Introdução à Física das Radiações e Radioproteção

DIPLAN – Distrito do Planalto Central

IntroduIntroduçção ão àà FFíísica das Radiasica das Radiaçções e ões e RadioproteRadioproteççãoão

Bete Figueiredo Bete Figueiredo Bete Figueiredo Bete Figueiredo [email protected]


Estrutura do Estrutura do ÁÁtomotomo

Núcleo: prótons e nêutrons

Eletrosfera : elétrons


Z Nome Símbolo Z Nome Símbolo

82 chumbo Pb 87 frâncio Fr

83 bismuto Bi 88 rádio Ra

84 polônio Po 89 actínio Ac

85 astatíneo At 90 tório Th

86 radônio Rn 91 protactínio Pa

92 urânio U


n → p + β- + ν

p→n+ β+ + ν

Z XA→ β- + Z+1YA + Q

Z XA→ β+ + Z-1YA + Q

Emissão de β- e de β+ (pósitron)


Radiação γ - Radiação eletromagnética

Diferencia-se dos raios X devido à sua origem nuclear

Partícula alfa – 2 prótons e 2 nêutrons

Partícula Beta - elétron ou pósitron


ProduProdu çção de raios Xão de raios X


Produção de Raios XElétrons acelerados pela diferença de

potencial

+-

Elétrons


Espectro eletromagnético


RADIOATIVIDADE

Propriedade que têm alguns nuclídeos de emitir partículas ou radiação eletromagnética:

• Radioatividade Natural : ocorre espontaneamente na natureza, sendo característica dos nuclídeos instáveis.

• Radioatividade Artificial : é produzida pelo bombardeio de nuclídeos estáveis por fótons ou partículas aceleradas, que os transformam em nuclídeos instáveis.


EXPOSIÇÃO HUMANA À RADIAÇÃO NATURAL

�Dose média da população mundial: 2,4 mSv/a�Quando a vida começou o nível era 3 a 5 vezes mais elevado

Cósmica17%

Radônio ar

Alimentos e águas13%

Rdn Solos20%


Radioatividade natural no organismo humano

0,010C-14

0,003Pb-210

0,010Ra-226

0,150K-40Dose ( mSv/ano)Radionuclídeo


Radiação Cósmica

• Elétrons, nêutrons, mésons, neutrinos, núcleos leves e radiação gama provenientes do espaço sideral.

-----

1610

2840

3900

Altitude(m)

270Nível do mar

570Denver, USA

1130Quito, Equador

2020La Paz,Bolívia

Dose efetiva

(µSv/a)

Localidade


Ionização do Átomo

• O átomo recebe energia suficiente para arrancar o elétron de seu orbital

EnergiaEnergia

ElEléétron tron ejetadoejetado


Excitação do Átomo• O átomo recebe energia suficiente para transferir

o elétron de uma camada mais interna para uma camada mais externa do átomo

EnergiaEnergia


Interação da Radiação com a matéria:

Efeito Fotoelétrico


Efeito Compton


O exemplo acima refere-se ao Iodo-131, cuja meia vida é de 8 dias


* Atividade de 100g de material


PODER DE PENETRAÇÃO DAS RADIAÇÕES


Poder de Penetração

FONTE

RAIOS αααα, ββββ e γγγγ

PAPELLÂMINA

METÁLICA CHUMBO

ββββ e γγγγγγγγ

γγγγ


Lei do Inverso do Quadrado


CONTAMINAÇÃO

EXPOSIÇÃO

CONCEITOS IMPORTANTES


EXPOSIÇÃO

NÃO HÁ CONTATO COM O MATERIAL RADIOATIVO

FONTE


CONTAMINAÇÃO EXTERNA

EXISTE CONTATO COM O MATERIAL RADIOATIVO EM FORMA DE PÓ, LÍQUIDO OU GÁS, SEM INALAÇÃO OU INGESTÃO.

SE FOR TRANSFERÍVEL


CONTATO COM O MATERIAL RADIOATIVO EM FORMA D E PÓ, LÍQUIDO OU GÁS, COM INALAÇÃO OU INGESTÃO.

