Proteção radiológica e dosimetria

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Este livro apresenta os princípios basilares das diferentes radiações e da desintegração nuclear. Traz informações sobre contaminação e irradiação, bem como os efeitos genéticos e biológicos da radiação ionizante. Comenta sobre as doenças decorrentes da exposição por radiação, e analisa os níveis de exposição e os impactos causados em um feto. Classifica as consequências biológicas de interesse em proteção radiológica. Discorre sobre a questão da dosimetria, destacando medidas de radiação, detectores e aplicação. Identifica ações mais eficazes de proteção radiológica, de resíduos radioativos e cálculo de barreira.O conteúdo pode ser aplicado para o curso técnico em Radiologia, entre outros.Possui material de apoio.

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1.1 Estrutura da matéria

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Princípios Básicos das Diferentes

Radiações

1

Para começar

Este capítulo tem por objetivo explorar os conceitos básicos dos principais fenômenos da física nuclear e suas diferentes radiações.

Uma análise física fará você perceber que todas as coisas podem ser classificadas como matéria ou energia.

As informações citadas são a base necessária para compreender os princípios da radiação nas suas diversas formas de apresentar e interagir.

1.1 Estrutura da matéria

Podemos afirmar que o átomo é definido como uma estrutura elementar da matéria e pode ser representado como um núcleo, composto de prótons e nêutrons, e uma eletrosfera de elétrons, como ilustra a Figura 1.1. Esse modelo é conhecido como átomo de Bohr.

11

Adaptado de logos2012/Shutterstock.com

Figura 1.1 – Átomo de Bohr.

Este núcleo é infinitamente pequeno: dimensões da ordem de 10-14 m (0,00000000000001 m); ainda assim, constitui a maior parte da massa do átomo.

 

1.2 Tipos e características de radiações ionizantes

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Tabela 1.2 – Representação de alguns átomos naturais

Elemento

Distribuição dos elétrons nas camadas

Camadas

Hidrogênio

1 elétron

K

Hélio

2 elétrons

K

Lítio

3 elétrons

Representação atômica

2 elétrons – K

1 elétron – L

A estrutura atômica normalmente é representada pela notação:

AX

Z

em que:

X = elemento químico;

A = número de massa (quantidade de prótons + nêutrons);

Z = número atômico (número de prótons no núcleo);

N = número de nêutrons.

Logo:

A=Z+N

1.2 Tipos e características de radiações ionizantes

Para justificar a radioatividade e a transmutação espontânea dos elementos, foram estabelecidos três postulados (fatos reconhecidos, mas não demostrados), que são:

14

dosimetria-cap-01.indd 14

Proteção Radiológica e Dosimetria

8/1/18 3:05 PM

1) Os elementos radioativos transmutam-se espontaneamente de uma espécie química para uma outra diferente.

 

1.3 Partículas e ondas

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1.3 Partículas e ondas

Como dito anteriormente, as radiações nucleares podem ser de dois tipos:

»»

Partículas: possuem massa, carga elétrica e velocidade.

»»

Ondas eletromagnéticas: não possuem massa e se propagam na velocidade da luz (aproximadamente 300.000 km/s). Essas ondas são da mesma natureza da luz e das ondas de transmissões de rádio e TV.

Essas radiações, quando atingem um átomo ou molécula, podem surtir os efeitos: Compton, fotoelétrico e produção de pares.

1.3.1 Efeito Compton

Você já aprendeu que nos raios X a interação com elétrons pode ocorrer também nas camadas mais externas e que não só espalha os raios X como também reduz sua energia e, ainda, ioniza os

átomos. A essa interação chamamos espalhamento Compton ou efeito Compton (Figura 1.3).

No modelo proposto por Compton, a radiação X incidente (fenômeno Compton) consiste em uma colisão entre um fóton e um elétron livre (última camada eletrônica do átomo) que é arrancado de sua camada, adquirindo energia cinética e deixando esse átomo ionizado. Esse elétron ejetado é chamado de elétron secundário ou elétron

 

Agora é com você!

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Elétron β –

Radiação X incidente

Pósitron β +

0,51 MeV

0,51 MeV

Átomo-alvo

Figura 1.5 – Representação da produção de pares. Ocorre com raios X cuja energia seja maior que

1,02 MeV, gerando dois elétrons com cargas eletrostáticas opostas.

Vamos recapitular?

Neste capítulo você revisou os conceitos da estrutura da matéria, os tipos e as características da radiação ionizante (corpuscular e eletromagnética). Aprendeu ainda sobre as radiações e seus decaimentos (alfa, beta e gama) e, por fim, os princípios básicos das radiações e três interações fundamentais da radiação X com a matéria: efeitos Compton, fotoelétrico e produção de pares.

