M 106 MBq MCi

Giga G 109 GBq GCi

Tera T 1012 TBq TCi

Peta P 1015 PBq PCi

Submltiplos e smbolos

Mili m 10-3 mBq mCi

Micro 10-6 Bq Ci

Nano n 10-9 nBq nCi

Pico p 10-12 pBq pCi

Femto f 10-15 fBq fCi

80

Exemplo

Voc recebeu o grfico ao lado que se refere ao decaimento

de uma das trs fontes

radioativas da empresa em que

voc trabalha. No entanto,

quem elaborou o grfico se

esqueceu de informar a que

fonte se refere. Sabendo que as

fontes radioativas e suas

respectivas meias-vidas so 198Au (t1/2 = 60,2 dias),

131I (t1/2 =

8,05 dias) e 99mTc (t1/2 = 6 horas),

anote no grfico o radioistopo

a que se refere. Explique ou

demonstre como voc chegou

concluso.

Resposta: 131I

81

Exemplo

O grfico abaixo ilustra a variao do teor de 90Sr, presente na amostra dessa substncia. Pelo exame do grfico, qual a

meia-vida do 90Sr ?

Resposta: 28 anos

Exerccio Explique o processo de decaimento por emisso de radiao

gama e a diferencie dos raios X.

o Ocorre quando ncleos ainda em estados excitados, emitem sua

energia excedente sob a forma de radiao eletromagntica ionizante,

denominada radiao gama (). Ela se diferencia dos raios X quanto a

sua origem, os raios gama so originrios do ncleo do tomo e os raios X

da eletrosfera dos atmos.

Quando ocorre a emisso de uma partcula alfa () ou beta (- ou +) o tomo original se transforma em outro elemento. Por que?

o O nmero atmico (Z) caracteriza o elemento qumico quando ocorre a

emisso de uma partcula alfa o elemento original perde 2 prtons e

desta forma se transforma em outro emento qumico. Com a emisso das

partculas - e + um nutron se transforma em prton e um prton se

transforma em nutron alterando desta forma o (Z) do tomo original,

caracterizando sua transformao. 82

Atividade campo AV1 1. Para um determinado ajuste de tcnica radiogrfica, a

intensidade dos raios X a 2,3 m de 350 mR. Qual a

intensidade do feixe de raios X na blindagem a uma

distncia de 4,7 m, se o feixe til for dirigido para a

mesma?

2. Qual a equivalncia energtica de um eltron

(massa = 1,673x10-27 kg), medido em joules e em

eltron-volt?

3. Quantos prtons, nutrons, eltrons e ncleons so

encontrados nos elementos abaixo? 85Kr36

83

918 15

32 1940 25

56 3065 36

85

Atividade campo AV1 4. Qual a frequncia associada a um fton de radiao de micro-

ondas que tem um comprimento de 10-8 m?

5. Na mamografia, raios X com energia de 23 keV so usados.

Qual a frequncia dessa radiao?

6. A intensidade de sada de um sistema de imagens radiogrficas

normal de 3,4mR/mAs a 150 cm. Qual a intensidade de

sada de tal sistema a 350 cm?

7. Qual a frequncia de um fton de raios X com energia de 77

keV?

8. A estao de rdio KYZ8-FM transmite em uma frequncia de

97,65 MHz. Qual o comprimento de onda desta radiao?

9. Explique a formao dos raios X de frenagem (bremsstrahlung)

e dos raios X caractersticos.

84

Atividade campo AV1 10. Desenhe o espectro de emisso dos raios X de um

equipamento operado em 65kVp, cujo o tubo tenha

alvo de tungstnio.

11. Qual o comprimento de onda mnimo associado aos

raios X emitidos por um tubo operado a 97 kVp?

12. Uma radiao X de 83 KeV interage por efeito

fotoeltrico com um tomo da camada K de carbono

e um tomo de brio. Qual a energia cintica de

cada fotoeltron?

13. Uma radiao X de 77 KeV ioniza um tomo de brio ejetando um eltron da camada N com 12 keV de energia cintica. Qual a energia da radiao X espalhada? o a energia de ligao da camada N do brio 0,3 keV

85

Atividade campo AV1

14.Explique o processo de decaimento por emisso

de radiao - , + e .

