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FÍSICA DAS RADIAÇÕES, RADIOPROTEÇÃO E EFEITOS BIOLÓGICOS DA RADIAÇÃO
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FÍSICA DAS RADIAÇÕES, RADIOPROTEÇÃO E EFEITOS BIOLÓGICOS DA RADIAÇÃO
O que é Medicina Nuclear?
Modalidade da Medicina direcionada ao estudo,
através do uso da radiação, de anomalias
metabólicas e funcionais; Ela também pode envolver
procedimentos terapêuticos, mas tem no diagnóstico
de patologias funcionais sua principal ação.
O que é Radiação? Propagação de energia através de partículas ou
Ondas Eletromagnéticas.
Radiação
Não ionizante: Não possui energia
suficiente para arrancar
elétrons de um átomo.
Ionizante: Possui energia
suficiente para arrancar
elétrons de um átomo.
MEDICINA NUCLEAR: raios
gama e partículas carregadas
Estrutura da Matéria
Matéria => Moléculas => Átomos => Partículas
Subatômicas
Estrutura Da Matéria
Estrutura Da Matéria
Nucleons:
Núcleo: As cargas positivas se
repelem, porém a força nuclear
forte mantém o núcleo unido. FNF
é cerca de 100 vezes maior que a
força de repulsão dos prótons.
Para retirar um nucleon do núcleo
é necessário romper a força de
ligação nuclear.
Estabilidade Do Núcleo
Núcleos estáveis tem uma razão ótima entre o nº
de prótons e nêutrons.
Linha de Estabilidade
Classificação dos Elementos
Núcleos Instáveis
Ocorrerá um reajuste para tentar atingir a
estabilidade, ejetando uma parte do seu núcleo o
emitindo energia em forma de fótons (raios
gama).
Processo conhecido como Decaimento Radioativo.
O tipo de decaimento irá depender de qual das
regras de estabilidade nuclear foi violada.
Massa Nuclear excessiva
Razão p/n instável
Nº apropriado de Nucleons,
porém excesso de energia.
Decaimento Radioativo
Massa Nuclear Excessiva:
Em algumas circunstâncias, o
núcleo do átomo instável pode se
dividir em fragmentos menores, e
geralmente libera de 2 a 3 nêutrons.
FISSÃO NUCLEAR
Decaimento Radioativo
Razão p/n instável:
i) Excesso de Nêutrons
Nêutron se transforma em próton, liberando
β−(négatron) e um antineutrino.
Decaimento Radioativo
Razão p/n instável:
ii) Excesso de Prótons
Próton se transforma em nêutron, liberando
β+(pósitron) e um neutrino.
Emissão de pósitron
Captura Eletrônica
Decaimento Radioativo
Razão p/n instável:
ii) Excesso de Prótons
Emissão de pósitron
Captura Eletrônica
Próton se transforma em nêutron,
através da captura de um elétron da
camada mais interior.
Decaimento Radioativo
Nº apropriado de Nucleons, porém excesso
de energia:
Núcleo se encontra em um estado excitado,
portanto é necessário que ocorra uma transição
isomérica
Emissão Gama Conversão Interna
Decaimento Radioativo
Nº apropriado de Nucleons, porém excesso
de energia:
Emissão Gama
Decaimento Radioativo
Nº apropriado de Nucleons, porém excesso
de energia:
Conversão Interna
Quando a emissão de um elétron de um
átomo causa a emissão de um segundo
elétron, este segundo elétron é chamado
elétron Auger.
Esquema de Decaimento
Interação dos Fótons Com a Matéria
Efeito Compton
Efeito Fotoelétrico
Produção de Pares
Interação dos Fótons Com a Matéria
Efeito Compton
Interação dos Fótons Com a Matéria
Efeito Fotoelétrico
Interação dos Fótons Com a Matéria
Efeito Fotoelétrico
Raio X Característico
Interação dos Fótons Com a Matéria
Produção de Pares
Interação dos Fótons Com a Matéria
Probabilidade de Interação
Atenuação dos Fótons na Matéria
Poder de Penetração da Radiação
Descreve o potencial de penetração em um meio material.
Poder de Penetração da Radiação
Medicina Nuclear: Diagnóstico X Terapia
Na medicina nuclear diagnóstica raios gama
(tecnécio-99m, índio-111, tálio-201, iodo-123 e gálio-
67) ou radioisótopos emissores de pósitrons (flúor-18,
carbono-11, nitrogênio-13 e oxigênio-15) são
utilizados.
