PROTEÇÃO RADIOLÓGICA

conceitos básicos

Tecnólogo Nathanael Mel. Brancaglione

Disciplina: Radioproteção e Higiene das

Radiações

Curso Técnico em Radiologia Médica

COLÉGIO TÉCNICO RENASCER-2013

FUNDAMENTOS DA RADIOPROTEÇÃO

CONCEITOS BÁSICOS e FÍSICA

Adaptado para aula no curso Técnico em

Radiologia Médica de:

Engº Matias Puga Sanches IPEN

Tecnólogo: Nathanael Mel. Brancaglione

Email. nbrancaglione@gmail.com

2 Avaliações Teóricas:

- Prova teórica (P1): nota x (40%)

- Prova teórica (P2): nota x (40%)

- Prova substitutiva:

- Seminários + Resenha de artigos + Aulas práticas +

atividade integralizadora (20%)

AVALIAÇÕES

Do que é feito o mundo?

• O mundo é feito de um conglomerado de poucos blocos

construtivos fundamentais, isto é, objetos simples e sem

estrutura, não podem ser subdivididos.

Antigamente o homem pensava que o mundo era

composto de quatro elementos básicos.

O que é um átomo?

• Por volta de 1900, pensava-se que os átomos eram pequenas

bolas.

• Porém por meio de experimentos verificou-se que os átomos

possuem uma estrutura não sendo somente pequenas bolas.

Estes experimentos ajudaram aos cientistas a demonstrar que

os átomos possuem um núcleo positivo denso e uma nuvem de

elétrons, e que o núcleo possui prótons e nêutrons.

O que é um átomo?

• Todas as coisas e pessoas no mundo, são compostas de

diferentes tipos de matéria, elementos químicos.

• A menor parte de cada elemento é denominada de átomo. Um

átomo é tão pequeno que pode ser visto somente através de

microscópios muito potentes.

• Porém o átomo é a essência de cada uma das substâncias

existentes no universo.

Existem diferentes tipos de átomo?

• O tipo de átomo é único para cada um dos elementos existentes, tais

como o ouro, a prata, o chumbo, o estanho, o rádio, o carbono, o

tório. O nosso corpo é composto principalmente de átomos de

hidrogênio, carbono, oxigênio e cálcio.

• A fixação das lâmpadas numa sala é feita por algum tipo de átomo

de um metal.

• O ar que nós respiramos, é composto de átomos de oxigênio,

hidrogênio, nitrogênio e outros.

• A água é composta de átomos de hidrogênio e oxigênio.

O que é radioatividade?

• Algumas vezes o centro de um átomo, seu núcleo, possui

muita energia. Um átomo não pode deter esta energia para

sempre. Mais cedo ou mais tarde, o átomo deve livrar-se deste

excesso de energia e retornar ao seu estado normal, estável.

• Os átomos que possuem muita energia em seu núcleo são

chamados de radioativos.

• Livram-se do excesso de energia emitindo radiação. Alguns

átomos radioativos existem naturalmente no planeta, outros

são produzidos artificialmente pelo homem.

O que é radiação?

• Um átomo radioativo emite radiação para livrar-se do excesso

de energia. A radiação pode ser emitida na forma de partículas

que se movimentam em alta velocidade, ou na forma de

energia pura.

• A radiação é um termo amplo que inclui desde coisas como o

calor, a luz, as ondas de radio, as microondas e outras formas

familiares de energia.

• Quando são emitidas radiações desde um átomo elas se

movimentam em alta velocidade.

• Isto faz com que elas portem muita energia.

• Quando as radiações colidem com alguma coisa, depositam

parte ou toda a sua energia no objeto com o qual tenha

colidido.

• Podemos comparar as radiações emitidas por um átomo com

os raios emitidos pelo sol.

• Os raios solares atingem o nosso corpo depositam a sua

energia e a sensação de calor que sentimos é a energia

absorvida da radiação solar.

• Quando a radiação emitida por um átomo radioativo penetra

em um objeto, deposita sua energia neste objeto tal como os

raios solares depositam sua energia no nosso corpo.

Qual é o significado do sievert?

• O sievert é a unidade de dose de radiação.

• Normalmente é usado para descrever a quantidade de energia

que é depositada em algum material ou em alguma pessoa.

