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Introdução à Física das Radiações e Radioproteção
Introdução à Física das Radiações e Radioproteção Bete Figueiredo [email protected] DIPLAN – Distrito do Planalto Central Estrutura do Átomo Núcleo: prótons e nêutrons Eletrosfera : elétrons DIPLAN – Distrito do Planalto Central DIPLAN – Distrito do Planalto Central DIPLAN – Distrito do Planalto Central 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 DIPLAN – Distrito do Planalto Central DIPLAN – Distrito do Planalto Central DIPLAN – Distrito do Planalto Central Emissão de β- e de β+ (pósitron) n → p + β- + ν A → β- + X Z A +Q Y Z+1 p→ n + β+ + ν A → β+ + A +Q X Y Z Z-1 DIPLAN – Distrito do Planalto Central Partícula alfa – 2 prótons e 2 nêutrons Partícula Beta - elétron ou pósitron Radiação γ - Radiação eletromagnética Diferencia-se dos raios X devido à sua origem nuclear DIPLAN – Distrito do Planalto Central Produção de raios X DIPLAN – Distrito do Planalto Central Produção de Raios X Elétrons acelerados pela diferença de potencial Elétrons DIPLAN – Distrito do Planalto Central + Espectro eletromagnético DIPLAN – Distrito do Planalto Central 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. DIPLAN – Distrito do Planalto Central EXPOSIÇÃO HUMANA À RADIAÇÃO NATURAL Alimentos e Cósmica águas 17% 13% Rdn Solos 20% Radônio ar Dose média da população mundial: 2,4 mSv/a Quando a vida começou o nível era 3 a 5 vezes mais elevado DIPLAN – Distrito do Planalto Central Radioatividade natural no organismo humano Radionuclídeo K-40 Dose ( mSv/ano) 0,150 Ra-226 0,010 Pb-210 0,003 C-14 0,010 DIPLAN – Distrito do Planalto Central Radiação Cósmica • Elétrons, nêutrons, mésons, neutrinos, núcleos leves e radiação gama provenientes do espaço sideral. Localidade Altitude (m) La Paz,Bolívia 3900 Dose efetiva (µSv/a) 2020 Quito, Equador 2840 1130 Denver, USA Nível do mar 1610 ----- 570 270 DIPLAN – Distrito do Planalto Central DIPLAN – Distrito do Planalto Central Ionização do Átomo • O átomo recebe energia suficiente para arrancar o elétron de seu orbital Elétron ejetado Energia DIPLAN – Distrito do Planalto Central Excitação do Átomo • O átomo recebe energia suficiente para transferir o elétron de uma camada mais interna para uma camada mais externa do átomo Energia DIPLAN – Distrito do Planalto Central Interação da Radiação com a matéria: Efeito Fotoelétrico DIPLAN – Distrito do Planalto Central Efeito Compton DIPLAN – Distrito do Planalto Central DIPLAN – Distrito do Planalto Central O exemplo acima refere-se ao Iodo-131, cuja meia vida é de 8 dias DIPLAN – Distrito do Planalto Central * Atividade de 100g de material DIPLAN – Distrito do Planalto Central PODER DE PENETRAÇÃO DAS RADIAÇÕES DIPLAN – Distrito do Planalto Central Poder de Penetração βeγ RAIOS α, β e γ γ γ FONTE PAPEL DIPLAN – Distrito do Planalto Central LÂMINA METÁLICA CHUMBO DIPLAN – Distrito do Planalto Central DIPLAN – Distrito do Planalto Central Lei do Inverso do Quadrado DIPLAN – Distrito do Planalto Central CONCEITOS IMPORTANTES EXPOSIÇÃO CONTAMINAÇÃO DIPLAN – Distrito do Planalto Central EXPOSIÇÃO NÃO HÁ CONTATO COM O MATERIAL RADIOATIVO FONTE DIPLAN – Distrito do Planalto Central CONTAMINAÇÃO EXTERNA EXISTE CONTATO COM O MATERIAL RADIOATIVO EM FORMA DE PÓ, LÍQUIDO OU GÁS, SEM INALAÇÃO OU INGESTÃO. SE FOR TRANSFERÍVEL DIPLAN – Distrito do Planalto Central CONTAMINAÇÃO INTERNA CONTATO COM O MATERIAL RADIOATIVO EM FORMA