radioproteção e dosimetria - fundamentos-final (i)

RADIOPROTEO E DOSIMETRIA:

FUNDAMENTOS

Luiz Tauhata

Ivan Salati

Renato Di Prinzio

Antonieta R. Di Prinzio

INSTITUTO DE RADIOPROTEO E DOSIMETRIA

COMISSO NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR

RIO DE JANEIRO

10a - Reviso Abril/2014

ii

Todos os direitos reservados aos autores

Comisso Nacional de Energia Nuclear

Instituto de Radioproteo e Dosimetria

Av. Salvador Allende, s/n - Barra da Tijuca

Rio de Janeiro - RJ

CEP: 22783-127

Tel.: (21) 2173-2885

(21) 2173-2833

(21) 2173-2300

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

exclusiva dos autores.

Tauhata, L., Salati, I. P. A., Di Prinzio, R., Di Prinzio, M. A. R. R.

Radioproteo e Dosimetria: Fundamentos - 10 reviso abril/2014 - Rio de

Janeiro - IRD/CNEN.

344p.

ISBN: 978-85-67870-02-1

1.Radiaes 2.Fontes de Radiao Ionizante 3.Interao da Radiao com a

Matria 4.Efeitos Biolgicos da Radiao 5.Grandezas Radiolgicas e

Unidades 6.Detectores de Radiao 7.Noes de Proteo Radiolgica

8.Gerncia de Rejeitos Radioativos 9.Transporte de Materiais Radioativos

10.Anexo A: Normas da CNEN 11.Anexo B: Radiaes Ionizantes e

Legislao para Trabalhadores 12.Anexo C: Determinao de Blindagens

em Radioterapia.

iii

APRESENTAO

Esta uma verso revisada da apostila Radioproteo e Dosimetria:

Fundamentos, preparada para atender aos cursos de treinamento oferecidos pelo

IRD e as pessoas interessadas no assunto.

Nesta 10a Reviso foram atualizados conceitos, principalmente no captulo

de Grandezas Radiolgicas, devido atualizao da Norma CNEN-NN-3.01

Diretrizes Bsicas de Proteo Radiolgica, publicada no Dirio Oficial da Unio

em 01 de setembro de 2011.

Foram includos um captulo relacionado Gerncia de Rejeitos, outro

relativo ao Transporte de Materiais Radioativos e trs anexos sobre Normas da

CNEN, Radiaes Ionizantes e Legislao para Trabalhadores e Determinao

de Blindagens em Radioterapia. Foram ainda adicionadas vrias tabelas de uso

em proteo radiolgica, para facilitar a consulta por parte dos usurios.

Na preparao da apostila, os autores desejam agradecer a todos os

colegas da Diviso de Metrologia de Radionucldeos, principalmente Estela

Maria de Oliveira Bernardes, pela pacincia e colaborao.

A todos que tiverem acesso ao texto, solicitamos sugestes, ementas e

correes, para que possamos elaborar um trabalho aperfeioado e com menor

nmero de falhas ou omisses.

Os autores

iv

NDICE

Relao de Figuras .................................................................................................... xix

Relao de Tabelas .................................................................................................. xxvi

CAPTULO 1

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

1.1. COMPOSIO DA MATRIA E TEORIA ATMICA ............................ 1

1.1.1. Viso macroscpica da matria .......................................................................... 1

1.1.2. Substncias simples e compostas ........................................................................ 1

1.1.3. Fases e estados da substncia ............................................................................. 1

1.1.4. Viso microscpica da matria ........................................................................... 1

1.1.5. A aceitao do tomo .......................................................................................... 2

1.1.6. Lei das propores definidas .............................................................................. 2

1.1.7. Lei das propores mltiplas .............................................................................. 2

1.2. ESTRUTURA DA MATRIA ......................................................................... 2

1.2.1. Composio da matria ....................................................................................... 2

1.2.2. Estrutura do tomo .............................................................................................. 2

1.2.3. Raio atmico ....................................................................................................... 2

1.2.4. Raio inico .......................................................................................................... 3

1.2.5. Estrutura eletrnica ............................................................................................. 3

1.2.6. Energia de ligao eletrnica .............................................................................. 4

1.2.7. Estrutura nuclear ................................................................................................. 5

1.2.8. Notao qumica ................................................................................................. 5

1.2.9. Organizao nuclear ........................................................................................... 5

1.2.10. Tabela de nucldeos .......................................................................................... 6

1.2.11. Istopos, isbaros e istonos ............................................................................ 7

1.2.12. Tabela Peridica ............................................................................................... 8

1.2.13. Preenchimentos das camadas eletrnicas ....................................................... 10

1.2.14. Regra de Hund ................................................................................................ 12

1.3. TRANSIES ................................................................................................ 12

1.3.1. Estados excitados .............................................................................................. 12

1.3.2. Transio eletrnica .......................................................................................... 12

1.3.3. Transio nuclear .............................................................................................. 13

1.3.4. Meia-vida do estado excitado ........................................................................... 13

1.4. ORIGEM DA RADIAO ........................................................................... 15

1.4.1. Ftons ............................................................................................................... 15

1.4.2. Raios X ............................................................................................................. 16

1.5. RADIOATIVIDADE ...................................................................................... 16

1.5.1. Constante de decaimento ............................................................................... 16 1.5.2. Atividade de uma amostra, A ........................................................................... 16

1.5.3. Atividade de uma amostra em um dado instante .............................................. 16

v

1.5.4. Decaimento da atividade com o tempo ............................................................. 17

1.5.5. Unidades de atividade - o becquerel e o curie .................................................. 17

1.5.6. Mltiplos e submltiplos das unidades de atividade ........................................ 18

1.5.7. Meia-vida do radioistopo T1/2 ......................................................................... 18

1.5.8. Vida-mdia do radioistopo, .......................................................................... 18

1.6. RADIAES NUCLEARES ......................................................................... 19

1.6.1. Unidades de energia de radiao ...................................................................... 19

1.6.2. Radiao ........................................................................................................ 19 1.6.2.1. Emisso - ...................................................................................................... 20

1.6.2.2. O neutrino v e o anti-neutrino ..................................................................... 20

1.6.2.3. Equao da transformao do nutron na emisso - ..................................... 20 1.6.2.4. Emisso + ...................................................................................................... 20 1.6.2.5. Caractersticas da emisso beta ...................................................................... 20

1.6.2.6. Emisso de mais de uma radiao beta em um decaimento ........................... 22

1.6.2.7. Emissores puros ........................................................................................... 22 1.6.2.8. Captura eletrnica, EC ................................................................................... 23

1.6.3. Radiao ........................................................................................................ 24 1.6.3.1. Equao da transformao no decaimento alfa .............................................. 24

1.6.3.2. Energia da radiao ..................................................................................... 25 1.6.4. Emisso gama ................................................................................................... 26

1.6.4.1. Caractersticas da emisso gama .................................................................... 26

1.6.4.2. Intensidade relativa de emisso I (branching ratio). .................................... 27 1.6.4.3. Valores de referncia para as energias das radiaes .................................. 28 1.6.5. Intensidade relativa das radiaes e atividade total .......................................... 30

1.6.6. Atividade e decaimento de uma mistura de radionucldeos ............................. 31

1.6.7. Esquema de decaimento de um radionucldeo .................................................. 32

1.7. INTERAES EM PROCESSOS DE DECAIMENTO ............................ 32

1.7.1. Raios X Caractersticos ..................................................................................... 32

1.7.2. Eltrons Auger .................................................................................................. 33

1.7.3. Converso interna ............................................................................................. 33

1.8. RADIAO PRODUZIDA PELA INTERAO DE RADIAO

COM A MATRIA ........................................................................................ 35

1.8.1. Radiao de freamento (Bremsstrahlung) ........................................................ 35

1.8.2. Produo de pares ............................................................................................. 36

1.8.3. Radiao de aniquilao ................................................................................... 36

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS .......................................................... 38

