Unidade 1 Física da Radiação

1. Unidade 1 Física da Radiação

2. - O que é radiação? • - Origem das radiações? • - Como interagem com o corpo humano? • - Como podemos utilizá-las?

3. Radiação Corresponde a uma propagação de energia, sendo dividida geralmente em dois grupos: Radiação corpuscular e Radiação eletromagnética Energia de uma partícula: Energia de uma onda eletromagnética: Dualidade onda-partícula:

4. Tipos de Radiação Dependendo da quantidade de energia, uma radiação pode ser descrita como não ionizante ou ionizante. Radiações não ionizantes possuem relativamente baixa energia. Ondas eletromagnéticas como a luz, calor e ondas de rádio são formas comuns de radiações não ionizantes. Altos níveis de energia, radiações ionizantes, são originadas do núcleo de átomos radioativos podendo alterar o estado físico de um átomo. Radiações ionizantes: alfa, beta e gama e raio x

5. Origem das radiações Modelo de Bohr a ) Um sistema atômico possui um número de estados (camadas) nos quais os elétrons não emitem radiação. São chamados de estados estacionários do sistema, isto é, a energia permanece constante. b) Qualquer emissão ou absorção de radiação deve corresponder à uma transição entre dois estados estacionários. A variação de energia entre dois estados estacionários determina a energia associada. O elétron irradia quando salta de um estado estacionário para outro mais interno, sendo a energia irradiada dada por E = hf = Ei-Ef, onde h é a constante de Planck (6.63 x 10-34 J.s = 4.14 x 10-15 ev.s), f é a freqüência da radiação emitida, Ei e Ef são energias dos estados inicial e final.

6. Origem das radiações • Núcleo atômico: Constituído basicamente de prótons e nêutrons • O número de prótons determina o número atômico e é representado por Z • A massa de um átomo é dado por A=Z+N onde N é o número de nêutrons A identificação dos elementos químicos é dado por Z e A. Ex: possui Z=92, A=238 e N=238-92=146 • Alterar Z significa alterar o elemento químico. Ex: Z=92 > Urânio, Z=91 > Proctanídeo • Alterar A não significa alterar o elemento. Ex: muda os nêutrons: isótopos

8. Radioatividade: (Instabilidade) Atividade capaz de emitir radiação Emissão de radiação decorrente de decaimento ocorrido no núcleo atômico. Núcleos de determinados elementos químicos emitem espontaneamente radiações. Esses elementos são chamados radiativos Os elementos radioativos são todos que tem Z > 82 e emitem três espécies de radiações: , β e γ : carga positiva, núcleos de Hélio β: carga negativa, corrente de elétrons γ: não possui carga, radiação eletromagnética

9. Partículas  Constituída por 2 prótons e 2 nêutrons. O número atômico fica reduzido de 2 unidades e a massa de 4 unidades. O urânio 238 é um emissor . Com a emissão de uma partícula , o urânio transforma-se no elemento Tório 234. Quando o número de prótons e nêutrons é elevado, o núcleo pode se tornar instável devido à repulsão elétrica entre os prótons, que pode superar a força nuclear atrativa. Nesses casos pode ocorrer a emissão pelo núcleo de partículas alfa. As partículas Alfa, podem ser facilmente detidas, até mesmo por uma folha de papel, elas em geral não conseguem ultrapassar as camadas externas de células mortas da pele de uma pessoa, sendo assim praticamente inofensivas. Entretanto podem ocasionalmente, penetrar no organismo através de um ferimento ou por aspiração, provocando, nesse caso lesões graves. Têm baixa velocidade comparada a velocidade da luz (20 000 km/s).

10. A radiação beta ou partícula : É uma forma de radiação emitida por certos tipos de núcleos radiativos. O decaimento beta é amplamente utilizado na medicina para o tratamento de câncer e diagnósticos médicos. Esta radiação corresponde a elétrons de alta energia ou pósitrons emitidos de núcleos atômicos num processo conhecido como decaimento beta. Existem duas formas de decaimento beta, β− e β+. a)No decaimento β−, um nêutron é convertido num próton, com emissão de um elétron e de um antineutrino de elétron: b)No decaimento β+, um próton é convertido num nêutron, com a emissão de um pósítron, e de um neutrino de elétron: Partículas beta têm um alcance de aproximadamente 10 vezes maior do que partículas alfa. Elas são completamente paradas por uns poucos milímetros de alumínio.