Na terapia, principalmente raios beta emissores de
radioisótopos (iodo-131, rênio-186/188, ítrio-90,
estrôncio-89 e samário-153) são utilizados.
Radioatividade
A radioatividade é definida como a
capacidade que alguns elementos
fisicamente instáveis possuem de
emitir energia sob forma de
partículas ou radiação
eletromagnética.
Lei do Decaimento Radioativo
Função que descreve quantos núcleos radioativos
existem em uma amostra a partir do
conhecimento do número inicial de núcleos
radioativos e da taxa de decaimento.
Lei do Decaimento Radioativo
A taxa de mudanças dos átomos instáveis em um
determinado instante é denominada ATIVIDADE.
Constante de Decaimento
Lei do Decaimento Radioativo
Meia Vida: A(t) =
A(0)/2
Vida Média: média
aritmética do tempo
de vida de todos os
átomos de uma
determinada massa
deste isótopo. Como
consequência, a vida
média é o tempo
médio que um isótopo
instável leva para
decair.
História da Radiação Ionizante
Descoberta dos Raios-x
Descoberta da Radioatividade
Descoberta da Radioatividade
Divulgação Do Uso da Radiação
Descoberta de “tratamentos”
HISTÓRIA
HISTÓRIA
USO INDISCRIMINADO DA RADIAÇÃO
Primeiros Usos Da Radiação
Primeiros Usos Da Radiação
Primeiros Usos Da Radiação
Primeiros Usos Da Radiação
Primeiros Usos Da Radiação
Primeiros Usos Da Radiação
Efeitos Obsevados
MEDO DA RADIAÇÃO!
Efeitos Observados
Efeitos Observados
Efeitos Observados
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS
RADIAÇÕES IONIZANTES
A radiação perde energia para o meio
provocando ionizações
Os átomos ionizados podem gerar:
Alterações moleculares
Danos em órgãos ou tecidos
Manifestação de efeitos biológicos
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS
RADIAÇÕES IONIZANTES
Possibilidades da radiação incidindo em uma
célula:
Passar sem interagir
Atingir uma molécula:
Não produzir dano
Produzir dano.
MECANISMOS DE AÇÃO
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS
RADIAÇÕES IONIZANTES
Possibilidades da radiação incidindo em uma célula:
- Atingir uma molécula:
- Produzir dano:
Reversível
Irreversível
Pode ou não levar à indução de efeito biológico
morte celular
reprodução - perpetuação do dano.
MECANISMOS DE AÇÃO
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS
RADIAÇÕES IONIZANTES
MECANISMOS DE AÇÃO
A cada possibilidade está associada uma
probabilidade diferente de zero
O fenômeno da indução de efeitos biológicos pela
interação da radiação com organismos vivos é de
natureza PROBABILÍSTICA.
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS
RADIAÇÕES IONIZANTES
PROPRIEDADES DOS EFEITOS
SEQUÊNCIA DE EVENTOS
Estágio físico:
- Ocorre para tempos 10-13 segundos
- Estágio de absorção e deposição de energia
- Excitação e ionização dos compostos.
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS
RADIAÇÕES IONIZANTES
PROPRIEDADES DOS EFEITOS
SEQUÊNCIA DE EVENTOS
Estágio físico-químico:
- Ocorre para tempos de 10-13 a 10-12 segundos
- Quebra de ligações
- Radiólise da água - formação de radicais livres
- Começa o dano químico - radicais livres começam
a reagir.
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS
RADIAÇÕES IONIZANTES
PROPRIEDADES DOS EFEITOS
SEQUÊNCIA DE EVENTOS
Estágio químico:
- Ocorre para tempos de 10-12 a 10-7 segundos
- Continua a reação dos radicais livres
- Formação de produtos tóxicos
- Começam os danos ao RNA e DNA
- Enzimas são inativadas e ativadas.
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS
RADIAÇÕES IONIZANTES
PROPRIEDADES DOS EFEITOS
SEQUÊNCIA DE EVENTOS
Estágios químico e biológico coincidem:
- Ocorre para tempos de 10-3 a 10 segundos
- Formação de radicais secundários e peróxidos
orgânicos
- Muitas reações bioquímicas são interrompidas
- Começa o reparo do DNA
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS
RADIAÇÕES IONIZANTES
PROPRIEDADES DOS EFEITOS
SEQUÊNCIA DE EVENTOS
Estágio biológico:
- Ocorre para tempos de minutos a anos
- Completa-se a maioria das reações
- Diminui a mitose das células irradiadas
- São bloqueadas as reações bioquímicas
- Rompimento de membrana celular.