Sievert

• Quando comparado com a dose de radiação que umapessoa recebe, normalmente, todos os dias de suavida proveniente das fontes de ocorrência natural, eleé uma dose de radiação muito grande.

Sievert

Existem unidades menores

que o sievert os sub múltiplos

do sievert, o centisievert, o

milisievert e o microsievert.

Um centisievert é a centésima

parte do sievert, 1/100, 1 cSv;

o milisievert é a milésima

parte do sievert, 1/1000, 1

mSv; e o microsievert é a

milionésima parte do sievert,

1/1000000, 1 μSv.

Taxa média

• Uma taxa é a quantidade de uma unidade de medida emparticular que ocorre durante um

• certo período de tempo

• Da mesma maneira o micro-sievert por hora é uma taxa de

• dose, ou a quantidade de energia depositada durante operíodo de tempo de uma hora.

Bequerel• Representa a quantidade de átomos radioativos existentes em

um conjunto de átomos em particular emitindo radiação um

bequerel de rádio num recipiente proporciona 1 átomo de rádio

emitindo radiação.

• Uma outra unidade de radioatividade é o curie que proporciona

37 000 000 000 de átomos emitindo radiação e eqüivale a 37

gigabequerel, 37 GBq.

• 37 GBq. Tem aproximadamente dez milhões de vezes

maisRadiação do que a produzida pelo nosso planeta.

Bequerel

• Portanto, é mais conveniente usarmos unidades

menores para indicar a quantidade de radioatividade.

Milisievert e bequerel• Uma boa chama para aquecimento numa lareira é um bom exemplo

para explicar a diferença entre estes dois termos. Numa lareira, amadeira que está sendo queimada irradia calor, neste caso, aquantidade de madeira que está sendo queimada, combustível dalareira, é similar à quantidade de bequerel de radioatividade.

• A quantidade de calor liberada pela lareira, energia, é similar àquantidade de milisievert, energia da radiação.

Quando são observadas 60

desintegrações por minuto tem-

se a medida de 1 becquerel de

radioatividade, 1 desintegração

por segundo.

Bequerel

Bequerel por quilograma:

• Podemos dizer que encontramos no solo 37 Bq/kg de rádio, 37Bq/kg de tório, Isto significa dizer que em um quilograma desolo também existem 37 Bq de rádio e 37 Bq de tório,juntamente com os outros elementos radioativos encontradoscomumente no solo.

Bequerel por litro

• Este termo está relacionado com a quantidade deradioatividade existente num litro de uma substância líquida.uma grande variedade de outros elementos tais como oalumínio, cloro, silício, chumbo, bismuto, polônio, e argônio.

• Pode conter desde 4 a 40 bequerel por litro de gás radônio,principalmente, se for água retirada de um poço.

Radiação natural• Um outro tipo de radiação natural é a radiação cósmica

proveniente do sol e das estrelas.

• Devido a atmosfera terrestre absorver parte desta radiação

• Geralmente para cada aumento de 30 metros na altitude existeum incremento na dose anual de 10 microsievert

• Em Ohio, nos Estados Unidos 600 microsievert por ano

• Brasil, apresenta uma taxa de 50 microsievert por hora.

Alguns dados sobre radioatividade

em outras coisas interessantes 13 milisievert por ano em média para fumantes

6,5 milisievert para cada exame de cérebro em medicina nuclear.

5 milisievert para cada exame de tireóide em medicina nuclear.

4 milisievert para uma lavagem de estômago com bário.

2,5 milisievert para uma série do trato gastro intestinal superior.

1,5 milisievert para um exame pulmonar em medicina nuclear.

1,1 milisievert para uma tomografia computadorizada de cabeça e corpo.

6,5 milisievert para cada exame de cérebro em medicina nuclear.

5 milisievert para cada exame de tireóide em medicina nuclear.

4 milisievert para uma lavagem de estômago com bário.

2,5 milisievert para uma série do trato gastro intestinal superior.

1,5 milisievert para um exame pulmonar em medicina nuclear.

1,1 milisievert para uma tomografia computadorizada de cabeça e corpo.

1 microsievert por ano ao dormir com um parceiro.