CAPTULO 2

FONTES NATURAIS E ARTIFICIAIS DE RADIAO IONIZANTE ............. 39

2.1. FONTES NATURAIS .................................................................................... 39

2.1.1. Origem dos elementos qumicos ....................................................................... 39

2.1.2. Composio qumica do homem referncia ..................................................... 40

2.1.3. Os elementos radioativos naturais .................................................................... 42

vi

2.1.4. As famlias radioativas ..................................................................................... 42

2.1.5. O radnio e o tornio ........................................................................................ 44

2.1.6. A radiao csmica ........................................................................................... 47

2.2. FONTES ARTIFICIAIS ................................................................................ 47

2.2.1. Tipos de geradores de radiao ......................................................................... 48

2.2.2. Tubos de raios X ............................................................................................... 48

2.2.3. Aceleradores de partcula ................................................................................. 49

2.2.4. Aceleradores de eltrons ................................................................................... 49

2.2.5. Acelerador Van de Graaff ................................................................................. 50

2.2.6. Ciclotrons .......................................................................................................... 51

2.2.6.1. Ciclotrons para produo de radioistopos para medicina ............................. 51

2.2.6.2. O acelerador do Laboratrio Nacional de Luz Sincrotron ............................. 52

2.6.2.3. O Grande Colisor de Hadron (Large Hadron Collider) - LHC ..................... 53

2.2.7. Fontes de nutrons ............................................................................................ 54

2.2.8. Irradiadores com radioistopos ......................................................................... 55

2.2.8.1. Bomba de Cobalto .......................................................................................... 55

2.2.8.2. Fontes para braquiterapia ............................................................................... 55

2.2.8.3. Irradiadores para gamagrafia .......................................................................... 56

2.2.8.4. Irradiador industrial ........................................................................................ 57

2.2.9. Efluentes e precipitaes .................................................................................. 57

2.3. INSTALAES NUCLEARES NO BRASIL ............................................. 59

2.3.1. Reatores nucleares ............................................................................................ 59

2.3.1.1. Reatores de potncia ....................................................................................... 60

2.3.1.2. Reatores de pesquisa ...................................................................................... 63

2.3.2. O ciclo do combustvel nuclear ........................................................................ 63

2.3.2.1. A minerao e extrao do urnio .................................................................. 63

2.3.2.2. Converso para hexafluoreto de urnio (UF6). ............................................... 65

2.3.2.3. O enriquecimento isotpico do urnio ........................................................... 65

2.3.2.4. A fabricao do elemento combustvel .......................................................... 66

2.3.2.5. O reprocessamento do combustvel ................................................................ 67

2.3.2.6. Rejeitos radioativos no ciclo do combustvel ................................................. 68

2.3.2.7. Instalaes nucleares industriais do Ciclo do Combustvel no Brasil ............ 68

2.3.2.8. Instalaes nucleares de pesquisa no Brasil ................................................... 69

2.4. INSTALAES RADIATIVAS NO BRASIL ............................................ 72

2.4.1. Instalaes mdicas .......................................................................................... 72

2.4.1.1. Servios de Radioterapia ................................................................................ 72

2.4.1.2. Servios de Medicina Nuclear ........................................................................ 73

2.4.1.3. Instalaes de produo de radiofrmacos de meia-vida curta ...................... 73

2.4.2. Instalaes industriais ....................................................................................... 74

2.4.2.1. Instalaes de radiografia industrial ............................................................... 74

2.4.2.2. Indstrias que operam medidores nucleares ................................................... 74

2.4.2.3. Servios de perfilagem de petrleo ................................................................ 74

2.4.2.4. Irradiadores industriais de grande porte ......................................................... 74

2.4.3. Instalaes de pesquisa ..................................................................................... 75

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS .......................................................... 76

vii

CAPTULO 3

INTERAO DA RADIAO COM A MATRIA ............................................. 77

3.1. IONIZAO, EXCITAO, ATIVAO E RADIAO DE

FREAMENTO ................................................................................................ 77

3.1.1. Excitao atmica ou molecular ....................................................................... 77

3.1.2. Ionizao ........................................................................................................... 77

3.1.3. Ativao do ncleo ........................................................................................... 77

3.1.4. Radiao de freamento ..................................................................................... 77

3.2. RADIAES DIRETAMENTE E INDIRETAMENTE

IONIZANTES ................................................................................................. 78

3.2.1. Interao ........................................................................................................... 78

3.2.2. Probabilidade de interao ou seco de choque .............................................. 78

3.3. INTERAO DA RADIAO ELETROMAGNTICA COM A

MATRIA ....................................................................................................... 79

3.3.1. Efeito Fotoeltrico ............................................................................................ 79

3.3.2. Pico de absoro K para o efeito fotoeltrico ................................................... 80

3.3.3. Efeito Compton ................................................................................................. 81

3.3.4. Espalhamento Compton coerente ou efeito Rayleigh ....................................... 83

3.3.5. Formao de par ............................................................................................... 83

3.3.6. Importncia relativa dos efeitos fotoeltrico, Compton e produo de pares ... 84

3.3.7. Coeficiente de atenuao linear total, ............................................................ 85 3.3.8. Coeficiente de atenuao linear em massa ....................................................... 86

3.3.9. Coeficiente de atenuao e seco de choque microscpica ............................ 87

3.3.10. Coeficiente de atenuao linear total de uma mistura ou composto ................. 88

3.3.11. Coeficiente de transferncia de energia ............................................................ 88

3.3.12. Coeficiente de absoro de energia .................................................................. 89

3.4. INTERAO DE NUTRONS COM A MATRIA ................................. 89

3.4.1. Classificao da energia dos nutrons .............................................................. 90

3.4.2. Tipos de interao com nutrons ...................................................................... 91

3.4.2.1. Ativao com nutrons ................................................................................... 92

3.4.2.2. Reao de fisso nuclear ................................................................................ 92

3.5. INTERAO DAS RADIAES DIRETAMENTE IONIZANTES

COM A MATRIA ........................................................................................ 94

3.5.1. Radiaes diretamente ionizantes ..................................................................... 94

3.5.2. Poder de freamento ........................................................................................... 95

3.5.3. Poder de freamento de coliso e de radiao .................................................... 96

3.5.4. Poder de freamento restrito ou LET ................................................................. 96

3.5.5. Alcance de partculas carregadas em um material (range) ............................... 96

3.5.5.1. Alcance mdio ................................................................................................ 96

3.5.5.2. Alcance extrapolado ....................................................................................... 97

3.5.5.3. Alcance mximo ............................................................................................. 97

3.6. INTERAO DE ELTRONS COM A MATRIA .................................. 97

3.6.1. Alcance para eltrons monoenergticos ........................................................... 98

viii

3.6.2. Atenuao das partculas beta ........................................................................... 99

3.6.3. Alcance das partculas beta ............................................................................. 100

3.6.4. Poder de freamento para eltrons de alta energia ........................................... 101

3.6.5. Valor efetivo de (Z/A) de um material ........................................................... 102

3.7. INTERAO DAS PARTCULAS COM A MATRIA ...................... 102 3.7.1. Alcance das partculas ................................................................................. 103 3.7.2. Alcance e atenuao das radiaes no ar e no tecido humano........................ 103

3.8. INTERAO DE FRAGMENTOS DE FISSO COM A MATRIA ... 104

3.8.1. Alcance de fragmentos de fisso .................................................................... 105

3.9. TEMPO DE PERCURSO ............................................................................ 105

3.10. PROCESSOS INTEGRADOS DE INTERAO: DISSIPAO DE

ENERGIA ...................................................................................................... 105

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ........................................................ 107

CAPTULO 4

EFEITOS BIOLGICOS DA RADIAO .......................................................... 108

4.1. ESTRUTURA E METABOLISMO DA CLULA ................................... 108

4.1.1. Estrutura bsica da clula ............................................................................... 108

4.1.2. Metabolismo celular ....................................................................................... 109

4.1.3. Fases da vida celular ....................................................................................... 109

4.1.3.1. O ciclo celular .............................................................................................. 109