12. Radiação gama (γ) Ao contrário das radiações Alfa e Beta, que são constituídas por partículas, a radiação gama é formada por ondas eletromagnéticas emitidas por núcleos instáveis. EX:O Césio-137 ao emitir uma partícula Beta, seus núcleos se transformam em Bário-137. No entanto, pode acontecer de, mesmo com a emissão, o núcleo resultante não eliminar toda a energia de que precisaria para se estabilizar. A emissão de uma onda eletromagnética (radiação gama) ajuda um núcleo instável a se estabilizar. É importante dizer que, das várias ondas eletromagnéticas (radiação gama, raios-X, microondas, luz visível, etc), apenas os raios gama são emitidos pelos núcleos atômicos. Os raios gama são extremamente penetrantes, sendo detido somente por uma parede de concreto ou metal. Têm velocidade igual à velocidade da luz (300 000 km/s).

13. Raios-X Para obter-se raios-X, uma máquina acelera elétrons e os faz colidir contra uma placa de chumbo, ou outro material. Na colisão, os elétrons perdem a energia cinética, ocorrendo uma transformação em calor (quase a totalidade) e um pouco de raios-X. Estes raios atravessam corpos que, para a luz habitual, são opacos. O expoente de absorção deles é proporcional à densidade da substância. Por isso, com o auxílio dos raios X é possível obter uma fotografia dos órgãos internos do homem. Nestas fotografias, distinguem-se bem os ossos do esqueleto e detectam-se diferentes deformações dos tecidos brandos. A grande capacidade de penetração dos raios X e as suas outras particularidades estão ligadas ao fato de eles terem um comprimento de onda muito pequeno.

14. Poder de penetração

18. Aplicações a)Saúde Radioterapia Consiste na utilização da radiação gama ou raios X para o tratamento de tumores, eliminando células cancerígenas e impedindo o seu crescimento. O tratamento consiste na aplicação programada de doses elevadas de radiação, com a finalidade de atingir as células cancerígenas, causando o menor dano possível aos tecidos intermediários ou adjacentes. Braquiterapia Trata-se de radioterapia localizada para tipos específicos de tumores e em locais específicos do corpo humano. Para isso são utilizadas fontes radioativas emissoras de radiação gama de baixa e média energia. A principal vantagem é devido à proximidade da fonte radioativa. Esta afeta mais precisamente as células cancerígenas e danifica menos os tecidos e órgãos próximos. Aplicadores São fontes radioativas de emissão beta distribuídas numa superfície. Muito usado em aplicadores dermatológicos e oftalmológicos. O princípio de operação é a aceleração do processo de cicatrização de tecidos submetidos a cirurgias, evitando sangramentos, de modo semelhante a uma cauterização superficial. A atividade das fontes radioativas é baixa e não oferece risco de acidente significativo sob o ponto de vista radiológico. Radioisótopos Existem terapias medicamentosas que contêm radioisótopos que são administrados ao paciente por meio de ingestão ou injeção, com a garantia da sua deposição preferencial em determinado órgão ou tecido do corpo humano. EX: isótopos de iodo para o tratamento do câncer na tiróide.

19. b)Diagnóstico: Radiografia A radiografia é uma imagem obtida, por um feixe de raios X ou raios gama que atravessa a região de estudo e interage com uma emulsão fotográfica ou tela fluorescente. Para evitar exposição desnecessária, deve-se ficar o mais distante possível, no momento do disparo do feixe ou protegido por um biombo com blindagem de chumbo. Mamografia Auxilia na prevenção e na redução de mortes por câncer de mama. Como o tecido da mama é difícil de ser examinado com o uso de radiação penetrante, devido às pequenas diferenças de densidade e textura de seus componentes como o tecido adiposo, a mamografia possibilita somente suspeitar e não diagnosticar um tumor maligno. O diagnóstico é complementado pelo uso da biópsia e ultrasonografia. A imagem é obtida com o uso de um feixe de raios X de baixa energia, produzidos em tubos especiais, após a mama ser comprimida entre duas placas. O risco associado à exposição à radiação é mínimo, principalmente quando comparado com o benefício obtido.