É correto dizer que quase tudo que

existe é radioativo?• Sim, a radiação está presente em todos os locais. Existem níveis muito pequenos de

• radioatividade natural, porém detectáveis Estamos expostos constantemente a

radiação proveniente do sol e do cosmo

• A radioatividade está presente no solo, ar, edifícios, alimentos, água, e produtos que

consumimos. Um indivíduo do público recebe uma dose média de 4 milisievert por

ano de origem nesta radioatividade. 50 milisievert recebidas durante um período de

um ano, nenhum efeito foi observado em doses inferiores a 50 milisievert recebidas

durante um período de um ano.

• De fato, os efeitos podem ser observados quando as pessoas são expostas a doses de

1 sievert por um período de tempo bastante curto. Estes efeitos podem ser

temporários e reversíveis.

• Doses de 5 sievert se recebidas em um período de tempo bastante curto podem

causar morte.

DECAIMENTO E MEIA VIDA

• Decaimento de um radionuclídeo

• Um radionuclídeo possui uma combinação instável de nucleons eemite radiação no processo de obtenção da estabilidade.

• A obtenção de estabilidade envolve o processo de decaimentoradioativo.

• Um decaimento, também conhecido como uma desintegração de umnuclídeo radioativo, acarreta, necessariamente, uma mudança deuma combinação instável de nêutrons e prótons no núcleo para umacombinação estável, ou mais estável.

• O tipo de decaimento determina se a razão nêutrons – prótonsaumentará ou diminuirá para alcançar uma configuração maisestável.

• Também determina o tipo de radiação emitida.

Decaimento alfa

• Ocorre normalmente em núcleos que são muito grandes de talmaneira que não podem ser estáveis.

• No decaimento alfa, o núcleo ejeta um núcleo de hélio, partículaalfa, composto de dois nêutrons e dois prótons, reduzindo a massado núcleo original de quatro unidades de massa.

• Este núcleo menor é mais fácil de se manter estável.

As partículas alfa são extremamente

perigosas quando depositadas

internamente; porém a sua falta de

habilidade para penetrar a roupa ou a

superfície da camada morta de pele

minimiza o risco de exposição externa..

Decaimento Beta

• No decaimento beta negativo, o núcleo contém um excesso denêutrons.

• Para corrigir esta condição instável, um nêutron é convertido em umpróton, o que conserva o núcleo do mesmo tamanho, isto é, possui amesma massa atômica, porém aumenta o número de prótons e,portanto, o número atômico.

• No processo desta conversão, uma partícula beta com uma carganegativa é ejetada do núcleo.

Uma partícula beta menos (β-) é um

elétron que é ejetado de um átomo

radioativo instável. A partícula possui

uma única carga elétrica negativa

(-1,6x10-19C) e uma pequena massa

(0,00055 uma)

negatron é emitida no momento em que

um nêutron se transforma em um próton.

Decaimento Beta

• A interação da partícula beta com a matéria resulta na

produção de radiação penetrante denominada radiação de

frenamento (bremsstrahlung).

• As blindagens para radiação beta devem ser confeccionadas

em plexiglass (lucite).

Radiação Gama

• As radiações eletromagnéticas mono energéticas que são emitidas apartir de núcleos de átomos excitados após transformaçõesradioativas são chamadas de radiação gama (γ).

• Em muitos casos, após o processo de decaimento alfa ou beta, aemissão de radiação gama é o mecanismo pelo qual um núcleo perdeenergia para sair de um estado excitado de alta energia para umestado estável de baixa energia.

Decaimento por pósitron

• Ocorre uma situação oposta: a razão próton – nêutrons é maior

que a desejada.

• Consequentemente, um próton é convertido em um nêutron e

uma partícula beta, porém com carga positiva, é ejetada.

• Novamente, o núcleo permanece do mesmo tamanho, porém o

número de prótons diminui de um. A radiação de aniquilação

requer blindagem de

chumbo.

Captura eletrônica• A captura eletrônica resulta do mesmo modo que no decaimento por

pósitrons onde, no processo, o núcleo permanece do mesmo tamanho e o

número de prótons reduz de um.

• Neste tipo de decaimento, porém, o núcleo captura um elétron e combina

com um próton para dar origem a um nêutron.

• É emitida radiação X quando um outro elétron próximo do núcleo se

movimenta ao redor para compensar aquele que foi perdido.

Processo de decaimento

• Pode-se observar que os modos de decaimento discutidos envolvem

partículas. Portanto, o decaimento de um radionuclídeo resulta na perda de

massa.

