INTERAÇÃO DA RADIAÇÃO COM A MATÉRIA

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 g)

Partículas carregadas (e-, a, 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

ou

térmicos 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 a, 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.

elétron

incidente

absorvedor

Interação com raios X e g

Raios g são radiações eletromagnéticas que acompanham transições nucleares.

Raios X são radiações eletromagnéticas que companham transições eletrônicas.

Principais processos competitivos

Efeito fotoelétrico

Efeito Compton

Produção 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 competitivos

20

40

60

80

100

120

Energia do fóton, MeV

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

Efeito fotoelétrico

dominante

Efeito Compton

dominante

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 g

A-400 320nm

B-320 290 nm

C-290 200nm

Escala do tempo do dano da radiação

Estágio 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 a

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

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