4.1.3.2. Reproduo celular ....................................................................................... 110

4.2. INTERAO DA RADIAO COM O TECIDO BIOLGICO .......... 111

4.2.1. Formas e tipos de irradiao ........................................................................... 111

4.2.1.1. Exposio nica, fracionada ou peridica .................................................... 112

4.2.1.2. Exposio de corpo inteiro, parcial ou colimada ......................................... 113

4.2.1.3. Exposio a feixes intensos, mdios e fracos ............................................... 113

4.2.1.4. Exposio a ftons, partculas carregadas ou a nutrons ............................. 113

4.2.2. Danos celulares ............................................................................................... 114

4.2.3. Mutaes ......................................................................................................... 116

4.2.4. Modificao celular pela radiao .................................................................. 116

4.2.5. Morte celular ................................................................................................... 117

4.2.6. Curvas de sobrevivncia ................................................................................. 117

4.2.7. Detrimento ...................................................................................................... 118

4.2.8. Risco do efeito biolgico induzido pela radiao ionizante ........................... 118

4.2.9. Detectabilidade epidemiolgica ...................................................................... 119

4.3. ETAPAS DA PRODUO DO EFEITO BIOLGICO PELA

RADIAO .................................................................................................. 119

4.3.1. Efeitos fsicos .................................................................................................. 119

4.3.2. Efeitos qumicos ............................................................................................. 120

ix

4.3.3. Efeitos biolgicos ........................................................................................... 121

4.3.4. Efeitos orgnicos - Doenas ........................................................................... 122

4.4. RADIOSSENSIBILIDADE DOS TECIDOS ............................................. 123

4.4.1. Efetividade biolgica relativa - RBE .............................................................. 123

4.4.2. Transferncia linear de energia - LET ............................................................ 124

4.4.3. Radiaes de baixo LET ................................................................................. 125

4.4.4. Induo de cncer pelas radiaes de baixo LET ........................................... 125

4.4.5. Radiaes de alto LET .................................................................................... 126

4.4.6. Induo de cncer pelas radiaes de alto LET .............................................. 126

4.4.7. Fator de eficincia da dose e da taxa de dose - DDREF ................................. 127

4.4.8. O fator de reduo DDREF ............................................................................ 127

4.4.9. Obteno do DDREF ...................................................................................... 127

4.5. CLASSIFICAO DOS EFEITOS BIOLGICOS ................................. 128

4.5.1. Denominao dos efeitos biolgicos .............................................................. 128

4.5.2. Efeitos estocsticos ......................................................................................... 128

4.5.3. Efeitos determinsticos .................................................................................... 129

4.5.4. Efeitos somticos ............................................................................................ 130

4.5.5. Efeitos genticos ou hereditrios .................................................................... 130

4.5.6. Efeitos imediatos e tardios .............................................................................. 131

4.6. REVERSIBILIDADE, TRANSMISSIVIDADE E FATORES DE

INFLUNCIA ............................................................................................... 131

4.6.1. Reversibilidade ............................................................................................... 131

4.6.2. Transmissividade ............................................................................................ 132

4.6.3. Fatores de influncia ....................................................................................... 132

4.6.3.1. Idade ............................................................................................................. 132

4.6.3.2. Sexo .............................................................................................................. 133

4.6.3.3. Estado fsico ................................................................................................. 133

4.7. EFEITOS BIOLGICOS PR-NATAIS ................................................... 134

4.8. EFEITOS BIOLGICOS NA TERAPIA .................................................. 136

4.8.1. Radioterapia .................................................................................................... 136

4.8.2. Aplicaes oftalmolgicas e dermatolgicas .................................................. 136

4.8.3. Aplicao de radiofrmacos............................................................................ 136

4.9. SNDROME DE IRRADIAO AGUDA ................................................. 137

4.9.1. Exposies acidentais com altas doses ........................................................... 137

4.9.2. Exposio externa localizada .......................................................................... 138

4.9.3. Exposio de corpo inteiro de um adulto........................................................ 139

4.9.4. Sindrome de irradiao aguda......................................................................... 140

4.9.5. Dose letal para componentes da fauna e flora ................................................ 143


x

CAPTULO 5

GRANDEZAS RADIOLGICAS E UNIDADES ................................................. 145

5.1. EVOLUO CONCEITUAL DAS GRANDEZAS .................................. 145

5.1.1. A quantificao da radiao ionizante ............................................................ 145

5.1.1.1. Campo de radiao ....................................................................................... 145

5.1.1.2. Grandezas dosimtricas ................................................................................ 145

5.1.1.3. Grandezas limitantes .................................................................................... 145

5.1.1.4. Grandezas operacionais ................................................................................ 146

5.1.1.5. Fatores de converso e condies de medio ............................................. 146

5.1.1.6. ICRP e ICRU ................................................................................................ 146

5.1.2. A notao diferencial ...................................................................................... 147

5.2. PROCEDIMENTO DE DEFINIO DAS GRANDEZAS

RADIOLGICAS ......................................................................................... 147

5.2.1. Exigncia bsicas para a definio de uma grandeza ..................................... 147

5.2.2. Concepes estabelecidas pelas ICRP 26 e ICRP 60 ..................................... 148

5.3. GRANDEZAS RADIOLGICAS .............................................................. 149

5.3.1. Atividade, A .................................................................................................... 149

5.3.2. Fluncia, ...................................................................................................... 150 5.3.3. Exposio, X ................................................................................................... 150

5.3.4. Dose absorvida (Absorbed dose), D ............................................................... 151

5.3.5. Dose equivalente (Dose Equivalent), H, (ICRP 26). ...................................... 151

5.3.6. Dose equivalente num tecido ou rgo (Dose equivalent in a tissue or

organ) Dose HT (ICRP 26) e CNEN-NE-3.01 (1988). ................................... 153

5.3.7. Dose equivalente efetiva (Effective dose equivalent), HE (ICRP 26). ............ 153

5.3.8. Kerma, K ......................................................................................................... 154

5.3.9. Dose absorvida comprometida (Committed absorbed dose), D() ................. 154 5.3.10. Dose equivalente comprometida num tecido (Committed equivalent dose

in a tissue), HT() (ICRP 26) .......................................................................... 154

5.3.11. Dose efetiva comprometida (Committed effective dose), HE) (ICRP 26). ... 155 5.3.12. Dose equivalente coletiva num tecido (Collective equivalent dose in a

tissue), ST ........................................................................................................ 155

5.3.13. Dose efetiva coletiva (Collective effective dose), S ........................................ 155

5.4. RELAES ENTRE AS GRANDEZAS ................................................... 155

5.4.1. Relao entre kerma (K) e dose absorvida (D) .............................................. 155

5.4.2. Relao entre kerma de coliso (KC) e a fluncia () .................................... 156 5.4.3. Relao entre exposio (X) e dose absorvida no ar (Dar) ............................. 156

5.4.4. Relao entre dose absorvida no ar (Dar) e em outro material (Dm) ............. 156

5.4.5. Relao entre taxa de exposio () e atividade da fonte (A) ........................ 157

5.4.6. Relao entre dose efetiva (E) e atividade de uma fonte (A) puntiforme ...... 164

5.4.7. Relao entre dose efetiva (E) e atividade (A) por unidade de rea ............... 166

5.4.8. Relao entre dose absorvida na pele (DT) e atividade (A) por unidade de

rea de emissor beta ........................................................................................ 167

5.4.9. Relao entre dose efetiva (E) e atividade (A) de radionucldeo

incorporada ..................................................................................................... 170