15.A meia-vida do trio-234 de 24 dias. Uma

amostra contm 8,0 g de trio-234. Aps quantos

dias a amostra ir conter apenas 2 g de trio-234?

Justifique.

a) 24 dias

b) 72 dias

c) 96 dias

d) 48 dias

86

Grandezas radiolgicas e unidades

87

Desde que surgiram as primeiras

preocupaes com a possibilidade das

radiaes ionizantes induzirem detrimentos

sade humana, apareceram os mtodos

de produo, caracterizao e medio

da radiao, bem como de definio de

grandezas que expressassem com realismo

a sua interao com o tecido humano.

Grandeza: Exposio (X)

88

Exposio (X): o o quociente entre dQ por dm, onde dQ o valor absoluto da

carga total de ons de um dado sinal, produzidos no ar, quando

todos os eltrons (negativos e positivos) liberados pelos ftons no

ar, em uma massa dm, so completamente freados no ar.

o Esta grandeza s pode ser definida para o ar e para ftons X ou

gama.

o A unidade especial da grandeza Exposio Rentgen (R) que

relacionado com a unidade do SI por: 1 R = 2,58x10-4 [C.kg-1]

=

[. ;1]

Grandeza: Dose absorvida (D)

89

Dose absorvida (D): o a energia mdia (dE) depositada pela radiao ionizante

na matria de massa dm, num ponto de interesse.

o Essa grandeza vale para qualquer meio, para qualquer tipo

de radiao e qualquer geometria de irradiao.

o A unidade especial da grandeza dose absorvida o rad

(radiation absorved dose) que relacionado com a unidade do SI por: 1 Gy = 100 rad = 1J/kg

D =

[ ]

Grandeza: Kerma (K)

90

Kerma (K):

o o quociente dEtr por dm, onde dEtr a soma de todas as

energias cinticas iniciais de todas as partculas

carregadas liberadas por partculas neutras ou ftons,

incidentes em um material de massa dm.

o A grandeza kerma ocorre no ponto de interao do fton

e a dose absorvida ocorre ao longo da trajetria do

eltron.

= [[ ]

Kerma (K) x Dose absorvida (D)

A dose absorvida depende da energia mdia

absorvida na regio de interao (local) e o

kerma, depende da energia total transferida ao

material.

Isto significa que, do valor de energia transferido na

interao radiao com a matria, uma parte

dissipada por radiao de frenagem, outra sob

forma de luz ou raios X caractersticos.

91

Relao entre a exposio (X) e a

atividade (A) de uma fonte gama

92

A Taxa de Exposio pode ser associada atividade gama de uma fonte, pela expresso:

o = constante de exposio de uma fonte pontual (Gamo);

o A = atividade da fonte radioativa;

o t = tempo de exposio;

o d = distncia at a fonte.

= . .

2

Exemplo

Uma fonte de Ir-192 com atividade de 24 Ci ser

utilizada na realizao de END para a aferio de

juntas soldadas a uma distncia de 2 m . Qual a taxa

de exposio em 1h?(Sabendo que para o Ir192: = 0,48 R.m2/h.Ci)

93

= . .

2 = 0,48 .

24. (1)

(2)2 = 2,88 R/h

Exemplo

94

Um tecnlogo entrou numa sala de irradiao e no

percebeu que uma fonte de 137Cs com atividade de 0,5

Ci estava exposta. Foi estimado que o tecnlogo

permaneceu a 3 m da fonte durante 10 minutos. Qual o

valor da exposio na entrada da pele do tecnlogo.

(Sabendo que para o Ir192: = 0,33 R.m2/h.Ci)

= . .

2 = 0,33 .

0,5. (10 60 )

(3)2

= 3,06 x 10-3 R/h ou = 3,06 mR/h

Exerccio

1. Uma fonte de Ir-192 com atividade de 13 Ci ser utilizada

na realizao de END para a aferio de juntas soldadas

a uma distncia de 1,6 m . Qual a taxa de exposio em

1 h? (Sabendo que para o Ir192: = 0,48 R.m2/h.Ci)

2. Um tecnlogo entrou numa sala de irradiao e no

percebeu que uma fonte de 137Cs com atividade de 0,7

Ci estava exposta. Foi estimado que o tecnlogo

permaneceu a 3,4 m da fonte durante 10 minutos. Qual

o valor da exposio na entrada da pele do tecnlogo.