DE PÓ, LÍQUIDO OU GÁS, COM INALAÇÃO OU INGESTÃO. CONTAMINAÇÃO SE AINDA ESTIVER SENDO ELIMINADO DIPLAN – Distrito do Planalto Central 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 DIPLAN – Distrito do Planalto Central 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 Sv expressa 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 DIPLAN – Distrito do Planalto Central 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 DIPLAN – Distrito do Planalto Central Dose e Efeito das Radiações Medida de intensidade da radiação (Sv) Prazo para o surgimento dos sintomas Efeitos sobre o corpo 0 A 1 ----------------- Náusea e vomitos 1 A 2 ----------------- Pequena queda nos leocócitos risco cancer a longo prazo 2 A 6 quatro a seis semelhante anterior 50% probabilidade de morte 6 A 10 quatro a seis 80 a 100 % probabilidade de morte 10 A 50 um a dois 100 % probabilidade de morte DIPLAN – Distrito do Planalto Central Efeitos Biológicos da Radiação Efeitos Estocásticos Célula modificada, pode levar a câncer ou a efeitos hereditários. A probabilidade do câncer induzido pela radiação aumenta com a dose. Não existe limiar de dose. A severidade de um determinado efeito não é afetada pela dose DIPLAN – Distrito do Planalto Central Efeitos Estocásticos Nos descendentes: Até o presente não se verificou esses efeitos Entretanto estudos em animais e plantas sugerem essa possibilidade. DIPLAN – Distrito do Planalto Central Efeito Determinístico Número 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. DIPLAN – Distrito do Planalto Central 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. DIPLAN – Distrito do Planalto Central SÍNDROME DA IRRADIAÇÃO AGUDA DOSE ABSORVIDA ((Gy) FORMA SINTOMAS <1 Infra-clínica Ausência de sintomas 1a2 Reações leves generalizadas Astenia, náuseas, vômitos de 3 a6h 2a4 Síndrome hematopoiética leve Depressão da função medular (linfopenia, leucopenia, trombopenia, anemia). Epilação. Máximo 3 semanas DIPLAN – Distrito do Planalto Central SÍNDROME DA IRRADIAÇÃO AGUDA DOSE ABSORVIDA (Gy) FORMA SINTOMAS 4a6 Síndrome hematopoiética grave Síndrome do sistema gastrintestinal Síndrome pulmonar Depressão severa da função medular Síndrome do sistema nervoso central Edema cerebral. Colapso circulatório.Coma e morte 6a7 6 a 10 > 10 DIPLAN – Distrito do Planalto Central Diarréia, vômitos Insuficiência respiratória aguda 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 DIPLAN – Distrito do Planalto Central 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. DIPLAN – Distrito do Planalto Central Minimização de dose Tempo Distancia Blindagem DIPLAN – Distrito do Planalto Central Principais usos da radiação Medicina: Radioisó Radioisótopo Energia (keV) MeiaMeia-Vida Co-60 1170, 1330 5,3 anos tratamento de câncer Cs-137 662 30 anos tratamento de câncer I-123 159 13,2 horas 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 DIPLAN – Distrito do Planalto Central Finalidade imagem da tireóide INDÚSTRIA: Radioisó Radioisótopo Energia (keV) MeiaMeia-Vida Finalidade Co-60 1170, 1330 5,3 anos radiografia industrial, controle de processos Cs-137 662 30 anos radiografia industrial, controle de processos AGRICULTURA: Radioisó Radioisótopo Energia (keV) MeiaMeia-Vida Finalidade Co-60 1170, 1330 5,3 anos desinfestação de pragas, esterilização de alimentos Cs-137 662 30 anos desinfestação de pragas, esterilização de alimentos DIPLAN – Distrito do Planalto Central DETETORES DE RADIAÇÃO