5.5. GRANDEZAS OPERACIONAIS ............................................................... 173

5.5.1. Esfera ICRU .................................................................................................... 173

xi

5.5.2. Campo expandido ........................................................................................... 174

5.5.3. Campo expandido e alinhado .......................................................................... 174

5.5.4. Grandezas operacionais para monitorao de rea ......................................... 174

5.5.4.1. Equivalente de dose ambiente (Ambient dose equivalent) H*(d) ................. 174

5.5.4.2. Equivalente de dose direcional (Directional dose equivalent), H(d,) ...... 174 5.5.5. Grandeza operacional para monitorao individual ....................................... 175

5.5.5.1. Equivalente de dose pessoal (Individual dose equivalent), Hp(d) ............... 175

5.5.5.2. Equivalente de dose para ftons (Photon dose equivalent), HX ................... 175

5.5.6. Relaes entre as grandezas limitantes e operacionais ................................... 176

5.6. GRANDEZAS DEFINIDAS NA ICRP 60, EM SUBSTITUIO S

DA ICRP 26, E INCLUDAS NA NORMA CNEN-NN-3.01 (2011). ....... 177

5.6.1. Dose equivalente (Equivalent dose), HT ......................................................... 177

5.6.2. Dose efetiva (Effective dose), E ...................................................................... 177

5.6.3. Outras grandezas que mudaram de denominao ........................................... 178

5.7. COEFICIENTE DE RISCO, F .................................................................... 178


CAPTULO 6

DETECTORES DE RADIAO ........................................................................... 181

6.1. PRINCPIOS DE OPERAO DOS DETECTORES DE

RADIAO .................................................................................................. 181

6.1.1. Detectores de radiao .................................................................................... 181

6.1.2. Propriedades de um detector ........................................................................... 181

6.1.3. Eficincia de um detector ............................................................................... 182

6.1.3.1. Eficincia intrnseca do detector .................................................................. 182

6.1.3.2. Eficincia absoluta de um detector ............................................................... 182

6.1.4. Fatores que definem a escolha de detectores .................................................. 183

6.1.4.1. Tipo da radiao ........................................................................................... 183

6.1.4.2. Intervalo de tempo de interesse .................................................................... 183

6.1.4.3. Preciso, exatido, resoluo........................................................................ 183

6.1.4.4. Condies de trabalho do detector ............................................................... 183

6.1.4.5. Tipo de informao desejada ........................................................................ 184

6.1.4.6. Caractersticas operacionais e custo ............................................................. 184

6.1.5. Especificaes para monitores, dosmetros e sistemas de calibrao ............. 184

6.1.5.1. Monitor de radiao...................................................................................... 184

6.1.5.2. Dosmetro ..................................................................................................... 185

6.1.5.3. Sistema de calibrao ................................................................................... 185

6.1.5.4. Detector para medio de uma grandeza por definio ............................... 186

6.2. DETECO UTILIZANDO EMULSES FOTOGRFICAS .............. 186

6.2.1. Emulses fotogrficas ..................................................................................... 186

6.2.2. Mecanismo de interao da radiao com as emulses fotogrficas .............. 187

6.2.3. Interao de ftons e nutrons com a emulso fotogrfica ............................. 187

6.2.4. Aplicaes da dosimetria com emulses fotogrficas .................................... 187

xii

6.2.4.1. Monitorao pessoal de radiao X e gama ................................................. 187

6.2.4.2. Uso em raio X diagnstico ........................................................................... 188

6.2.4.3. Gamagrafia ................................................................................................... 189

6.3. DETECTORES TERMOLUMINESCENTES .......................................... 189

6.3.1. O mecanismo da termoluminescncia ............................................................ 189

6.3.2. Utilizao na deteco e dosimetria de radiao ............................................ 190

6.3.3. Principais materiais termoluminescentes ........................................................ 190

6.3.4. Leitor de TLD ................................................................................................. 190

6.4. DETECTORES GS ................................................................................ 191

6.4.1. Uso de gases como detectores ........................................................................ 191

6.4.2. Energia mdia para formao de um par de ons (W) em um gs .................. 191

6.4.3. Formao de pulso de tenso ou de corrente em detectores gs .................. 192

6.4.4. Regies de operao para detectores gs ..................................................... 192

6.4.4.1. Regio inicial no-proporcional ................................................................... 193

6.4.4.2. Regio de saturao de ons ......................................................................... 193

6.4.4.3. Regio proporcional ..................................................................................... 193

6.4.4.4. Regio de proporcionalidade limitada .......................................................... 194

6.4.4.5. Regio Geiger-Mller................................................................................... 194

6.4.4.6. Regio de descarga contnua ........................................................................ 194

6.4.5. Cmaras de ionizao ..................................................................................... 194

6.4.6. Detectores proporcionais ................................................................................ 198

6.4.7. Detectores Geiger-Mller ............................................................................... 199

6.5. DETECTORES CINTILAO .............................................................. 200

6.5.1. Caractersticas importantes de materiais cintiladores ..................................... 201

6.5.2. Eficincia de cintilao ................................................................................... 201

6.5.3. Emisso de luz em materiais cintiladores inorgnicos ................................... 201

6.5.4. A vlvula fotomultiplicadora .......................................................................... 202

6.5.5. Materiais cintiladores ...................................................................................... 204

6.5.5.1. O iodeto de sdio .......................................................................................... 204

6.5.5.2. O iodeto de csio .......................................................................................... 204

6.5.5.3. O germanato de bismuto............................................................................... 205

6.5.5.4. Sulfeto de zinco ativado ............................................................................... 205

6.5.6. Emisso de luz em materiais cintiladores orgnicos ...................................... 205

6.5.7. Materiais cintiladores orgnicos ..................................................................... 206

6.5.8. Cintiladores plsticos ...................................................................................... 206

6.6. DETECTORES CINTILAO LQUIDA ............................................ 207

6.6.1. A soluo cintiladora ...................................................................................... 207

6.6.1.1. Solues cintiladoras comerciais.................................................................. 208

6.6.2. Processo de converso de energia em luz ....................................................... 208

6.6.2.1. A migrao de energia no solvente .............................................................. 209

6.6.2.2. A migrao de energia do solvente para o soluto ......................................... 209

6.6.2.3. A transferncia de energia do solvente para o soluto primrio .................... 210

6.6.2.4. A transferncia de energia para o soluto secundrio .................................... 210

6.6.3. Processo quantitativo de deteco com cintilao lquida .............................. 210

6.6.4. Agente extintor ............................................................................................... 213

6.6.5. Equipamento de cintilao lquida .................................................................. 213

xiii

6.7. DETECTORES UTILIZANDO MATERIAIS SEMICONDUTORES ... 216

6.7.1. Formao de pulsos em materiais semicondutores ......................................... 216

6.7.1.1. Materiais isolantes, condutores e semi-condutores ...................................... 216

6.7.1.2. Pares eltrons-buracos .................................................................................. 216

6.7.1.3. Criao de doadores e receptores em um material ....................................... 217

6.7.1.4. Interao da radiao com o material semicondutor .................................... 217

6.7.1.5. Juno p-n..................................................................................................... 218

6.7.1.6. Regio de depleo ....................................................................................... 218

6.7.1.7. Polarizao reversa ....................................................................................... 218

6.7.2. Detectores de diodos de silcio ....................................................................... 218

6.7.3. Detectores de germnio .................................................................................. 219

6.7.3.1. Blindagem do detector.................................................................................. 219

6.7.3.2. Blindagem do Dewar .................................................................................... 220

6.7.4. Detector de barreira de superfcie ................................................................... 220

6.7.5. Detectores de silcio-ltio ................................................................................ 220

6.7.6. Detectores de telureto de cdmio .................................................................... 222

6.7.7. Detectores de telureto de zinco e cdmio - CZT ............................................ 222

6.8. CALIBRAO DE DETECTORES: RASTREABILIDADE ................. 223

6.9. TEORIA DE BRAGG-GRAY ..................................................................... 223

6.10. CADEIAS DE MEDIO - PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS

AUXILIARES ............................................................................................... 224

6.10.1. Processamento de sinais em uma cadeia de medio ..................................... 224

6.10.2. Padres de instrumentao ............................................................................. 224

6.10.3. Pulso linear e pulso lgico .............................................................................. 224

6.10.4. Fonte de tenso (detector bias voltage supplier). ........................................... 225

6.10.5. Pr-amplificador (preamplifier) ...................................................................... 225

6.10.6. Amplificador linear (linear amplifier). ........................................................... 226

6.10.7. Discriminador integral (integral discriminator). ............................................ 226

6.10.8. Discriminador diferencial ou analisador monocanal (single-channel

analyzer) - SCA .............................................................................................. 226