(Sabendo que para o Ir192: = 0,33 R.m2/h.Ci)

95

Exerccio - resposta

96

= . .

2 = 0,48 .

13. (1)

(1,6)2 = 2,44 R/h

1.

2.

= .

.

2 = 0,33 .

0,7. (10 60 )

(3,4)2

= 3,33 x 10-3 R/h ou = 3,33 mR/h

97

Relao entre Exposio e Dose Absorvida no ar

Sob condies de equilbrio eletrnico (CPE), a Exposio X, medida no ar, se relaciona com a

Dose Absorvida no ar, pela expresso:

Onde (w/e)ar a energia mdia para formao de um par de ons no ar dividida pela carga do

eltron:

o No SI = 33,97 J/C

o Quando exposio dada em Rentgen (R) = 0,876 .

= .

Exemplo A medio de uma fonte radioativa apresenta

uma taxa de exposio de 23 mR/h. Qual o valor

da taxa de dose em rad e no sistema internacional

de unidades (SI)?

98

= . = 2310

;3. 0,876 = 0,0201

=0,0201

100 = 2,01x10;4

Exemplo A medio de uma fonte radioativa apresenta

uma taxa de exposio de 2,58x10-4 C.kg-1. Qual o

valor da taxa de dose no sistema internacional de

unidades (SI)?

99

= .

= 2,5810;4. 33,97 = 8,7610;3

Grandeza: Dose equivalente (HT)

100

Dose equivalente (HT):

o o valor mdio da dose absorvida DT,R num tecido ou

rgo T, obtido sobre todo o tecido ou rgo T, devido

radiao R:

o onde wR o fator de peso de cada radiao R que

permite converter a dose absorvida DT,R no tecido T, em

dose equivalente no tecido T, devido radiao do

tipo R.

o A unidade especial da grandeza dose equivalente o

rem (rntgen equivament man) que relacionado com a

unidade do SI por: 1 Sv = 100 rem = 1J/kg

= . ,

. ;1

101

Fatores de ponderao da radiao:

ICRP-60 (1990) e ICRP-103 (2007)

Tipos de radiao e intervalos de energia wR (ICRP-60) wR (ICRP-103)

Ftons de todas as energias 1 1

Eltrons e mons de todas as energias 1 1

Nutrons com energias: < 10keV 10 100 keV >100keV a 2 MeV >2 MeV a 20 MeV >20MeV

5

10 20 10 5

Funo contnua

da energia do nutron

Prtons 5 2 (prtons e pions)

Partculas alfa, elementos de fisso, ncleos pesados 20 20

A ICRP escolheu os valores de wR para cada tipo de partcula e energia como representativos dos valores de efetividade biolgica

(RBE relative biological effectiveness) da radiao em induzir efeitos estocsticos da radiao (induo de cncer e de efeitos

hereditrios).

Os valores da norma CNEN NN-3.01 correspondem aos do ICRP-60. Okuno e Yoshimura, 2010

Exemplo Um grupo de IOE foi exposto a um campo de raios X

resultando em uma dose absorvida de 2,5 mGy. O mesmo

grupo de IOE tambm foi exposto a uma fonte emissora de

partculas alfa resultando em uma dose absorvida de 2,5

mGy, responda (unidades do SI):

I. Quais os valores de dose equivalente em funo do campo de

raios X e da fonte emissora de partcula alfa?

II. Caso os valores do item anterior forem diferentes, explique por

que.

102

= . ,

= 1 . 2,5x10

;3 = 2,510;3 = 2,5 mGy

Raios X:

= 20 . 2,5x10;3 = 0,05 = 50 mGy

Partculas alfa:

Grandeza: Dose efetiva (E)

103

Dose efetiva (E): o a soma ponderada das doses equivalentes em todos os

tecidos ou rgos do corpo. Onde wT o fator de peso

para o tecido T e HT a dose equivalente a ele atribuda.

o Os fatores de ponderao de tecido ou rgo wT so

relacionados com a sensibilidade de um dado tecido ou

rgo radiao, no que concerne induo de cncer

e a efeitos hereditrios

= . . ;1

104

Fatores de ponderao de tecidos: ICRP-26 (77), ICRP-60 (90) e ICRP-103(07)

