RADIAÇÕES IONIZANTES
HISTÓRICO
Histórico da radiação
1) 08/11/1895 - Wilhem Konrad Roentgen observou um fraco brilho esverdeado numa tela fluorescente ativado por um tipo de emanação desconhecida de um tubo de crookes exitado eletrostaticamente
2) 28/12/1895 - Roentgen escreve o primeiro trabalho: “On a New Kind of Ray” para a Bavarian Physical medical Society.
3) 05/01/1896 - O Viena Press publica um resumo e a notícia se espalha rapidamente no mundo
4) Um dia após a chegada do relatório nos USA, Thomas A. Edson começa a trabalhar no assunto.
5) Durante o ano de 1896, a revista Medical record (NY) publica 28 referências sobre os Roentgen Rays ou X Rays.
6) Antes do final do ano, trabalhadores sofrem severas reações devido aos raios X. Uma assistente de T. Edson - Clarence Doll - talvez tenha sido a primeira que sabidamente morreu de câncer induzido por raios X.
7) No mesmo mês (nov/1895) da descoberta de Roentgen, A. H. Becquerel descobriu que algum tipo de raio similar ao raio X era continuamente emitido por compostos de urânio natural.
8) Em 12/1898, Pierre e Marie Curie anunciavam, a partir de compostos de urânio, a descoberta de um material altamente radioativo, que chamaram de RADIUM. Era constituído de três tipos de raio; um deles foi chamado de Raios Gama - com menor energia, mas maior capacidade de penetração.
9) Os Raios Gama pareciam atuar em tecidos vivos. Em 1901, Becquerel sofreu queimaduras por causa de um frasco de Radium que levava no bolso; Pierre Curie queimou sou braço intencionalmente. Estes fatos levaram à idéia que o Radium tinha propriedades medicinais. Curie levou Ra ao Hospital S. Louis (Paris), onde se iniciou a aplicação em doenças dermatológicas.
10) A pesquisa mostrou que os raios do Ra tinham efeito bactericida. Sementes perdiam o poder de germinação, protozoários mostravam anormalidades e retardo no desenvolvimento.
11) Histologias de tecidos irradiados foram estudadas por Bergonie e Tribondeau, que elaboraram a lei: “células imaturas em estado de divisão são mais sensíveis à irradiação do que células adultas ou estacionadas.”
12) Em 1903, o efeito esterilizante dos RX foi observado. Em mais alguns anos, Bardeen observou que ovos de rã fertilizados por espermas e irradiados com RX desenvolviam anormalidades.
13) Em 1927 H.J. Muller estudou em Drosophila que RX e raios gama produziam mutações hereditárias.
14) Nas duas décadas seguintes, vários eventos aconteceram: fontes poderosas de RX e Raios Gama; gramas de Ra forma isoladas; fontes de alta voltagem como Van der Graaff foram construídas; em 1961, E. O. Lawrence e col. iniciaram o desenvolvimento do acelerador linear, que levou à invenção de Cyclotrons; os riscos do uso da radiação foram reconhecidos e regras forma estabelecidas; radioisótopos como 198Au, 60Co, 137Cs, 90Sr tornaram-se disponíveis em larga escala.
Primeira radiografia de parte do corpo humano
TIPOS DE RADIAÇÃO
CORPUSCULARES ALFA
BETA
ELETROMAGNÉTICA Raios X
GAMA
RADIAÇÕES CORPUSCULARES
NÚCLEO DE HÉLIO = 2 PROTONS + 2 NEUTRONS
CARGA POSITIVA
PARTÍCULA ALFA
PARTÍCULA BETA
ELÉTRON COM CARGA NEGATIVA
MASSA 1/7000 DA PARTÍCULA ALFA
DESVIADAS POR CAMPO MAGNÉTICO
ALTA IONIZAÇÃO ESPECÍFICA
RADIAÇÕES ELETROMAGNÉTICAS
SEM MASSA E SEM CARGA
NÃO SÃO DESVIADAS POR CAMPO MAGNÉTICO
ALTO PODER DE PENETRAÇÃO NA MATÉRIA
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 )Partículas carregadas (e-, , p, 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 MeVou
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 p, 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
Raios são radiações eletromagnéticas que acompanham transições nucleares.
Raios X são radiações eletromagnéticas que acompanham transições eletrônicas.
Principais processos de interação
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
rved
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
PENETRABILIDADE NA MATÉRIA
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 (1976)
1Gy = 1 J/kg = 100 rad
ROENTGEN unidade de exposição e está relacionada à habilidade de raios X ionizarem o ar; para raios X e 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 ATIVIDADE de um radionuclídeo que possui 3,7 x 1010 desintegrações/segundo.
1 Ci = 3,7 x 10 10 desintegrações por segundo
MEIA - VIDA tempo médio para que metade dos átomos de um elemento radioativo decaiam.
T 1/2 = (ln2)/ , onde é a constante de decaimento
BEQUEREL unidade de atividade
1 Bq = 1dps = 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
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
A-400 320nmB-320 290 nmC-290 200nm
Tempo e efeito radiação
Estágio Tempo Ação Efeito
Físico < 10-14 s Deposição de energia na água – orgânicos e inorgânicos na proporção aproximada das massas
Excitação dos compostos e absorção de luz
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
Tempo e efeito da radiação
Estágio Tempo Ação Efeito
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
Tempo e efeito 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
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
Estágio Tempo Ação Efeito
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