20. Proteção radiológica Devido aos danos biológicos causados pela exposição à radiação, foi necessário estabelecer meios de proteção aos que trabalham com radiação e a população em geral Três grandezas físicas são definidas para medir a radiação 1- Exposição (X) 2- Dose Absorvida (D) 3- Dose Equivalente (H) 1- Exposição (X): Raios x e raios γ Onde ΔQ é a soma das cargas elétricas de todos os íons produzidos no ar quando todos os elétrons arrancados pelos fótons são completamente freados num elemento de volume de ar cuja massa é Δm A unidade de exposição é o roentgen (R): 1R=2,58x10-4 C/kg EX: Um feixe de raios x ioniza átomos de um material sendo que na interação, 3x105 elétrons são ejetados deste material. Sabendo que estes elétrons emitidos são completamente freados por uma massa de ar de 102 kg, calcule a exposição a que está submetido este material.

21. 2- Dose Absorvida (D): Mais adequada as mudanças químicas e biológicas que ocorrem, por exemplo, no tecido exposto à radiação.Definida como sendo a energia E absorvida da radiação pela massa m do observador. A unidade de dose absorvida é gray (Gy): 1 Gy = 1 J/kg EX: Injeta-se intravenosamente mercúrio-197 que emite radiação gama em um paciente com 74kg. Calcule a dose absorvida pelo paciente se a energia total absorvida pelo organismo do paciente for 7,4x10-2 J. 3- Dose Equivalente (H): Os efeitos químicos e biológicos que ocorrem num meio exposto à radiação dependem não só da dose absorvida, mas também do tipo de radiação incidente. EX: O dano causado em uma pessoa será diferente para uma mesma dose de radiação gama ou nêutrons. Para levar em conta estes fatores, foi definido H como sendo o produto da dose absorvida D pelo fator de qualidade Q (adimensional) onde Q está relacionado aos maiores danos biológicos. H = D.Q A unidade de dose equivalente é o sievert (Si)

22. EX: Uma pessoa ingere uma pequena quantidade de trítio que emite radiação beta de 18kev. A dose média absorvida pelo tracto gastrintestinal é de 500 mGy. Determine a dose equivalente. Limites Máximos Permissíveis (LMP): Diferentes para quem trabalha com radiação, do público em geral. Limite anual de 50 mSv para os que trabalham com radiação. Limite de 5 mSv para indivíduos do público em geral. EX: Determine a dose equivalente máxima permissível por hora um trabalhador com radiação. • Precauções para trabalhadores • Exposição interna • Usar máscaras evitando a inalação de gases radioativos • Não pipetar com a boca, não colocar dedos na boca e não fumar nos locais de trabalho. Lavar as mãos com água e sabão • Utilizar luvas e roupas especiais pois alguns produtos como o trítio podem ser absorvidos pelo organismo através da pele, principalmente quando houver cortes ou arranhões

23. Exposição externa Três fatores: tempo, distância e blindagem De forma geral, a exposição X é diretamente proporcional ao tempo e inversamente proporcional ao quadrado da distância em relação a fonte, isto é: Onde k é uma constante que depende da fonte. Como minimizar os efeitos da radiação as exposições externas • Permanecer o mínimo tempo possível próximo à fonte de radiação, • Trabalhar à máxima distância possível da fonte, • Usar blindagens adequadas, para diminuir ou para atenuar • completamente a radiação EX: A taxa de dose equivalente para um trabalhador com radiação gama é de 1,5 mSv/h a 1m da fonte. Sabendo-se que a máxima taxa de dose equivalente permissível para este trabalhador é de 0,025mSv/h, a que distância da fonte ele poderá permanecer?

24. - O que é radiação? • - Origem das radiações? • - Como interagem com o corpo humano? • - Como podemos utilizá-las?

25. Teste 1: Qual a relação entre as órbitas eletrônicas e a emissão luminosa proposta por Bohr? Teste 2: Por que a maior parte das partículas alfa lançadas contra uma fina folha de ouro emergem dela praticamente sem sofrer desvio? Teste 3: Por que algumas das partículas alfa arremessadas contra a fina folha de ouro ricocheteiam nela? Teste 4: Qual o número de prótons e de nêutrons de um elemento radioativo que emite uma partícula alfa