Tecido ou rgo wT (1977) wT (1990) wT (2007)

Gnadas 0,25 0,20 0,08

Medula ssea 0,12 0,12 0,12

Clon - 0,12 0,12

Pulmo 0,12 0,12 0,12

Estmago - 0,12 0,12

Mama 0,15 0,05 0,12

Bexiga - 0,05 0,04

Esfago - 0,05 0,04

Fgado - 0,05 0,04

Tireoide 0,03 0,05 0,04

Superfcie do osso 0,03 0,01 0,01

Crebro - - 0,01

Glndulas salivares - - 0,01

Pele - 0,01 0,01

Restante 0,30 0,05 0,12

Soma total 1,00 1,00 1,00

Okuno e Yoshimura, 2010 Os valores da norma CNEN NN-3.01 correspondem aos do ICRP-60.

Exerccio

105

Suponha que uma pessoa seja exposta, a um campo homogneo de raios X com uma exposio total de 1,3 R, responda (unidades do SI):

I. Qual o valor da dose absorvida?

II. Qual o valor da dose equivalente?

III. Qual o valor da dose efetiva? (irradiao do corpo inteiro wT = 1)

= .

= . ,

= .

= 1,3 . 0,876 = 1,14 = 1,14

100= 0,0114

= 1 . 0,0114 = 0,0114 Sv

= 1 . 0,00114 = 0,0114 Sv

Radioproteo

Conjunto de medidas que visam proteger o

homem, seus descendentes e seu meio ambiente

contra possveis efeitos indevidos causados por

radiao ionizante proveniente de fontes

produzidas pelo homem e fontes naturais

modificadas tecnologicamente.

Objetivos:

o Minimizar os riscos de efeitos biolgicos no ser humano

o Limitar dose em atividades profissionais

o Diminuir a probabilidade de efeitos de longo prazo

(cncer, efeitos genticos, etc.)

106

Legislao sobre radioproteo

Normas CNEN (Comisso Nacional de Energia Nuclear):

o NN-3.01: Diretrizes bsicas de radioproteo

o NE-3.02: Servios de radioproteo

o NN-3.03: Certificao da qualidade de supervisores de radioproteo

o NN-3.05: Requisitos de radioproteo e segurana para servios de medicina nuclear

o NE-3.06: Requisitos de radioproteo e segurana para servios de radioterapia

Portaria 453/98 ANVISA (Agncia Nacional de Vigilncia Sanitria

107

Exposio do homem a radiao ionizante

108

Servios com fonte de radiao ionizante

109 Dados: 2000

Conceitos fundamentais de radioproteo

Radiao diretamente ionizante: radiaes que possuem carga eltrica (partculas alfa e beta),

atuam principalmente por meio de seu campo

eltrico e transferem sua energia para muitos

tomos ao mesmo tempo.

Radiao indiretamente ionizante: radiaes que

no tem carga eltrica (ftons de raios X e gama),

interagem individualmente com eltrons

transferindo sua energia e produzindo ionizaes.

110


Poder de ionizao e penetrao das radiaes

o Partcula alfa ( ):

alto poder de ionizao e baixo poder de penetrao;

o Partcula beta ():

alto poder de ionizao (menor que ) e baixo poder de

penetrao (maior que a );

o Ftons gama ():

baixo poder de ionizao e alto poder de penetrao;

o Ftons de raios X:

baixo poder de ionizao e alto poder de penetrao.

111


112


113

A contaminao se caracteriza pela presena de um material

indesejvel em determinado local.

A irradiao a exposio de um

objeto ou de um corpo radiao

ionizante.

Pode haver irradiao sem existir

contaminao.

Irradiao no contamina, mas

contaminao irradia.


114

Tempo


115

Distncia


116

Blindagem


117

Limiar de dose


Relao dose x efeito: o Efeitos estocsticos:

So efeitos em que a probabilidade de ocorrncia proporcional dose de radiao recebida, sem a existncia de limiar. Isto significa, que doses pequenas, abaixo dos limites estabelecidos por normas e recomendaes de radioproteo, podem induzir tais efeitos.

o Efeitos determinstico: So efeitos causados por irradiao total ou localizada de

um tecido, causando um grau de morte celular no compensado pela reposio ou reparo, com prejuzos detectveis no funcionamento do tecido ou rgo. Existe um limiar de dose. A probabilidade de efeito determinstico nula para valores de dose abaixo do limiar e, e 100%, acima.