6.10.9. Gerador de retardo (delay generator). ............................................................ 226

6.10.10. Gatilho (gate) ............................................................................................... 227

6.10.11. Coincidncia (coincidence unit). .................................................................. 227

6.10 12. Conversor tempo-amplitude (Time to amplitude converter) - TAC ............. 227

6.10.13. Temporizador (timer) ................................................................................... 228

6.10.14. Contador (scalers ou counters). ................................................................... 228

6.10.15. Analisador multicanal (multichannel analyzer) - MCA ............................... 228

6.10.16. Diagrama de blocos ...................................................................................... 229

6.10.17. Sistema de calibrao absoluta (Triple to Double Coincidence Ratio) -

TDCR ........................................................................................................... 230

6.10.18. Hierarquia dos sistema metrolgicos ........................................................... 230

6.11. INCERTEZAS ASSOCIADAS S MEDIES ....................................... 231


xiv

CAPTULO 7

NOES DE PROTEO RADIOLGICA ...................................................... 234

7.1. SEGURANA E PROTEO RADIOLGICA ...................................... 234

7.1.1. Conceito de Proteo Radiolgica .................................................................. 234

7.1.1.1. Proteo Radiolgica do Ecossistema .......................................................... 234

7.1.1.2. Avaliao de Impacto Ambiental ................................................................. 235

7.1.1.3. NORM e TENORM ..................................................................................... 235

7.1.2. Conceito de Segurana Radiolgica ............................................................... 236

7.1.3. Segurana domstica e externa ....................................................................... 236

7.2. PRINCPIOS DE PROTEO RADIOLGICA .................................... 237

7.2.1. Justificao ..................................................................................................... 237

7.2.2. Otimizao ...................................................................................................... 237

7.2.3. Limitao da dose individual .......................................................................... 238

7.2.4. Limites primrios ............................................................................................ 239

7.2.4.1. Limites secundrios, derivados e autorizados .............................................. 240

7.2.4.2. Nveis de referncia ...................................................................................... 241

7.2.4.3. Classificao da reas de trabalho ................................................................ 242

7.2.4.4. Exposio crnica do pblico....................................................................... 243

7.2.4.5. Bandas de dose efetiva ................................................................................. 243

7.3. SITUAES DE EMERGNCIA .............................................................. 244

7.3.1. Sistema de triagem de pblico ........................................................................ 245

7.4. CUIDADOS DE PROTEO RADIOLGICA ...................................... 246

7.4.1. Tempo ............................................................................................................. 246

7.4 2. Distncia ......................................................................................................... 247

7.4.3. Blindagem ....................................................................................................... 247

7.4.4. Blindagem de uma instalao ......................................................................... 247

7.4.5. Blindagem para diferentes tipos de radiao .................................................. 248

7.4.5.1. Blindagem para nutrons .............................................................................. 248

7.4.5.2. Blindagem para partculas carregadas .......................................................... 248

7.4.5.3. Blindagem para raios X e gama ................................................................... 249

7.4.5.4. Camada semi-redutora .................................................................................. 250

7.4.5.5. Fator de reduo ou atenuao ..................................................................... 254

7.4.5.6. Fator de crescimento (build up).................................................................... 254

7.5. O PLANO DE PROTEO RADIOLGICA ......................................... 255

7.5.1. Responsabilidades do titular (direo) da instalao ...................................... 256

7.5.2. Responsabilidades do supervisor de proteo radiolgica - SPR ................... 256

7.5.3. Responsabilidades dos IOE da instalao ....................................................... 257

7.6. ATIVIDADES DO SERVIO DE PROTEO RADIOLGICA ........ 257

7.7. REGRAS PRTICAS DE PROTEO RADIOLGICA ..................... 257

7.7.1. Equipamentos e instalaes ............................................................................ 257

7.7.2. Planejamento da atividade .............................................................................. 258

xv

7.7.3. Procedimentos operacionais ........................................................................... 258

7.7 4. Gerncia de rejeitos ........................................................................................ 258

7.7.5. Segurana e acidentes ..................................................................................... 259

7.8. O SMBOLO DA RADIAO ................................................................... 259


CAPTULO 8

GERNCIA DE REJEITOS RADIOATIVOS ...................................................... 262

8.1. REJEITOS RADIOATIVOS E DEPSITOS DE REJEITOS ................ 262

8.2. CLASSIFICAO DOS REJEITOS RADIOATIVOS ............................ 263

8.3. REQUISITOS BSICOS DA GERNCIA DE REJEITOS

RADIOATIVOS ............................................................................................ 263

8.4. DISPENSA DE REJEITOS .............................................................................. 265

8.4.1. Rejeitos lquidos ............................................................................................. 265

8.4.2. Rejeitos slidos ............................................................................................... 265

8.4.3. Rejeitos gasosos .............................................................................................. 266

8.4.4. Dispensa de efluentes em instalaes nucleares e minero-industriais ............ 266

8.5. CONDIES PARA UM DEPSITO DE REJEITOS ........................... 266

8.6. REGISTROS E INVENTRIOS ................................................................ 267

8.7. TRANSFERNCIA DE REJEITOS RADIOATIVOS DE UMA

INSTALAO PARA OUTRA .................................................................. 267

8.8. PLANO DE GERENCIAMENTO DE REJEITOS RADIOATIVOS ..... 267


CAPTULO 9

TRANSPORTE DE MATERIAL RADIOATIVO ................................................ 271

9.1. INTRODUO ............................................................................................. 271

9.2. NORMA CNEN-NE-5.01: TRANSPORTE DE MATERIAL

RADIOATIVO .............................................................................................. 271

9.3. ESPECIFICAES DOS MATERIAIS RADIOATIVOS PARA

TRANSPORTE ............................................................................................. 272

xvi

9.3.1. Materiais radioativos em forma especial ........................................................ 273

9.3.2. Material radioativo em outras formas ............................................................. 273

9.3.3. Embalados para transporte de material radioativo .......................................... 273

9.3.4. Limite da atividade para transporte de material radioativo ............................ 273

9.3.4.1. Limite para embalados exceptivos ............................................................... 274

9.3.4.2. Limite para embalados do Tipo A ................................................................ 274

9.3.4.3. Limite para embalados do Tipo B ................................................................ 274

9.4. PARA EMBALADOS .................................................................................. 276

9.4.1. Embalados do Tipo A ..................................................................................... 276

9.4.2. Embalados do Tipo B ..................................................................................... 276

9.5. REQUISITOS DE CONTROLE DURANTE O TRANSPORTE ............ 277

9.5.1. ndice de transporte ......................................................................................... 277

9.5.2. Categorias de embalados ................................................................................ 278

9.5.3. Rtulos, marcas e placas ................................................................................. 279

9.5.4. Requisitos especficos para transporte terrestre .............................................. 280

9.5.5. Documentao para transporte de material radioativo ................................... 281

9.5.6. Emergncia no transporte de material radioativo ........................................... 282

9.6. RESPONSABILIDADES DURANTE O TRANSPORTE ........................ 282


ANEXO A

NORMAS DA CNEN ............................................................................................... 285

A.1. GRUPO 1: INSTALAES NUCLEARES ............................................. 285

A.2. GRUPO 2: CONTROLE DE MATERIAIS NUCLEARES,

PROTEO FSICA E CONTRA INCNDIO ........................................ 286

A.3. GRUPO 3: PROTEO RADIOLGICA .............................................. 286

A.4. GRUPO 4: MATERIAIS, MINRIOS E MINERAIS NUCLEARES ... 287

A.5. GRUPO 5: TRANSPORTE DE MATERIAIS RADIOATIVOS ............. 288

A.6. GRUPO 6: INSTALAES RADIATIVAS ............................................. 288

A.7. GRUPO 7: CERTIFICAO E REGISTRO DE PESSOAS .................. 288

A.8. GRUPO 8: REJEITOS RADIOATIVOS ................................................... 289

A.9. GRUPO 9: DESCOMISSIONAMENTO ................................................... 289

ANEXO B

RADIAES IONIZANTES E LEGISLAO PARA TRABALHADORES . 290

xvii

B.1. INTRODUO ............................................................................................. 290

B.1.1. Aspectos histricos ......................................................................................... 290