CONTAMINAÇÃO

SE AINDA ESTIVER SENDO ELIMINADO

CONTAMINAÇÃO INTERNA


DOSE ABSORVIDA (Gy)

1 GRAY= 1 JOULE/KG: expressa a energia absorvida em 1 Kg de matéria quando uma radiação ionizante interage com ela

DOSE EQUIVALENTE (Sv)

Sievert= GY x F : expressa o dano biológico sobre o ser humano


Unidades de Medida de Radiação

• Atividade=1 Bequerel(Bq)=1 dps – número de desintegrações nucleares na unidade de tempo

• Dose absorvida= 1 Gray(Gy)=1J/Kg – a energia da radiação de 1 Joule é absorvida por 1 Kg do material

• Sievert= Gy x F – A dose equivalente em Svexpressa o dano biológico sobre o ser humano. F é o fator que qualifica o efeito de cada tipo de reação: RX e Gama e beta F=1 e alfa F=20


Unidades de Medida de Radiação

• O Curie (Ci) é uma unidade para atividade= 3,7 E07 Bq

• Roentgen(R) expressa a quantidadae de ionizações produzidas no ar (CNTP) por raios gama e X e equivqale a 1,6E15 pares de íons/Kg

• O rad assim como o Gy expressa a dose absorvida

• 1 Gy=100rad• Rem assim como o Sievert expressa o dano biológico causado pela

radiação

• 1 Sv= 100 rem


Dose e Efeito das Radiações

100 % probabilidade de morte

um a dois10 A 50

80 a 100 % probabilidade de morte

quatro a seis6 A 10

semelhante anterior 50% probabilidade de morte

quatro a seis2 A 6

Pequena queda nos leocócitos risco cancer a longo prazo

-----------------1 A 2

Náusea e vomitos-----------------0 A 1

Efeitos sobre o corpoPrazo para o surgimento dos sintomas

Medida de intensidade da radiação (Sv)


Efeitos Estocásticos

Célula modificada, pode levar a câncerou a efeitos hereditários.

A probabilidade do câncer induzido pela radiaçãoaumenta com a dose.

Não existe limiar de dose.

A severidade de um determinado efeito não é afetada pela dose

Efeitos Biológicos da Radiação


Efeitos Estocásticos

Nos descendentes:

Até o presente não se verificou esses efeitos

Entretanto estudos em animais e plantas

sugerem essa possibilidade.


Efeito DeterminísticoNúmero elevados de células mortas com colapso

do tecido.

Dezenas e Centenas Sv Existe um “ limiar de dose”A severidade do dano produzido aumenta com a

dose.


SÍNDROME DA IRRADIAÇÃO AGUDA

• CONJUNTO E SUCESSÃO DE SINTOMAS EM VÍTIMAS

DE ACIDENTES, ENVOLVENDO DOSES ELEVADAS DE

RADIAÇÃO PARA CORPO INTEIRO.

• SISTEMA CIRCULATÓRIO, PARTICULARMENTE O

HEMATOPOIÉTICO; SISTEMA GASTRINTESTINAL E

SISTEMA NERVOSO CENTRAL.



DOSEABSORVIDA

((Gy)

FORMA SINTOMAS

< 1 Infra-clínica Ausência de sintomas

1 a 2 Reações levesgeneralizadas

Astenia, náuseas, vômitos de 3a 6 h

2 a 4 Síndromehematopoiética

leve

Depressão da função medular(linfopenia, leucopenia,trombopenia, anemia).

Epilação. Máximo 3 semanas


DOSEABSORVIDA

(Gy)

FORMA SINTOMAS

4 a 6 Síndrome hematopoiética

grave

Depressão severa da função medular

6 a 7 Síndrome dosistema

gastrintestinal

Diarréia, vômitos

6 a 10 Síndrome pulmonar

Insuficiência respiratória aguda

> 10 Síndrome dosistema nervoso

central

Edema cerebral. Colapsocirculatório.Coma e morte



•

Princípios Básicos da Radioproteção :Justificação

Qualquer atividade envolvendo radiação ou exposição deve ser justificada em relação a outras alternativas e produzir um benefício líquido positivo para a sociedade

Otimização

O projeto, o planejamento do uso e a operação de instalação e de fontes de radiação devem ser feitos de modo a garantir que as exposições sejam tão reduzidas quanto razoavelmente exeqüível, levando-se em consideração fatores sociais e econômicos

Limitação da Dose Individual

As doses individuais de trabalhadores e de indivíduos do público não devem exceder os limites anuais de dose equivalente estabelecidos na norma CNEN NN-3.01


Limites de doses individuais

• Para indivíduo do público, as exposições normais decorrentes de todas as práticas não devem exceder a dose de 1mSv/ano.