Agora é com você!

1) Como podemos definir um átomo?

2) Como é chamado o modelo atual de um átomo? Explique.

3) Podemos afirmar que as radiações corpusculares são subatômicas? Explique e cite quais são os principais tipos.

4) Quando um fóton atinge um átomo provocando radiações, surgem três efeitos importantes. Quais são eles?

 

2.1 Meia-vida

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2

Desintegração

Nuclear

Para começar

Este capítulo tem por objetivo tornar conhecidas as ações espontâneas de alguns radioisótopos, explorar os conceitos básicos desses fenômenos da física nuclear, fazer o aluno se familiarizar com a lei fundamental do decaimento radioativo e suas emissões espontâneas de partículas e explicar o processo para se obter uma base necessária e compreender os princípios de decaimento dos elementos radioativos nas suas diversas formas de apresentação e interação.

2.1 Meia-vida

Para que possamos compreender o comportamento normal de uma molécula que será introduzida no organismo, a fim de julgar a necessidade de sua utilização, ou não, para uma determinada finalidade, é necessário conhecer o comportamento biológico dessa molécula.

Para analisar o funcionamento de um determinado órgão ou tecido, ele deve captar o composto radioativo em maior concentração que o tecido que está ao seu redor. Assim, no caso da tireoide, ela capta o iodo em taxas mais elevadas do que os outros tecidos, e, assim, é possível analisar o funcionamento dessa glândula pela administração do radioisótopo introduzido (iodo).

 

2.2 Vida média

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Fique de olho!

Você sabia que quase todos os radioisótopos usados na medicina hoje são produzidos em reatores de fissão ou aceleradores cíclotrons?

Para calcular o tempo de meia-vida de um radioisótopo, podemos aplicar a seguinte fórmula:

T 12 =

0,693

λ

em que: λ = constante de desintegração radioativa.

2.2 Vida média

O conceito de vida média de um radionuclídeo é útil quando se pensa na dosimetria da radiação. Esse conceito pode ser visto como a média do tempo de duração dos átomos radioativos de uma amostra antes que eles se desintegrem.

Para entendermos a vida média, vamos considerar uma fonte 198Au (ouro), cuja meia-vida é de 2,7 dias. O cálculo da vida média é valor do T½ dividido por 0,693, obtendo-se assim o T, que

é chamado de vida média de um elemento radioativo.

T=

T1

2

0,693

= 1,441 × T1

2

Portanto,

T = 1,441 × T1

2

2.3 Decaimento nuclear

Podemos dizer que uma desintegração nuclear ou um decaimento radioativo ocorre quando uma emissão espontânea de partícula ou energia acontece no interior de um núcleo atômico. Existem núcleos que são estáveis, nos quais não há o decaimento. porém, nos instáveis, por serem radioativos, ocorrerá esse decaimento e esse elemento em questão se transmutará em outro elemento químico. Essa estabilidade é ditada pelo equilíbrio entre forças nucleares.

 

2.3 Decaimento nuclear

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Fique de olho!

Você sabia que quase todos os radioisótopos usados na medicina hoje são produzidos em reatores de fissão ou aceleradores cíclotrons?

Para calcular o tempo de meia-vida de um radioisótopo, podemos aplicar a seguinte fórmula:

T 12 =

0,693

λ

em que: λ = constante de desintegração radioativa.

2.2 Vida média

O conceito de vida média de um radionuclídeo é útil quando se pensa na dosimetria da radiação. Esse conceito pode ser visto como a média do tempo de duração dos átomos radioativos de uma amostra antes que eles se desintegrem.

Para entendermos a vida média, vamos considerar uma fonte 198Au (ouro), cuja meia-vida é de 2,7 dias. O cálculo da vida média é valor do T½ dividido por 0,693, obtendo-se assim o T, que

é chamado de vida média de um elemento radioativo.

T=

T1

2

0,693

= 1,441 × T1

2

Portanto,

T = 1,441 × T1

2

2.3 Decaimento nuclear

Podemos dizer que uma desintegração nuclear ou um decaimento radioativo ocorre quando uma emissão espontânea de partícula ou energia acontece no interior de um núcleo atômico. Existem núcleos que são estáveis, nos quais não há o decaimento. porém, nos instáveis, por serem radioativos, ocorrerá esse decaimento e esse elemento em questão se transmutará em outro elemento químico. Essa estabilidade é ditada pelo equilíbrio entre forças nucleares.