• A massa é convertida em energia e esta é liberada

• É emitido raios X característicos do elemento filho quando um elétron de

uma órbita mais externa preenche o nível de energia que era ocupado pelo

elétron que foi capturado.

Não é possível prever quando um átomo

radioativo irá decair

A taxa de decaimento é simplesmente a ocorrência do número de

átomos radioativos decaindo durante um período específico.

A taxa de decaimento é

convencionalmente conhecida como a

atividade ou radioatividade de um

material, amostra ou meio.

As unidades de atividade incluem

desintegração por segundo, dps,

desintegração por minuto, dpm,

bequerel, Bq, e curie,

Radiação X

• Os raios X são radiações eletromagnéticas geradas fora do núcleo atômico.

• Tanto a radiação X como a radiação gama são altamente penetrantes e

podem produzir doses de radiação de corpo inteiro.

• Um tipo de radiação X que oferece um risco a segurança nos laboratórios

de pesquisa é aquele denominado radiação de frenamento

(bremsstrahlung).

• Estes fótons são emitidos quando os elétrons são desacelerados

rapidamente ao interagir com o campo elétrico ao redor do núcleo atômico.

• A energia do fóton resultante está relacionada com a energia do elétron

incidente ou β- bem como com a intensidade do campo elétrico

• átomos de baixo número atômico, tais como o hidrogênio, carbono e

oxigênio, a energia e a intensidade da radiação de frenamento

(bremsstrahlung) é minimizada. Portanto, o lucite (plexiglass) deve ser

escolhido como material para blindagem da radiação beta.

Como se caracteriza um Radionuclídeo

Basicamente, existem três fatores que separam um radionuclídeo deoutro.

a meia vida,

a energia da partícula ou fóton associado com o decaimento,

e o tipo de emissão.

A meia vida é definida como o tempo necessário para que metade ou50% dos átomos radioativos sofram decaimento radioativo.

é conhecida como meia vida radioativa ou física. meia vida biológica..

• Uma vez que a meia vida é definida para o tempo em que 50% dosátomos decairão, porque não podemos prever quando um átomoindividualmente irá decair.

•meia vida biológica

Radionuclídios de vida curta e longa

• Os radionuclídeos de meia vida curta são usados

frequentemente em aplicações médicas.

• O tecnécio-99 na forma metaestável e o iodo-131, usados em

medicina nuclear, possuem meia vida de 6 horas e 8 dias,

respectivamente.

• Radionuclídeos de meia vida longa sendo usados em

aplicações médicas, é o caso do plutônio-239 utilizado em

marcapassos cardíacos, com uma meia vida de 87,7 anos.

• A meia vida deve ser suficientemente longa, pois para o

implante é necessário fazer uma intervenção cirúrgica.

Meia vida biológica e meia vida

física

• Comparando com a meia vida física, a meia vida biológica é a

medida do tempo necessária para que a metade da

radioatividade seja eliminada do corpo por processos

biológicos, por exemplo, pela excreção.

• A meia vida física do césio-137 é aproximadamente 30 anos

quando fora do corpo.

• Quando dentro do corpo, o césio-137 possui uma meia vida

biológica de 70 dias. Isto indica que o processo biológico

acelera a taxa de eliminação associada com o radionuclídeo em

comparação à meia vida física.

• Metade da radioatividade será eliminada em 70 dias.

Medicina nuclear

Como é a datação com o carbono

radioativo

• O carbono-14, um isótopo radioativo do carbono, é

produzido naturalmente na atmosfera superior através do

bombardeamento do nitrogênio-14 pelos raios cósmicos.

• O carbono-14 é rapidamente oxidado pelo gás dióxido de

carbono que é absorvido e usado pelas plantas, sendo,

portanto, introduzido na cadeia alimentar.

Meia vida efetiva

• Se a radioatividade encontra-se no corpo, o decaimento do

radionuclídeo ocorrerá tanto pelo principio físico como

biológico.

• A meia vida efetiva é a medida da influência combinada destas

duas meias vidas.

• no césio-137, as meias vidas física e biológica são 30 anos e

70 dias, respectivamente.

• A meia vida efetiva neste exemplo é um pouco menor que 70

dias. É importante notar que a meia vida efetiva encontra-se

sempre próxima da componente menor entre as meias vidas.

