INTERAÇÃO DA RADIAÇÃO COM A MATÉRIA

ESCALA DO TEMPO

Interação da radiação com a matéria

Radiação

Ionização: remoção completa de um ou mais elétrons de valência

Excitação: os elétrons são levados a níveis com energias mais altas

Eletromagnética (raios X e γ)Partículas carregadas (e-, α, d, etc)Nêutrons

Interação com nêutrons

Classificação segundo a energia

lentos 0,03 eV < ∈n < 100 eV

intermediários 100 eV < ∈n < 10 eV

rápidos 10 keV < ∈n < 10 keV

alta energia ∈n > 10 MeV

outérmicos ∈n ≈ 0,025 eV

epitérmicos 1 eV <∈n < 100 keV

rápidos ∈n > 100 keV

Interagem por colisão direta com o núcleo

Interação com partículas carregadas

Pesadas α, p, d, etc

Leves e±

Partículas pesadas tem menor velocidade que um elétron de mesma energia, portanto ionizarão um número maior de átomos ao longo de seu percurso que será aproximadamente linear.

Elétrons perdem energia através de uma série de colisões que defletam do processo original, causando uma série de ionizações secundárias.

elétronincidente

absorvedor

Interação com raios X e γ

Raios γ são radiações eletromagnéticas que acompanham transições nucleares.

Raios X são radiações eletromagnéticas que companham transições eletrônicas.

Principais processos competitivos

Efeito fotoelétricoEfeito ComptonProdução de pares

Efeito fotoelétrico

Acontece quando a radiação X, transfere sua energia total para um único elétron orbital ejetando-o do átomo com velocidade (processo de ionização). O processo de troca de energia pela equação: Ec = h.f - Elig ,

sendo Ec a energia cinética, h.f a

energia do raio X incidente e Elig a

energia de ligação do elétron ao seu orbital Este elétron expelido do átomo é denominado fotoelétron e poderá perder a energia recebida do fóton, produzindo ionização em outros átomos

A direção de saída do fotoelétron com relação à de incidência do fóton, varia com a energia deste.

Efeito Compton

Quando a energia da Radiação X aumenta, o espalhamento Compton torna-se mais freqüente que o efeito fotoelétrico. O efeito Compton é a interação de um raio X com um elétron orbital onde parte da energia do raio X incidente é transferida como energia cinética para o elétron e o restante é cedida para o fóton espalhado, levando-se em consideração também a energia de ligação do elétron. O fóton espalhado terá uma energia menor e uma direção diferente da incidente.

Produção de pares

A produção de pares ocorre somente quando fótons de energia igual ou superior a 1,02 MeV passam próximos a núcleos de elevado número atômico. Nesse caso, a radiação X interage com o núcleo e desaparece, dando origem a um par elétron-pósitron com energia cinética em diferente proporção. O pósitron e o elétron perderão sua energia cinética pela ionização e excitação.

Energia do fóton nos processos competitivosZ

do

abso

r ved

or

20

40

60

80

100

120

Energia do fóton, MeV

0,01 0,05 0,1 0,5 1 5 10 50 100

Efeito fotoelétricodominante

Efeito Comptondominante

Produção de pares dominante

EFEITOS BIOLÓGICOS DA RADIAÇÃO

ESTOCÁSTICOS

São aqueles cuja probabilidade de ocorrer aumenta com a dose, sem porém a existência de um limiar de dose. Exemplos: efeitos hereditários, aparecimento de câncer

NÃO ESTOCÁSTICOS

São aqueles cuja severidade depende da dose e que apresentam um limiar de dose. Exemplos: mortalidade animal, distúrbios imunológicos.