B.1.2. Atividades com radiaes ionizantes na CLT ................................................ 291

B.1.2.1. Normas regulamentadoras as radiaes ionizantes ....................................... 292

B.1.2.2. Aposentadoria especial para IOE na CLT .................................................... 292

B.1.2.3. Acidente de trabalho e doena profissional na CLT .................................... 293

B.1.3. Atividades com radiaes ionizantes no Regime Jurdico nico ................... 293

B.2. NORMAS E DISPOSIES PARA AS RADIAES IONIZANTES .. 294

B.2.1. Consideraes em torno da Lei 8.270 ............................................................. 294

B.2.2. Compensaes cumulativas na forma de gratificao e adicional .................. 295

B.2.2.1. Orientao SEGEP/MPOG N 6 e Laudo Tcnico....................................... 296

B.2.2.1.1. Necessidade de Laudo Tcnico .................................................................. 296

B.3. RISCO POTENCIAL E O ADICIONAL DE IRRADIAO

IONIZANTE ................................................................................................. 297

B.3.1. A concepo do Decreto 877/93 ..................................................................... 297

B.3.2. Modelos propostos .......................................................................................... 297

B.3.2.1. Risco operacional e risco em situao de emergncia ................................. 298

B.4. CRITRIOS E DISCUSSES .................................................................... 299

B.4.1. Adicional de irradiao ionizante ................................................................... 299

B.4.1.1. Complicaes administrativas para enquadramento .................................... 300

B.4.2. Gratificao por trabalho com raios X ou substncias radioativas ................. 301

B.4.2.1. Gratificao para IOE ................................................................................... 301

B.4.3. Frias especficas ............................................................................................ 302

B.4.4. Aposentadoria especial para IOE no servio pblico ..................................... 303

B.4.4.1. Nova contagem ............................................................................................. 304

B.4.4.2. Requerimento ............................................................................................... 304

B.4.4.3. Acidente de trabalho no RJU........................................................................ 304

B.5. CONCLUSES ............................................................................................. 304

B.6. GLOSSRIO DE TERMOS BSICOS UTILIZADOS EM

PROTEO RADIOLGICA ................................................................... 307


ANEXO C

DETERMINAO DE BLINDAGENS EM RADIOTERAPIA ......................... 312

C.1. CLASSIFICAO DE REAS .................................................................. 312

C.2. MONITORAO DE REAS ................................................................... 312

C.3. CLCULO DE BLINDAGEM EM INSTALAES DE

RADIOTERAPIA ......................................................................................... 313

xviii

C.3.1. Estabelecendo a dose para a rea ocupada (dose semanal) para a rea

ocupada ........................................................................................................... 314

C.3.2. Clculo das doses de radiao na rea ocupada, sem a blindagem................. 315

C.3.3. Atenuao do feixe de radiao pela blindagem ............................................ 316

C.3.4. Transmisso da radiao primria .................................................................. 318

C.3.4.1. Fator de transmisso da barreira primria .................................................... 318

C.3.4.2. Largura da barreira primria......................................................................... 319

C.3.5. Transmisso da radiao espalhada - Barreiras secundrias .......................... 320

C.3.6. Transmisso da radiao pela porta da sala - labirinto ................................... 329

C.3.6.1. Aceleradores com energia menor ou igual a 10 MeV .................................. 329

C.3.6.2. Consideraes para produo de nutrons em aceleradores de partculas

de alta energia ............................................................................................... 333

C.3.6.3. Aceleradores com energia maior ou igual a 10 MeV ................................... 334

C.3.7. Otimizao das barreiras ................................................................................. 339

C.4. EXERCCIOS ............................................................................................... 341


xix

RELAO DE FIGURAS

Figura 1.1 - Representao de modelos atmicos: a) geomtrica, onde os orbitais

so trajetrias geomtricas percorridas por eltrons; b) quntica,

onde os orbitais so representados por nuvens envolvendo o ncleo,

onde para cada posio geomtrica existe uma probabilidade

associada de encontrar o eltron ................................................................ 4

Figura 1.2 - Energia necessria para ionizao dos tomos em funo de Z ................ 4

Figura 1.3 - Ocupao dos nveis de energia de um ncleo representado por um

poo de potencial atrativo (energia negativa). .......................................... 5

Figura 1.4 - Energia de ligao nuclear por partcula. Os valores mais

proeminentes correspondem aos ncleos com camadas nucleares

completas de prtons ou de nutrons (nmeros mgicos). ........................ 6

Figura 1.5 - Tabela de Nucldeos. ................................................................................. 6

Figura 1.6 - Representao de um segmento transversal da regio da superfcie

(Z,N) de distribuio dos nucldeos, onde no eixo vertical esto

representados os valores da energia de ligao dos nucldeos .................. 7

Figura 1.7 - Segmento da Tabela de Nucldeos mostrando istopos, isbaros e

istonos. ..................................................................................................... 8

Figura 1.8 - Tabela Peridica dos elementos qumicos. ............................................... 9

Figura 1.9 - Diagrama de Linus Pauling para distribuio dos eltrons segundo os

nveis de energia ...................................................................................... 12

Figura 1.10 - Representao de uma transio eletrnica, resultando na emisso de

um fton de luz ou raio X caracterstico. ................................................ 13

Figura 1.11 - Raios X caractersticos originados nas transies entre nveis

eletrnicos. .............................................................................................. 13

Figura 1.12 - Curva representativa do decaimento de um radiostopo em funo

do tempo e seus principais parmetros. ................................................... 17

Figura 1.13 - Emisso ................................................................................................ 19 Figura 1.14 - Espectro de distribuio em energia de um processo de emisso . ....... 21 Figura 1.15 - Esquema de decaimento para caminhos alternativos de decaimento . .. 22 Figura 1.16 - Representao do processo de captura eletrnica e da emisso de raio

X caracterstico. ....................................................................................... 23

Figura 1.17 - Representao da emisso de uma partcula por um ncleo. ............... 24 Figura 1.18 - Espectro das radiaes alfa com energias entre 5,389 MeV e 5,545

MeV, emitidas pelo 241Am, e obtido com detector de barreira de

superfcie ................................................................................................. 25

Figura 1.19 - Representao da emisso da radiao gama pelo ncleo. ..................... 26

Figura 1.20 - Espectro das radiaes gama do 60Co obtido com o detector de

germnio puro. ........................................................................................ 28

Figura 1.21 - Esquema de decaimento do radionucldeo X, indicando os valores

das probabilidades de emisso das radiaes beta e gama. ..................... 31

Figura 1.22 - Esquema de decaimento do 60Co. ............................................................ 32

Figura 1.23 - Representao do processo de converso interna ................................... 33

Figura 1.24 - Espectro de raios X de freamento com raios X caractersticos para

voltagem de pico de 60, 90 e 120 kV. ..................................................... 36

Figura 2.1 - Concentrao mdia dos elementos qumicos componentes da crosta

terrestre .................................................................................................... 40

Figura 2.2 - Srie radioativa do 232Th. ........................................................................ 43

Figura 2.3 - Srie radioativa parcial do 238U. .............................................................. 43

xx

Figura 2.4 - Exposio do homem radiao ionizante. ............................................ 44