Como medir a radioatividade

• Podemos medir indiretamente

fazendo uso dos efeitos causados

por ela.

• Ao contrário da luz solar que

podemos ver, a radiação nuclear

invisível produz um efeito

elétrico em materiais pelos quais

ela passa.

• Se medirmos o efeito elétrico,

podemos determinar quanta

radiação passou através do

material.

• Este meio é o principio

operacional básico para a medida

da radioatividade.

Instrumentos para medida da

radioatividade• O método definitivo para

verificar a presença da

radioatividade é fazer medidas

com um instrumento adequado,

empregando procedimentos

adequados.

• Não existe um instrumento

universal que trabalha em todas

as circunstâncias.

• A contribuição da radiação de

ocorrência natural deve ser

considerada quando for

determinar a existência de

radioatividade.

Os princípios de ionização e excitação são os

processos de interação fundamentais que

proporcionam a base para a operação dos

instrumentos de detecção da radiação.

Ionização• Ionização é o processo onde a radiação

possui energia suficiente para arrancar

elétrons do átomo.

• O processo de ionização resulta na

formação de um elétron livre e um átomo

residual positivo com falta de um elétron

orbital. A radiação que é capaz de iniciar

o processo de ionização é conhecida

como radiação ionizante.

• Exemplos deste tipo de radiação incluem

as partículas radioativas, com massa, tais

como partículas alfa e beta; e as

radiações fotônicas, energia pura, tais

como a radiação gama e X.

• Os nêutrons e prótons são exemplos

adicionais de radiações ionizantes.

Excitação

• A excitação está relacionadacom o processo onde aradiação não possui energiasuficiente para arrancarelétrons dos átomos porémexcita-os ou promove-os paraum estado energético superiordentro do átomo.

• Os elétrons não são removidosfisicamente do átomo.

• Uma vez excitado, os elétronsretornarão para o estadofundamental ou original,emitindo a energia associadacom esta transição na formade radiação X.

Radioterapia (terapia)

Nesta prática, a irradiação do paciente, a fim de destruiras células cancerígenas de um órgão, pode ser feita detrês formas distintas:

a) A fonte radioativa é posicionada a certa distância dopaciente e a irradiação se dá por feixe colimado(teleterapia).

b) A fonte radioativa é posicionada em contato direto como tumor ou inserida no mesmo (braquiterapia).

c) A substância radioativa é injetada no paciente, a qual se

instala no órgão de interesse por compatibilidadebioquímica.

Aplicações na medicina

• O uso de materiais radioativos na medicinaengloba tanto o diagnóstico como a terapia, sendoeles ferramentas essenciais na área de oncologia

• Pode-se dizer que este tipo de ensaio é utilizadopara todos os órgãos e sistemas do corpo humano,destacando-se, entre muitos, os estudos domiocárdio, da função renal e tireoidiana e adetecção de neuroblastomas

Aplicações na indústria• Na indústria, os materiais radioativos têm uma grande

variedade de usos, destacando-se, principalmente, o controle

de processos e produtos, o controle de qualidade de soldas e a

esterilização.

• Medidores de nível, espessura, densidade e detectores de

fumaça utilizam princípios semelhantes.

• Uma fonte radioativa é colocada em posição oposta a um

detector e o material a ser controlado, que passa entre a fonte e

o detector, age como blindagem da radiação, fazendo com que

o fluxo detectado varie.

• Fontes radioativas de alta atividade são utilizadas,

principalmente, para esterilização de materiais cirúrgicos, tais

como suturas, luvas, seringas, esterilização de alimentos e

produção de polímeros.

Medidores de nível

e espessura

Aplicações na agricultura

• Na agricultura, os materiais radioativos são

utilizados para controle de pragas e pestes,

ibridação de sementes, preservação de

aimentos, estudos para aumento de produção

etc.

Referências

SANCHES, M. P. FUNDAMENTOS DE RADIOPROTEÇÃO. Manual de

Radioproteção, São Paulo, 2002. 78.

CARDOSO, E. D. M. et al. Apostila educativa. Radioatividade, Rio de Janeiro.

19.

CENEN. Diretríses Básicas de Proteção Radiológica. Nuclear, Comissão

Nacional de Energia, Rio de Janeiro, jan. 2005. 24.