118

Exemplo de efeitos

determinsticos

119

Princpios de radioproteo

Justificao da prtica (exposies mdicas e industriais)

Otimizao da proteo radiolgica

Limitao da dose individual

120


Justificao da prtica (exposies mdicas e industriais)

o Nenhuma prtica ou fonte adscrita a uma

prtica deve ser autorizada a menos que

produza suficiente benefcio para o indivduo

exposto ou para a sociedade, de modo a

compensar o detrimento que possa ser causado.

121


Otimizao da proteo radiolgica

o Estabelece que as instalaes e as prticas devem ser

planejadas, implantadas e executadas de modo que a

magnitude das doses individuais, o nmero de pessoas

expostas e a probabilidade de exposies acidentais

sejam to baixos quanto razoavelmente exequveis,

levando-se em conta fatores sociais e econmicos, alm

das restries de dose aplicveis.

122


Limitao da dose individual

o Os limites de doses individuais so valores de

dose efetiva ou de dose equivalente nos rgos

ou tecidos de interesse, estabelecidos para

exposio ocupacional e exposio do pblico

decorrentes de prticas autorizadas, cujas

magnitudes no devem ser excedidas.

123

CNEN NN-3.01 Limitao de dose individual

124

125

Portaria 453/98 Limitao de Dose individual - ocupacional

Intervalo de tempo anual

IOE (mSv) Pblico (mSv)

Estudante (16 a 18 anos)

(mSv)

Limite * 50 1 6

Mdia* 20 --- ---

Cristalino** 150 --- 50

Extremidades** 500 --- 15

* Dose efetiva ** Dose equivalente

Mulheres grvidas: titular do servio deve ser notificado imediatamente e dose no abdome no deve exceder a 2 mSv por toda a gestao.

Menores de 18 anos no podem trabalhar com raios X diagnsticos, exceto em treinamentos.

126

CNEN NN-3.01 Limitao de dose individual Os valores de dose efetiva se aplicam soma das doses efetivas, causadas por

exposies externas, com as doses efetivas comprometidas (integradas em 50

anos para adultos e at a idade de 70 anos para crianas), causadas por

incorporaes ocorridas no mesmo ano.

Para mulheres grvidas ocupacionalmente expostas, suas tarefas devem ser

controladas de maneira que seja improvvel que, a partir da notificao da

gravidez, o feto receba dose efetiva superior a 1 mSv durante o resto do perodo

de gestao.

Indivduos com idade inferior a 18 anos no podem estar sujeitos a exposies

ocupacionais.

Os limites de dose estabelecidos no se aplicam a exposies mdicas de

acompanhantes e voluntrios que eventualmente assistem pacientes. As doses

devem ser restritas de forma que seja improvvel que algum desses

acompanhantes ou voluntrios receba mais de 5 mSv durante o perodo de

exame diagnstico ou tratamento do paciente. A dose para crianas em visita a

pacientes em que foram administrados materiais radioativos deve ser restrita de

forma que seja improvvel exceder a 1 mSv.

Informaes para clculo de nveis ao (limites derivados) Nveis de ao so valores de taxa de dose ou de

concentrao de atividade, estabelecidos com base em

modelo de exposio realista da situao, acima dos quais

devem ser adotadas aes protetoras ou remediadoras em

situaes de emergncia ou de exposio crnica, de modo

que sua adoo implique em certeza da observncia dos

nveis de interveno correspondentes (Norma CNEN NN-301).

As doses recebidas por um IOE so analisadas levando em

conta uma jornada de trabalho de 50 semanas/ano e uma

semana de 40 horas/semanais. Somente em situaes definas

na legislao (Ex.: radiodiagnstico) aplica-se a jornada de 24

horas/semanais.