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS
RADIAÇÕES IONIZANTES
CLASSIFICAÇÃO DOS EFEITOS
BIOLÓGICOS
Classificam-se conforme sua variação quanto:
- ao tempo de manifestação
- ao tipo de célula atingida
- à quantidade de energia depositada
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS
RADIAÇÕES IONIZANTES CLASSIFICAÇÃO DOS EFEITOS
BIOLÓGICOS QUANTO AO
TEMPO DE MANIFESTAÇÃO:
Efeitos Imediatos:
- característicos de exposições a doses elevadas
(Lesões severas ou letais);
- manifestam-se em, no máximo, dois meses (seres
humanos)
- Exemplos: eritema, síndrome aguda.
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS
RADIAÇÕES IONIZANTES CLASSIFICAÇÃO DOS EFEITOS
BIOLÓGICOS QUANTO AO
TEMPO DE MANIFESTAÇÃO:
Efeitos Tardios:
- característicos de exposições a pequenas doses
- manifestam-se em anos ou dezenas de anos
(seres humanos)
- Exemplo: câncer.
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS
RADIAÇÕES IONIZANTES CLASSIFICAÇÃO DOS EFEITOS
BIOLÓGICOS QUANTO AO
TIPO DE CÉLULA ATINGIDA:
Efeitos Somáticos:
- alterações provocadas pela interação da radiação
ionizante com qualquer célula do organismo,
exceto as reprodutivas
- manifestam-se no próprio indivíduo irradiado
- Exemplos: câncer, catarata.
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS
RADIAÇÕES IONIZANTES CLASSIFICAÇÃO DOS EFEITOS
BIOLÓGICOS QUANTO AO
TIPO DE CÉLULA ATINGIDA:
Efeitos Genéticos (hereditários):
- Alterações provocadas pela interação da radiação
ionizante com as células reprodutivas do
organismo.
- Manifestam-se nos descendentes do indivíduo
irradiado
- Exemplos: mutações genéticas.
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS
RADIAÇÕES IONIZANTES
CLASSIFICAÇÃO DOS EFEITOS
BIOLÓGICOS QUANTO À
QUANTIDADE DE ENERGIA DEPOSITADA:
Efeitos Estocásticos:
- Ocorrem com doses pequenas de radiação
- Não apresentam um limiar de dose para sua
ocorrência
- A probabilidade de ocorrência aumenta com o
aumento da dose
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS
RADIAÇÕES IONIZANTES CLASSIFICAÇÃO DOS EFEITOS BIOLÓGICOS
QUANTO À
QUANTIDADE DE ENERGIA DEPOSITADA:
Efeitos Determinísticos (não-estocásticos):
- Ocorrem com doses elevadas de radiação
- Apresentam um limiar de dose para sua ocorrência
- A gravidade do efeito aumenta com o aumento da
dose.
- Exemplos: eritema, catarata.
RELAÇÃO ENTRE OS EFEITOS BIOLÓGICOS E O SURGIMENTO DA PROTEÇÃO RADIOLÓGICA
A observação dos efeitos biológicos que
começaram a surgir começaram a impor
medidas de proteção!
Os efeitos observados derivados dos grandes
eventos nucleares (Chernobyl, Hiroshima,
etc) serviram de base para compor as normas
de Proteção Radiológica que hoje existem,
assim como os limites de dose!
PRINCÍPIOS BÁSICOS DE
RADIOPROTEÇÃO
FILOSOFIA DA PROTEÇÃO RADIOLÓGICA
Proteção dos indivíduos, de seus
descendentes, da humanidade como um todo
e do meio ambiente contra os possíveis danos
provocados pelo uso da radiação ionizante.
FILOSOFIA DA PROTEÇÃO RADIOLÓGICA
Estabelecimento de princípios básicos:
- Princípio da justificação
- Princípio da otimização
- Princípio da limitação de doses
- Prevenção de Acidentes.
PRINCÍPIOS BÁSICOS DE
RADIOPROTEÇÃO
JUSTIFICAÇÃO
Qualquer técnica que faça uso da radiação
ionizante tem que ser justificada em relação
a outras técnicas de modo a produzir um
benefício líquido positivo.