Energia dos diferentes tipos de radiação

Comprimento de onda Energia do fóton Radiação

(m) (eV)

superior a 3 x 10-1 inferior a 4,1 x 10-6 Ondas de

radiofrequência

3 x 10-1 3 x 10-3 4,1 x 10-6 4,1 x 10-4 Microondas

3 x 10-3 7,6 x 10-7 4,1 x 10-4 1,6 Infravermelha

7,6 x 10-7 4 x 10-7 1,6 3,1 Luz visível

4 x 10-7 10-8 3,1 123,2 Ultravioleta

inferior a 10-8 superior a 123,2 Raios X e γ

A-400 320nmB-320 290 nmC-290 200nm

Escala do tempo do dano da radiaçãoEstágio Tempo Ação Efeito Proteção e

tratamento

Físico < 10-14 s Deposição de energia na água – orgânicos e inorgânicos na proporção aproximada das massas

Excitação dos compostos e absorção de luz

Nenhuma, somente blindagem externa como prevenção

Físico -químico

10-14 a 10-12 s

Quebra das ligações: S-H, O-H, N-H e C-H.Transferência de iôns.Radiólise da água – radicais livres – emissão de luz das moléculas excitadas. Formação de H2O2

Começa o dano químico.Radicais livres começam a reagir com os radicais metabólicos normais

Reparo parcial das ligações por compostos –SH presentes. Alguma proteção pode ser dada pela injeção de aditivos antes da irradiação

Escala do tempo do dano da radiação

Estágio Tempo Ação Efeito Proteção e tratamento

Químico 10-12 a 10-7 s

Continua a reação dos radicais livres da água com biomoléculas. Quebra da ligações C-C e C-N. Radicais secundários.Produtos estáveis começam a aparecer.Formação de produtos tóxicos

Começa o dano ao RNA e DNA. Enzimas são inativadas e ativadas.Depleção de –SH.Peroxidação de lipídeos.Dano em todas as biomoléculas. Toxicidade dos produtos é iniciada

Proteção parcial por ‘scavengers’ e antioxidantes. Catalase e glutationa peroxidase protegem contra H2O2.

RSH protege inativação de enzimas. Outros sistemas enzimáticos atuam. Terapia com estes agentes pode ser útil

Escala do tempo do dano da radiação

Químico e biológico coincidem

10-7 a 10 s

Radicais secundários.Peróxidos orgânicos.Hidroperóxiodos H2O2 continuam a agir

Muitas reações bioquímicas são interrompidas. Começa reparo do DNA

Tratamento pós-irradiação deveria começar

Biológico 10 s a10 h

A maioria das reações primárias são completadas. Reações secundárias continuam

Mitose das células é diminuída. Reações bioquímicas bloqueadas.Rompimento da membrana celular.Começa o efeito biológico

Tratamentos

Estágio Tempo Ação Efeito Proteção e tratamento

Escala aproximada do tempo dos eventos em química das radiações

UNIDADES

RAD unidade de dose absorvida sendo essa definida pela razão d∈/ dm, onde d∈ é a energia média distribuída pela radiação à massa dm.

1 rad = 100 erg/g

GRAY nova unidade de dose absorvida usada em substituição ao rad.

1Gy = 100 rad

ROENTGEN unidade de exposição e está relacionada à habilidade de raios X ionizarem o ar; para raios X e γ, uma exposição de IR resulta numa dose absorvida de 1 rad em água ou tecido mole.

ELETRON VOLT é a energia adquirida por um elétron ao atravessar uma diferença de potencial de 1 v.

1 eV= 1,6 x 10-12 J

CURIE é uma unidade de taxa de decaimento radioativo de um nuclídeo que possui 3,7 x 1010 desintegrações/segundo.

1 Ci = 3,7 x 1010 desint./s

MEIA - VIDA tempo médio para que metade dos átomos de um elemento radioativo decaiam.

T 1/2 = (ln2)/λ , onde λ é a constante de decaimento

BEQUEREL unidade de atividade

1 bq = 3,7 x 10-10 Ci

ROENTGEN EQUIVALENT MAN unidade de dose que tenta expressar todos os tipos de radiação numa escala comum.