127

Exerccio

1. Com base nas informaes para clculo de nveis

de ao (limites derivados) apresentados no slide

127, responda: (consultar tambm slides 123 e 124)

a) Qual o valor mximo de dose semanal para que em 1 ano um

IOE no exceda seu limite de dose?

b) Quantas horas um IOE pode trabalhar por ano, respeitando a

legislao?

c) Qual o valor mximo de dose por hora para que em 1 ano um

IOE no exceda seu limite de dose?

d) Qual o valor de dose semanal para que em 1 ano um IOE no

exceda o valor mdio de dose anual recomendado?

e) Qual o valor de dose por hora para que em 1 ano um IOE no

exceda o valor mdio de dose anual recomendado?

128

Exerccio 2. Com a instalao do novo equipamento emissor de raios X,

modelo Intecal CR125, foi realizado uma medio dos nveis

de radiao na sala de exame e nas demais dependncias

do servio. Verificou-se que na sala de exame a taxa de

dose era de 20Sv/h. Pergunta-se:

a) Qual a dose que o IOE estar sujeito em uma semana?

b) Qual a dose que o IOE estar sujeito em um ano?

c) O valor mdio de dose anual recomendado ser alcanado? Justifique.

d) Este IOE ainda poder atuar com radiaes ionizantes no ano corrente?

129

Efeito da radiao ionizante no ser humano

130

Mecanismo de dano biolgico

Fase fsica: ocorre a deposio de energia pela radiao na forma

de ionizao e/ou excitao de alguns tomos e molculas do

sistema biolgico. Isto geralmente leva cerca de 10-13 segundos.

Fase qumica: esta fase dura cerca de 10-10 segundos, e nela, os

radicais livres, ons e os agentes oxidantes podem atacar molculas

importantes da clula, inclusive as substncias que compem o

cromossomo.

Fase biolgica: esta fase varia de minutos a anos, dependendo dos

sintomas. As alteraes qumicas produzidas podem afetar uma

clula de vrias maneiras: morte prematura, retardo na diviso

celular ou modificao permanente. O surgimento de efeito

biolgico no significa uma doena e sim a resposta do organismo

a um agente agressor.

Fase orgnica: quando os efeitos biolgicos desequilibram o

organismo humano ou o funcionamento de um rgo, surgem

sintomas clnicos da incapacidade de repara tais danos, as

doenas. 131

Efeito da radiao ionizante no ser humano

132

Danos na molcula

de DNA

Classificao dos efeitos radioinduzidos

Os efeitos radioinduzidos podem receber

denominaes em funo do valor da dose

e forma de resposta (estocstico e

determinstico), em termos de tempo de

manifestao (imediatos e tardios) e em

funo do nvel de dano (somticos e

hereditrios ou genticos).

o Efeitos estocsticos e determinsticos definidos no slide 118

133


Tempo de manifestao

o Imediato primeiros efeitos biolgicos causados pela radiao, que ocorrem num perodo de

poucas horas at algumas semanas aps a

exposio. Ex. radiodermite;

o Tardio so efeitos que aparecem depois de anos ou mesmo dcadas, como por exemplo o

cncer.

134


Nvel de dano

o Somticos surgem do dano nas clulas do corpo e o efeito aparece na prpria pessoa

irradiada. Dependem da dose absorvida, da

taxa de absoro da energia da radiao e da

rea do corpo irradiada;

o Hereditrios ou genticos so efeitos que surgem no descendente da pessoa irradiada,

como resultado do dano produzido pela

radiao em clulas dos rgos reprodutores, as

gnadas. Tm carter cumulativo e independe

da taxa de absoro da dose.

135

Trabalho sobre proteo radiolgica

Fazer um resumo da portaria 453/98 obedecendo a estrutura e as orientaes a seguir:

A. Introduo: Qual o objetivo e a abrangncia da portaria 453/98? Qual o assunto abordado em cada captulo?

B. Captulo 2 da portaria 453/98: Definio para justificao, otimizao e limitao de doses individuais e os artigos que contm

estas definies; Quais os valores de doses anuais (limites) para

trabalhadores, pblico e estagirios e os artigos que contm estas

definies;

C. Captulo 3 da portaria 453/98: Localizar e transcrever o texto sobre memorial descritivo de proteo radiolgica e as

responsabilidades do supervisor de proteo radiolgica, bem como

dos tcnicos e auxiliares

D. Localizar e transcrever: os Nveis de referncia de radiodiagnstico por radiografia para paciente adulto tpico e Nveis

de referncia de radiodiagnstico em CT para paciente adulto tpico

136

Atividade campo AV2

1. A medio de uma fonte radioativa apresenta uma taxa de

exposio de 3,7 mR/h. Qual o valor da taxa de dose em rad e no sistema internacional de unidades (SI)?