Figura 2.5 - Variao da concentrao do radnio e tornio com a altura em

relao ao solo. ........................................................................................ 45

Figura 2.6 - Variao da concentrao de radnio e tornio durante o dia ................ 45

Figura 2.7 - Variao da concentrao de radnio e tornio durante o ano. .............. 46

Figura 2.8 - Concentrao de 222Rn no Rio de Janeiro, no vero de 1997. ................. 46

Figura 2.9 - Concentrao de 222Rn no Rio de Janeiro, no inverno de 1997. ............. 47

Figura 2.10 - Esquema de uma mquina geradora de raios X. ..................................... 48

Figura 2.11a - Esquema de um acelerador linear de eltrons. ...................................... 49

Figura 2.11b - Acelerador de eltrons usado em terapia de cncer em hospitais. ........ 50

Figura 2.12 - Esquema de um acelerador eletrosttico do tipo Van de Graaff: (1)

Fonte de tenso contnua; (2) Fita de isolamento; (3) Terminal de

alta voltagem; (4) Tanque pressurizado com gs isolante; (5) Fonte

de ons; (6) Tubo de acelerao e anis de equalizao do campo; (7)

Feixe de ons acelerados; (8) Bomba de vcuo; (9) Magneto para

reflexo e anlise do feixe; (10) Sistema de disperso do feixe

conforme a energia; (11) Amplificador de sinal; (12) Pontos de

efeito corona ............................................................................................ 51

Figura 2.13 - Esquema de um cclotron e equipamento instalado no Instituto de

Pesquisas Energticas e Nucleares - IPEN - utilizado para a produo

de radioistopos. ...................................................................................... 52

Figura 2.14 - Esquema do Grande Colisor de Hadrons (Large Hadron Collider) -

LHC - e vista interna com um segmento do tubo de acelerao de 3

m de dimetro. Quatro grandes experimentos so realizados nos

pontos: ALICE, ATLAS, CMS e LHCb ................................................. 53

Figura 2.15 - Coliso dos feixes de prtons para a possvel produo do Boson de

Higgs ....................................................................................................... 54

Figura 2.16 - Esquema de uma fonte de nutrons de Pu-Be de um medidor de

nvel. ........................................................................................................ 54

Figura 2.17 - Corte de um cabeote de uma bomba de 60Co - modelo Theratron 780

usado em radioterapia. ............................................................................. 55

Figura 2.18 - Foto de um irradiador de 192Ir e esquema de guarda da fonte no

irradiador e respectiva blindagem ........................................................... 56

Figura 2.19 - Esquema de um irradiador industrial ...................................................... 57

Figura 2.20 - 543 testes nucleares atmosfricos e 1876 testes subterrneos

realizados nos perodos de 1945 a 1980 e 1955 a 1998

respectivamente, por diversos pases (UNSCEAR 2000). ...................... 58

Figura 2.21 - Concentraes de 137Cs e 90Sr na dieta alimentar dos habitantes dos

hemisfrios Norte e Sul. .......................................................................... 59

Figura 2.22 - Dose efetiva anual per capita para os indivduos da populao

mundial no perodo de 1945 a 2005. ....................................................... 59

Figura 2.23 - Esquema de um reator de potncia do tipo PWR .................................... 61

Figura 2.24 - Reator nuclear do tipo de Angra 2. ......................................................... 61

Figura 2.25 - Esquema do ciclo do combustvel. .......................................................... 64

Figura 2.26 - Elemento combustvel ............................................................................. 67

Figura 2.27 -Tipos de instalaes radiativas no Brasil ................................................. 72

Figura 3.1 - Modos de interao da radiao com a matria ...................................... 78

Figura 3.2 - Representao do efeito fotoeltrico ....................................................... 79

Figura 3.3 - Valores de seco de choque para efeito fotoeltrico para o chumbo,

em funo da energia da radiao. .......................................................... 81

xxi

Figura 3.4 - Representao do efeito Compton ........................................................... 82

Figura 3.5 - Valores de seo de choque para espalhamento Compton (e) em funo da energia do fton; ea a seo de choque de absoro e es de espalhamento da radiao no Efeito Compton. .................................. 83

Figura 3.6 - Representao do efeito de produo de pares. ....................................... 84

Figura 3.7 - Importncia relativa dos diversos processos de interao dos ftons

com a matria em funo da energia do fton e do nmero atmico

do material. .............................................................................................. 85

Figura 3.8 - Probabilidade relativa de diferentes efeitos para ftons de diferentes

energias no carbono e no chumbo. .......................................................... 85

Figura 3.9 - Atenuao de um feixe de ftons por um material de espessura X. ........ 86

Figura 3.10 - Contribuio relativa dos diversos efeitos produzidos pela interao

da radiao num material para o coeficiente de atenuao linear total. .. 87

Figura 3.11 - Representao da fisso em cadeia autossustentvel induzida pela

absoro de nutrons, num reator nuclear. .............................................. 93

Figura 3.12 - Variao do stopping power com a energia de partculas incidentes

no silcio e germnio. .............................................................................. 95

Figura 3.13 - Definio do alcance Re e Rm para partculas alfa e eltrons .................. 97

Figura 3.14 - Espalhamento de eltrons em um material. ............................................. 97

Figura 3.15 - Alcance de eltrons monoenergticos. .................................................... 98

Figura 3.16 - Relao alcance x energia para eltrons absorvidos no silcio e no

germnio. ................................................................................................. 98

Figura 3.17 - Alcance de eltrons no silcio ( = 2,33 g.cm-3) e no iodeto de sdio ( = 3,67 g.cm-3), materiais muito usados em detectores. ....................... 99

Figura 3.18 - Atenuao de partculas beta no alumnio, cobre e prata. ..................... 100

Figura 3.19 - Alcance de partculas beta em vrios materiais (com densidade, , em g.cm-3): (1) Ferro = 7,8; (2) Pirex = 2,60; (3) PVC = 1,38; (4)

Plexiglass = 1,18; (5) Ar = 0,0013. ...................................................... .101

Figura 3.20 - Perda de energia de eltrons na matria ................................................ 101

Figura 3.21 - Taxa de perda de energia de partculas alfa na interao com um

meio material. ........................................................................................ 103

Figura 3.22 - Alcance de partculas alfa em vrios materiais (com densidade, , em g.cm-3): (1) Ar = 0,0013; (2) Tecido = 1,0; (3) Alumnio = 2,70; (4)

Cobre = 8,96. ......................................................................................... 103

Figura 3.23 - Processos integrados de interao. ........................................................ 106

Figura 4.1 - Diagramas tpicos de clulas animal e vegetal. ..................................... 108

Figura 4.2 - Representao das fases do ciclo celular e detalhamento da fase

Mittica ................................................................................................. 109

Figura 4.3 - Fases da mitose celular .......................................................................... 111

Figura 4.4 - Modelo de extrapolao linear (curva a) para a correlao entre dose-

efeito biolgico, onde no so contabilizados possveis efeitos de

aumento da probabilidade de ocorrncia na regio de doses baixas

(curva b) ou da existncia de limiares ou de fatores de reduo da

incidncia dos efeitos at ento desconhecidos (curva c). .................... 112

Figura 4.5 - Transformao de clulas expostas radiao do 60Co e nutrons do

espectro de fisso, com exposies nicas e fracionadas. ..................... 113

Figura 4.6 - Quadro representativo dos diversos processos envolvidos na

interao da radiao ionizante com as clulas do tecido humano e o

tempo estimado para sua ocorrncia. .................................................... 115

Figura 4.7 - Alguns tipos de alteraes no cromossoma que podem ser induzidos

xxii

por radiao ionizante. .......................................................................... 115

Figura 4.8 - Tipos de aberraes cromossomiais que podem ser induzidos pela

radiao ionizante. ................................................................................. 116

Figura 4.9 - Curvas de sobrevivncia para clulas de mamferos. ............................ 117