• Para trabalhadores não deve exceder a 20 mSv/ano, média em 5 anos, não podendo ultrapassar a 50mSv em um único ano.


Tempo

Distancia

Blindagem

Minimização de dose


Principais usos da radiação

Medicina:

RadioisRadioisRadioisRadioisóóóótopotopotopotopo Energia Energia Energia Energia (keV)(keV)(keV)(keV)

MeiaMeiaMeiaMeia----VidaVidaVidaVida FinalidadeFinalidadeFinalidadeFinalidade

Co-60 1170, 1330 5,3 anos tratamento de câncer

Cs-137 662 30 anos tratamento de câncer

I-123 159 13,2 horas imagem da tireóide

I-125 28 60,2 dias determinações in vivo

I-131 364 8,0 horas imagem/terapia da tireóide

Tc-99m 140 6,0 horas imagem de órgãos/tecidos


INDÚSTRIA:



Co-60 1170, 1330 5,3 anos radiografia industrial, controle de processos

Cs-137 662 30 anos radiografia industrial, controle de processos

AGRICULTURA:



Co-60 1170, 1330 5,3 anos desinfestação de pragas, esterilização de alimentos

Cs-137 662 30 anos desinfestação de pragas, esterilização de alimentos


DETETORES DE RADIAÇÃO

A DETEÇÃO DAS RADIAÇÕES ÉBASEADA NA INTERAÇÃO QUÍMICA OU

FÍSICA DAS RADIAÇÕES COM A SUBSTÂNCIA SENSÍVEL DO DETETOR


MONITORES UTILIZADOS EM EMERGÊNCIA RADIOLÓGICA PELO SAER/CNEN


MALETA EBERLINE

SUPERFÍCIE

ÁREA

TODOS DETETORES GM


MALETA EBERLINE

0 - 2 R/h0 - 50 mR/h

0 - 60 KCPM

SONDAS DE SUPERFÍCIE

SONDAS DE ÁREA


TELETECTOR

ESCALA 0- 99 R/hBRAÇO 3,85cm

ESCALAS GRADUADAS EM mR/h

e R/h

DETETOR GM


MONITORAÇÃO PESSOAL

TLD

FILME DOSIMÉTRICO


Categorização de Fontes de Radiação Ionizante


Objetivos

�Apresentar um sistema simples e lógico de classificação de fontes de radiação ionizante, baseado no seu potencial de provocar danos à saúde humana (periculosidade)

�Subsidiar o planejamento da resposta a emergências:� na elaboração de Mapas de Risco� para nortear as ações protetoras

�Propiciar uma linguagem de fácil comunicação com o público e a imprensa


� Uma Fonte Perigosa é aquela que, uma vez fora de controle, possa levar a exposições suficientes para provocar severos efeitos determinísticos à saúde humana.

� Entende-se por efeito determinístico severo aquele que coloca em risco a vida ou resulte em dano que afete de maneira permanente a qualidade de vida.


�TECDOC-1344: Categorization of radioactive sources

�Julho de 2003

httphttp ://www://www --pub.pub. iaeaiaea..orgorg /MTCD//MTCD/publicationspublications //pdfpdf /te_1344_/te_1344_webweb ..pdfpdf


�As fontes são agrupadas levando em consideração as práticas

�Para informação ao público: as fontes são dividas em 5 categorias

�As categorias são baseadas num número: a razão A/D

Conceito de Fonte Perigosa


Qual o significado de A ?

É a atividade da fonte (em Becquerels).

Qual o significado de D ?

É a atividade a partir da qual uma fonte de radiação ionizante pode ser considerada como perigosa, caso não seja tratada de maneira segura, i.e., caso não obedeça o sistema regulatório do país.


Qual o significado da razão A/D ?

Este número pode ser utilizado para determinar a categoria (de periculosidade) de uma fonte de radiação.

Como calcular ?

O TECDOC EPR-Method, em seu Apêndice 18 fornece uma metodologia simples para isso.

Conceito de Fonte Perigosa


< 0,015

0,01 - 14

1 - 103

10 - 10002

> 10001

A / DCATEGORIA


�Fonte Não-Perigosa

�Nenhuma lesão permanente é esperada devido à manipulação dessa quantidade de material radioativo.