2. A medio de uma fonte radioativa apresenta uma taxa de

exposio de 1,8 x10-6 C.kg-1. Qual o valor da taxa de dose

no sistema internacional de unidades (SI)?

3. Uma fonte de Ir-192 com atividade de 22 Ci ser utilizada na

realizao de END para a aferio de juntas soldadas a uma

distncia de 3,7 m . Qual a taxa de exposio em 1 h? (Sabendo que para o Ir192: = 0,48 R.m2/h.Ci)

137

Atividade campo AV2

4. Um tecnlogo entrou numa sala de irradiao e no percebeu que uma fonte de 137Cs com atividade de5,3Ci

estava exposta. Foi estimado que o tecnlogo permaneceu

a 12 m da fonte durante 23 minutos. Qual o valor da

exposio na entrada da pele do tecnlogo? (Sabendo que para o Ir192: = 0,33 R.m2/h.Ci)

5. Um grupo de IOE foi exposto a um campo de raios X resultando em uma dose absorvida de 1 mGy. O mesmo grupo de IOE tambm foi exposto a uma fonte emissora de partculas alfa resultando em uma dose absorvida de 1 mGy, responda (unidades do SI):

I. Quais os valores de dose equivalente em funo do campo de raios X e da fonte emissora de partcula alfa?

II. Caso os valores do item anterior forem diferentes, explique por que.

138

Atividade campo de AV2

6. Suponha que uma pessoa seja exposta, a um campo homogneo de raios X com uma exposio total de 1,3 R,

responda (unidades do SI):

I. Qual o valor da dose absorvida?

II. Qual o valor da dose equivalente?

III. Qual o valor da dose efetiva? (irradiao do corpo inteiro wT = 1)

7. Diferencie radiao diretamente ionizante de radiao

indiretamente ionizante e cite exemplos.

8. Diferencie contaminao de irradiao.

9. possvel haver contaminao em uma sala de

radiodiagnstico? Justifique.

139


10. Os cuidados de radioproteo quando utilizados de

forma adequada contribuem de forma significativa

para a reduo de dose nos IOEs quando estes

trabalham com fontes de radiao ionizante. Assinale

abaixo a opo mais adequada:

(a) Menor distncia, maior tempo e maior blindagem

(b) Maior blindagem, menor tempo e maior distncia

(c) Maior blindagem, menor distncia e menor tempo

(d) Menor tempo, maior blindagem e menor distncia

(e) Maior tempo, maior distncia e menor blindagem

140


141

11. Os efeitos radioinduzidos podem receber denominaes em funo do valor da dose e forma de resposta, em termos de tempo de manifestao e em funo do nvel de dano. Desta forma relacione os efeitos radioinduzidos com suas definies.

Efeitos radioinduzidos Definies

(A) Estocstico ( ) So efeitos que aparecem depois de anos ou mesmo dcadas, como por exemplo o cncer.

(B) Hereditrios ( ) So efeitos causados por irradiao total ou localizada de um tecido, causando um grau de morte celular e com prejuzos detectveis no funcionamento do tecido ou rgo. Existe um limiar de dose.

(C) Imediatos ( ) So efeitos que surgem no descendente da pessoa irradiada, como resultado do dano produzido pela radiao em clulas dos rgos reprodutores, as gnadas.

(D) Somticos ( ) So efeitos em que a probabilidade de ocorrncia proporcional dose de radiao recebida, sem a existncia de limiar.

(E) Tardios ( ) Surgem do dano nas clulas do corpo e o efeito aparece na prpria pessoa irradiada.

(F) Determinsticos ( ) So os primeiros efeitos biolgicos causados pela radiao, que ocorrem num perodo de poucas horas at algumas semanas aps a exposio.

Fsica das Radiaes

Prof. Luciano Santa Rita

www.lucianosantarita.pro.br

[email protected]

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notas aula fisica radiacoes 2012

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