Figura 4.10 - Fases do efeito biolgico produzido pela radiao ionizante. ............... 122

Figura 4.11 - Visualizao do processo de transferncia de energia (dE) por uma

partcula carregada (eltron) em funo da distncia percorrida (dx)

num meio material. ................................................................................ 125

Figura 4.12 - Formas de curvas dose-resposta, para radiaes de baixo e alto LET,

para induo de efeitos estocsticos. ..................................................... 127

Figura 4.13 - Curva de resposta: probabilidade de induo de cncer versus dose

absorvida, do tipo Linear - quadrtica, p = D + D2 .......................... 128 Figura 4.14 - Tempo de latncia para aparecimento de cncer aps irradiao. ........ 129

Figura 4.15 - Relaes tpicas entre dose e gravidade do dano (severidade), para

efeitos determinsticos numa populao. .............................................. 130

Figura 4.16 - Variao da incidncia do cncer de pulmo em trabalhadores de

minas de urnio, fumantes e no fumantes. .......................................... 133

Figura 4.17 - Incorporao preferencial de radioistopos nos tecidos e rgos do

corpo humano, em funo do tipo de composto qumico utilizado,

para produo de imagens em gama-cmaras para diagnstico em

Medicina Nuclear. ................................................................................. 137

Figura 4.18 - Frequncia de cromossomos dicntricos para clulas submetidas

radiao gama do 60Co e a nutrons de vrias energias. ....................... 138

Figura 4.19 - Evoluo mdia de pessoas irradiadas em relao ao tempo e em

funo da dose ....................................................................................... 141

Figura 4.20 - Induo de cncer na tireide na Bielorrssia devido ao acidente

nuclear de Chernobyl, em 1986. ............................................................ 142

Figura 4.21 - Faixas aproximadas de dose aguda letal para vrios grupos

taxonmicos (UNSCEAR, 2008). ......................................................... 143

Figura 5.1 - Representao esquemtica do procedimento de definio das

grandezas e as relaes entre elas estabelecidas no ICRP 26 e

CNEN-NE-3.01 e ICRP 60 e Norma CNEN NN-3.01 de 2011 ............ 149

Figura 5.2 - Valores do fator de converso dose no ar para dose na gua e no

tecido muscular em funo da energia do fton. ................................... 157

Figura 5.3 - Geometria de irradiao da esfera ICRU e o ponto P na esfera, no

qual H*(d) determinado num campo de radiao expandido e

alinhado. ................................................................................................ 174

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

qual o equivalente de dose direcional obtido no campo de radiao

expandido, com a direo de interesse. ............................................. 175 Figura 6.1 - Disposio dos filtros metlicos e do filme no monitor individual

utilizado pelo IRD ................................................................................. 188

Figura 6.2 - Emisso de luz na termoluminescncia ................................................. 190

Figura 6.3 - Esquema e fotografia de uma leitora TLD ............................................ 191

Figura 6.4 - Regies de operao para detectores gs ............................................ 193

Figura 6.5 - Esquema da cmara de ionizao tipo free-air ...................................... 195

Figura 6.6 - Caneta dosimtrica ................................................................................ 195

Figura 6.7 - Cmara de ionizao, porttil, tipo babyline, com faixa de medio

de 0,1 mR.h-1 a 50 R.h-1 (1 Sv.h-1 a 500 mSv.h-1), para deteco de radiaes X, gama e beta, em instalaes nucleares, clnicas de

xxiii

medicina nuclear, radiodiagnstico e radioterapia. ............................... 196

Figura 6.8 - Cmara de ionizao pressurizada, porttil, para medio de nveis

baixos de radiao X e gama, provenientes da radiao de fundo,

fugas de aparelhos usados em radiodiagnstico e radioterapia e

radiao espalhada ................................................................................. 196

Figura 6.9 - (a)Vista interna da cmara de ionizao Centronic IG-11, do

LNMRI, (b) foto da cmara NPL-CRC-Capintec fabricada pela

Southern Scientific plc, do LNMRI ...................................................... 197

Figura 6.10 - Cmara de extrapolao modelo PTW 23391 ....................................... 197

Figura 6.11 - Dosmetro Farmer modelo 2570A da Nuclear Enterprise ..................... 198

Figura 6.12 - Esquema de um detector proporcional cilndrico. ................................. 198

Figura 6.13 - Detector proporcional porttil para medio de contaminao

superficial. ............................................................................................. 199

Figura 6.14 - Detectores G-M utilizados para medio de taxa de contagem ou

convertidos para .................................................................................... 200

Figura 6.15 - Detector Geiger, tipo pancake, para medio de contaminao

superficial com janela de mylar aluminizado, para radiao alfa, beta

e gama. .................................................................................................. 200

Figura 6.16 - Sonda G-M para deteco beta e gama, com janela metlica muito

fina ......................................................................................................... 200

Figura 6.17 - Estrutura de bandas de energias em um cintilador cristalino ativado ... 202

Figura 6.18 - Elementos bsicos de uma vlvula fotomultiplicadora ......................... 203

Figura 6.19 - Cintilmetro porttil Rad Eye PRD, de alta sensibilidade, utilizado

em atividades de triagem e localizao de fontes emissoras de

radiao gama. ....................................................................................... 203

Figura 6.20 - Espectrmetro gama, com NaI(Tl)+GM e analisador multicanal,

porttil, que permite determinar a energia da radiao, obter o

espectro e identificar o radionucldeo. .................................................. 203

Figura 6.21 - Gama-cmara de duas cabeas, com detector de NaI(Tl) planar de

grandes dimenses, utilizado em diagnstico com radiofrmacos em

rgos e corpo inteiro, em medicina nuclear. ........................................ 204

Figura 6.22 - Sondas de sulfeto de zinco para medio de contaminao superficial

(alfa). ..................................................................................................... 205

Figura 6.23 - Nveis de energia em uma molcula orgnica ....................................... 206

Figura 6.24 - Processo de formao do sinal no cintilador lquido ............................ 212

Figura 6.25 - Estimativa do nmero de fotoeltrons formados a partir da interao

de um eltron de 5 keV com o cintilador lquido .................................. 212

Figura 6.26 - Cintilador lquido .................................................................................. 214

Figura 6.27 - Diagrama de blocos do um cintilador lquido. ...................................... 215

Figura 6.28 - Estrutura de bandas em um material (Ei energia do intervalo). ............ 216

Figura 6.29 - Impurezas doadoras e receptoras em uma estrutura cristalina. ............. 217

Figura 6.30 - Detector de germnio de alta pureza, resfriado a nitrognio lquido,

utilizado em tcnicas de espectrometria X e gama, em medies de

laboratrio. ............................................................................................ 219

Figura 6.31 - Vista interna de um detector de barreira de superfcie e espectro das

radiaes alfa emitidas pelo 241Am ....................................................... 221

Figura 6.32 - Monitor individual com detector de diodo de silcio para radiao X

e gama, com leitura direta da dose equivalente, taxa de dose,

equivalente de dose pessoal Hp(10), com memria para estocagem

de dados, alarme sonoro e luminoso e identificao do usurio. .......... 221

xxiv

Figura 6.33 - Espectro das radiaes de baixa energia do 241Am obtido com o

CdTe ...................................................................................................... 222

Figura 6.34 - Dosmetro gama de terlureto de zinco e cdmio ................................... 223

Figura 6.35 - (a) Pulsos analgicos ou lineares, com seus parmetros de formato e;

(b) Pulso lgico (quadrado) de comando ou de sada, por exemplo,

de um gate ou discriminador ................................................................. 225

Figura 6.36 - Esquema do funcionamento da unidade de coincidncia para dois

pulsos de entrada ................................................................................... 227

Figura 6.37 - Esquema de operao de um ADC ........................................................ 229

Figura 6.38 - Diagrama de blocos de uma cadeia de medio utilizando o mtodo

de coincidncia 4- ......................................................

radioproteção e dosimetria - fundamentos-final (i)

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