DREM = DRAD x QF

RELAÇÕES DE UNIDADE

DL50/30 (seres humanos): 4 Gy = 400 rad = 4 Sv (para radiação eletromagnética)

1 mSv = 0,1 rem = 0,1 rad = 0,1 cGy (para radiação eletromagnética)

Dose rad gray Gy 1 rad = 1cGy

Dose equivalente

rem sievert Sv 1 rem = 0,01 Sv

Radioatividade Ci bequerel Bq 1 Ci = 3,7 x 1010 Bq

Antiga Nova Símbolo Relação

DOSES LIMITES

TRABALHADORES: 50 mSv/ano ou média de 20mSv/5 anos

PÚBLICO: 1 mSv/ano

VALORES DE EXPOSIÇÃO NATURAL

RADÔNIO: 0,2 a 500 mSv/ano; (222Ra libera radônio)

BG NATURAL: 1 a 2 mSv/ano podendo chegar a 20 mSv/ano

MATERIAL DE CONSTRUÇÃO: 0,2 a 1 m Sv/ano

USINA NUCLEAR: 0,001 a 0,01 mSv/ano

RX DE TÓRAX: 0,05 a 0,2 mSv/exame

LEITE PODE CONSUMIR ATÉ : 100 Bq/l

CARNE PODE CONSUMIR ATÉ: 300 bq/kg (podendo chegar a 1000 em alguns países)

Comparação das doses de exposição

Exposição humana à radiação - acidentes nucleares

73.884 Mortes

74.909 Feridos

11.574 Casas queimadas

5.509 Casa metade destruídas

50.000 Casas parcialmente destruídas

2 Mortos em 1 dia

29 Mortos em 2-120

200 Sobreviventes

400.000 Não afetados porém expostos

BOMBA DE NAGAZAKI ACIDENTE DE CHERNOBIL

45.000 Mortos em 1 dia 22.000

19.000 Mortos em 2-120 dias 17.000

72.000 Sobreviventes 25.000

119.000 Não afetados 110.000

255.000 População 174.000

BOMBA DE NAGAZAKI

BOMBA DE HIROSHIMA

Qual a exposição natural que sofremos diariamente?

Expectativa de perda de vida por diversos motivosCAUSA DIASSer homem solteiro 3500Homem fumante 2250Doenças do coração 2100Ser mulher solteira 1600Ter sobrepeso em 30% 1300Ser mineiro de carvão 1100Ter câncer 980Ter sobrepeso em 20% 900Escolaridade (8a. Série) 850Mulher fumante 800Ser pobre 700Hemorragia cerebral 520Viver em estado desfavorável 500Fumar charutos 330Acidentes em trab. arriscado 300Fumar cachimbo 220Comer 100 cal/dia A MAIS 210Acidentes com veículos mot. 207Pneumonia – gripes 141Alcoolismo 130Acidentes domésticos 95Suicídios 95Diabete 95Homicídios 90Uso impróprio de drogas 90Acidentes de trabalho 74

CAUSA DIASAfogamento 41Trab. ocup. com mat. rad. 40Quedas 30Acidentes com pedestres 37Trab. seguro – acidentes 30Fogo – queimaduras 27Geração de energia 24Uso ilícito de drogas 18Envenenamento (sol. – líq) 17Sufocamento 13Acid. com armas de fogo 11Radiação natural 8Raios X médicos 6Envenenamento (gás) 7Café 6Anticoncepcionais 5Acidentes c/ bicicletas, motos 5Combinação de todas catástrofes 3,5Bebidas dietéticas 2Acidentes com reatores 2Radiação da ind. nuclear 9Teste papanicolau p/ mulher -4Alarme de fumaça nos lares -10Sistema protetor em carros -50Melhoria em segurança (1966-1976) -110Unidade móvel cardio-clín. -125

Energia da radiação para causar dano

O efeito biológico da radiação não se deve à quantidade de energia absorvida, mas ao tamanho do fóton ou a quantidade de energia armazenada