PRINCÍPIOS BÁSICOS DE
RADIOPROTEÇÃO
JUSTIFICAÇÃO - EXEMPLOS
Emprego de material radioativo luminescente
em mostradores de relógio
Uso de tomógrafo computadorizado (emissão
de raios X) ou de equipamento de ressonância
magnética para obter a mesma informação
diagnóstica.
PRINCÍPIOS BÁSICOS DE
RADIOPROTEÇÃO
OTIMIZAÇÃO
As exposições à radiação ionizante devem ser
mantidas “tão baixas quanto razoavelmente
exeqüível” (Princípio ALARA - As Low As
Reasonably Achievable), levando-se em
consideração fatores econômicos e sociais.
PRINCÍPIOS BÁSICOS DE
RADIOPROTEÇÃO
OTIMIZAÇÃO - EXEMPLOS
Utilizar armário embaixo da bancada de
manipulação para o armazenamento de rejeitos
radioativos - desnecessário?
Acréscimo indefinido de placas de chumbo em
parede de sala onde se faz uso de equipamento
emissor de raios X.
PRINCÍPIOS BÁSICOS DE
RADIOPROTEÇÃO
LIMITAÇÃO DAS DOSES
Os limites de dose, tanto para trabalhadores
com radiação quanto para indivíduos do
público, devem ser respeitados.
PRINCÍPIOS BÁSICOS DE
RADIOPROTEÇÃO
LIMITAÇÃO DAS DOSES - FILOSOFIA
Os limites de dose foram estabelecidos para
evitar a ocorrência de efeitos determinísticos
(abaixo dos limiares) e minimizar as
probabilidades de ocorrência de efeitos
estocásticos a níveis considerados seguros.
PRINCÍPIOS BÁSICOS DE
RADIOPROTEÇÃO
LIMITAÇÃO DAS DOSES - FILOSOFIA
Indústria que não faz uso da radiação ionizante:
- Índices seguros: 1 morte para cada 10000
trabalhadores por ano.
Uso da radiação ionizante:
- Dose cuja probabilidade de levar à morte respeite
os mesmos índices
- Fator adicional de segurança.
PRINCÍPIOS BÁSICOS DE
RADIOPROTEÇÃO
PERDA DE EXPECTATIVA DE VIDA POR DIVERSAS CAUSAS (1979)
(Estudo com população norte americana)
PRINCÍPIOS BÁSICOS DE
RADIOPROTEÇÃO
Redução (em dias) Causa
3500 Ser solteiro
2250 Fumante, sexo masculino
2100 Doença cardíaca
1600 Ser solteira
1300 Obeso, 30 % acima do normal
1100 Trabalhar em mina de carvão
980 Câncer
PERDA DE EXPECTATIVA DE VIDA POR DIVERSAS CAUSAS (1979)
(Estudo com população norte americana)
PRINCÍPIOS BÁSICOS DE
RADIOPROTEÇÃO
Redução (em dias) Causa
800 Fumante, sexo feminino
520 Hemorragia cerebral
207 Acidentes com veículos
130 Alcoolismo
95 Diabetes
74 Acidentes no trabalho
40 Trabalhador com radiação
Evolução dos Limites Anuais de
Dose Equivalente
PRINCÍPIOS BÁSICOS DE
RADIOPROTEÇÃO
FATORES DE PROTEÇÃO
RADIOLÓGICA
FATORES QUE SEMPRE TENHO À
DISPOSIÇÃO: Tempo
- Exposição é instantânea
O mito do “rapidinho” - caso do acidente em
instalação de esterilização
- Quanto menor o tempo de exposição, menor a
dose.
FATORES QUE SEMPRE TENHO À
DISPOSIÇÃO: Blindagem
- Adequada ao tipo de radiação:
Chumbo para Gama
Acrílico ou Lucite para Beta
Materiais hidrogenados para nêutrons.
- A eficiência da blindagem depende da energia
da radiação incidente.
FATORES DE PROTEÇÃO
RADIOLÓGICA
Blindagem
FATORES QUE SEMPRE TENHO À
DISPOSIÇÃO:
Distância
- Fator Geométrico - Lei do inverso do quadrado
da distância.
- Atenuação no Ar
Muito importante para radiação alfa e beta
Não desprezível para radiação gama de
baixa energia.
FATORES DE PROTEÇÃO
RADIOLÓGICA
