Introdução à Física das Radiações e Radioproteção

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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