A DETEÇÃO DAS RADIAÇÕES É BASEADA NA INTERAÇÃO QUÍMICA OU FÍSICA DAS RADIAÇÕES COM A SUBSTÂNCIA SENSÍVEL DO DETETOR DIPLAN – Distrito do Planalto Central MONITORES UTILIZADOS EM EMERGÊNCIA RADIOLÓGICA PELO SAER/CNEN DIPLAN – Distrito do Planalto Central MALETA EBERLINE TODOS DETETORES GM SUPERFÍCIE ÁREA DIPLAN – Distrito do Planalto Central MALETA EBERLINE 0 - 2 R/h 0 - 50 mR/h 0 - 60 KCPM SONDAS DE ÁREA DIPLAN – Distrito do Planalto Central SONDAS DE SUPERFÍCIE TELETECTOR ESCALA 0 - 99 R/h BRAÇO 3,85cm DETETOR GM ESCALAS GRADUADAS EM mR/h e R/h DIPLAN – Distrito do Planalto Central MONITORAÇÃO PESSOAL FILME DOSIMÉTRICO TLD DIPLAN – Distrito do Planalto Central Categorização de Fontes de Radiação Ionizante DIPLAN – Distrito do Planalto Central 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 DIPLAN – Distrito do Planalto Central 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. DIPLAN – Distrito do Planalto Central TECDOC-1344: Categorization of radioactive sources Julho de 2003 http ://www pub.iaea .org/MTCD/publications/pdf/te_1344_web.pdf DIPLAN – Distrito do-Planalto Central Conceito de Fonte Perigosa 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 DIPLAN – Distrito do Planalto Central 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. DIPLAN – Distrito do Planalto Central Conceito de Fonte Perigosa 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. DIPLAN – Distrito do Planalto Central CATEGORIA A/D 1 > 1000 2 10 - 1000 3 1 - 10 4 0,01 - 1 5 < 0,01 DIPLAN – Distrito do Planalto Central Categoria 5 A / D < 0,01 Fonte Não-Perigosa Nenhuma lesão permanente é esperada devido à manipulação dessa quantidade de material radioativo. DIPLAN – Distrito do Planalto Central Categoria 4 A / D = 0,01 – 1,0 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. DIPLAN – Distrito do Planalto Central Categoria 3 A / D = 1,0 – 10,0 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. DIPLAN – Distrito do Planalto Central Categoria 2 A / D = 10,0 – 1000 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. DIPLAN – Distrito do Planalto Central Categoria 1 A / D > 1000 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. DIPLAN – Distrito do Planalto Central 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 DIPLAN – Distrito do Planalto Central Acidente Radiológico na Tailândia, 2000 Fonte roubada e desmontada num ferro-velho Co-60: 15,7 TBq 3 Mortes A / D = 520 Categoria 2 DIPLAN – Distrito do Planalto Central Acidente Radiológico de Goiânia, 1987 Fonte roubada e desmontada num ferro-velho Cs-137: 51 TBq 4 Mortes A / D = 510 Categoria 2 DIPLAN – Distrito do Planalto Central Roubo de Fonte, RJ 2004 Fonte roubada Kr-85: 3,7 GBq Nunca encontrada A / D = 1,2 x 10-4 Categoria 5 DIPLAN – Distrito do Planalto Central FIM DIPLAN – Distrito do Planalto Central Espectro eletromagnétic o DIPLAN – Distrito do Planalto Central 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 DIPLAN – Distrito do Planalto Central Z Nome Símbolo Z Nome Símbolo Z Nome Símbolo 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 DIPLAN – Distrito do Planalto Central Z Nome Símbolo Z Nome Símbolo Z Nome Símbolo 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 DIPLAN – Distrito do Planalto Central Minimização de dose - 2 DISTÂNCIA DIPLAN – Distrito do Planalto Central Minimização de dose - 3 BLINDAGEM DIPLAN – Distrito do Planalto Central
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