A / D < 0,01

Categoria 5


� Fonte Provavelmente Não-Perigosa

� É muito pouco provável que alguém possa sofrer uma lesão permanente manipulando esta quantidade de material radioativo.

� É possível a ocorrência de algum efeito temporário para exposições com a duração de algumas semanas.

A / D = 0,01 A / D = 0,01 –– 1,01,0

Categoria 4


� Fonte Perigosa

� Esta quantidade de material radioativo pode causar lesões permanentes em exposições com duração de algumas horas.

� Embora pouco provável, pode levar ao óbito em exposições pelo período de dias até semanas.

A / D = 1,0 A / D = 1,0 –– 10,010,0Categoria 3


� Fonte Muito Perigosa

� Esta quantidade de material radioativo pode causar lesões permanentes em exposições com duração de alguns minutos.

� Pode levar ao óbito em exposições pelo período de horas até dias.

A / D = 10,0 A / D = 10,0 –– 10001000Categoria 2


� Fonte Extremamente Perigosa

� Esta quantidade de material radioativo pode causar lesões permanentes em exposições com duração de alguns segundos.

� Pode levar ao óbito em exposições pelo período de minutos a uma hora.

A / D > 1000A / D > 1000Categoria 1


Acidente Radiológico no Irã, 1996

�Fonte abandonada

�Ir-192: 0,185 TBq

�2 horas no bolso

�Lesão grave

�Ameaça à vida

�A / D = 2,3

�Categoria 3


Acidente Radiológico na Tailândia, 2000

�Fonte roubada e desmontada num ferro-velho

�Co-60: 15,7 TBq

�3 Mortes

�A / D = 520

�Categoria 2


Acidente Radiológico de Goiânia, 1987

�Fonte roubada e desmontada num ferro-velho

�Cs-137: 51 TBq

�4 Mortes

�A / D = 510

�Categoria 2


Roubo de Fonte, RJ 2004

�Fonte roubada

�Kr-85: 3,7 GBq

�Nunca encontrada

�A / D = 1,2 x 10 -4

�Categoria 5


FIM


Espectro eletromagnétic

o


Z Nome Símbolo Z Nome Símbolo Z Nome Símbolo

1 hidrogênio H 10 neônio Ne 19 potássio K

2 hélio He 11 sódio Na 20 cálcio Ca

3 lítio Li 12 magnésio Mg 21 escândio Sc

4 berilo Be 13 alumínio Al 22 titânio Ti

5 boro B 14 silício Si 23 vanádio V

6 carbono C 15 fósforo P 24 cromo Cr

7 nitrogênio N 16 enxofre S 25 manganês Mn

8 oxigênio O 17 cloro Cl 26 ferro Fe

9 flúor F 18 argônio Ar 27 cobalto Co



28 níquel Ni 37 rubídio Rb 46 paládio Pd

29 cobre Cu 38 estrôncio Sr 47 prata Ag

30 zinco Zn 39 ítrio Y 48 cádmio Cd

31 gálio Ga 40 zircônio Zr 49 índio In

32 germânio Ge 41 nióbio Nb 50 estanho Sn

33 arsênio As 42 molibdênio Mo 51 antimôn

io

Sb

34 selênio Se 43 tecnécio Tc 52 telúrio Te

35 bromo Br 44 rutênio Ru 53 iodo I

36 criptônio Kr 45 ródio Rh 54 xenônio Xe



55 césio Cs 64 gadolíneo Gd 73 tântalo Ta

56 bário Ba 65 térbio Tb 74 tungstêni

o

W

57 lantânio La 66 disprósio Dy 75 rênio Re

58 cério Ce 67 hólmio Ho 76 ósmio Os

59 praseodímeo Pr 68 érbio Er 77 irídio Ir

60 neodímeo Nd 69 túlio Tm 78 platina Pt

61 promécio Pm 70 itérbio Yb 79 ouro Au

62 samário Sm 71 lutécio Lu 80 mercúrio Hg

63 európio Eu 72 háfnio Hf 81 tálio Tl


DISTÂNCIA

Minimização de dose - 2


BLINDAGEM

Minimização de dose - 3

Introdução à Física das Radiações e Radioproteção

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