 

2.4 Atividade de uma amostra

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Gráfico 2.1 – Curva de decaimento de três amostras radioativas com meia-vida de 0,5 dia, 1 dia e 2 dias

1,0

N/No

0,8

0,6

0,4

0,2

0

0

2

4

6

8

10

Tempo (dia)

T1/2

= 2 dias

T1/2

= 1 dia

T1/2

= 0,5 dia

2.4 Atividade de uma amostra

A atividade de uma amostra radioativa de qualquer material é definida como o número de desintegrações do núcleo do átomo por unidade de tempo, ou, ainda, a velocidade de desintegração do átomo.

A importância desse conceito vem da dificuldade de determinar o número de átomos que estão presentes em uma amostra. Nesse caso, existem equipamentos que medem diretamente a atividade de uma amostra, como os contadores Geiger (ver Capítulo 11).

Uma atividade radioativa é expressa no SI – Sistema Internacional de Medidas, em becquerel

(Bq), em que 1 Bq corresponde a uma desintegração por segundo (dps). Vale lembrar que até 1983 a unidade de atividade radioativa era o curie (Ci), equivalente ao número de desintegração de 1 g de

 

2.5 Decaimentos sucessivos

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O cálculo da atividade de uma amostra é dado pela expressão:

A = Ao × e –(λ× t) em que:

A = atividade radioativa final;

Ao = atividade radioativa inicial; l = constante de desintegração ou decaimento; t = tempo em segundos; e = base neperiana.

2.5 Decaimentos sucessivos

Podemos estender a lei do decaimento a casos mais complexos, como um núcleo radioativo pai que decai, transmutando-se em um núcleo filho, que, por sua vez, decai em um núcleo neto, e assim sucessivamente, até que ele possa atingir sua estabilidade. Esse processo se estenderá por várias gerações até atingir sua estabilidade. Chamamos isso de série radioativa. Podemos observar a curva de crescimento do átomo filho junto com a de decaimento dos átomos pais no Gráfico 2.2.

Gráfico 2.2 – Decaimento do número de átomos pais e crescimento do número de átomos filhos

1,0

0,8

0,8

0,6

0,6

0,4

0,4

0,2

0,2

0

Crescimento do filho (1-N/No)

 

Agora é com você!

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Agora é com você!

1) O que é uma meia-vida de um radioisótopo?

2) Assinale em seu caderno a alternativa que melhor define a radioatividade.

É o becquerel (Bq) e o curie (Ci).

É a menor porção da matéria.

É o número de prótons no núcleo de um átomo.

É o processo pelo qual um radioisótopo atinge a estabilidade.

3) Com relação aos materiais radioativos, assinale em seu caderno a alternativa que conceitue “atividade”.

Intervalo de tempo em que a atividade de uma amostra é reduzida à metade.

Intensidade de desintegração que é característica de cada amostra.

Pode ser medida nas unidades becquerel ou curie.

É o número de transformações por unidade de tempo.

Pode ser medida em qualquer unidade de tempo.

4) O número de átomos radioativos de 24Na inicialmente presente em uma amostra é de 1010. Sabendo-se que sua meia-vida é de 15 horas, calcule o número de átomos de

24Na que se desintegram em 1 dia.

5) Sabe-se que a atividade de uma amostra de 1 g de Ra-226 é de 1 Ci. Calcule o número de átomos de Ra-226 dessa amostra.

 

3.1 Contaminação radioativa

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3

Contaminação e

Irradiação

Para começar

Este capítulo tem por objetivo apresentar os tipos de contaminação e as consequências da exposição às radiações ionizantes.

Você vai se familiarizar com as possíveis formas de contaminação e o comportamento característico de cada substância radioativa.

Vai entender o processo para obter uma base necessária e compreender os princípios para melhor lidar com esses fenômenos nas suas diversas formas.

3.1 Contaminação radioativa

Sabemos que quando um corpo é irradiado com radiações gama ou X (exposição externa) ele não se torna radioativo. Os radionuclídeos, no entanto, podem contaminar a pele de uma pessoa ou mesmo penetrar no corpo por ingestão, inalação, lesão na pele, queimaduras etc. Vale lembrar que nesses casos a substância radioativa ainda continua a emitir radiação e a pessoa contaminada pode contaminar outras pessoas. A contaminação pode ser externa, quando o material é depositado sobre a pele (Figura 3.1), e então passa a irradiar a pessoa, ou interna, quando o material entra no corpo

 

3.2 Irradiação

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Em casos considerados graves, nos quais o material radioativo ficou muito tempo em contato com a pele e foi absorvido pelo organismo, a pessoa passa a ser monitorada, e o tratamento é realizado com a ingestão do sal azul da prússia (Figura 3.2). Esse tipo de medicamento, de origem alemã,

é absorvido pelo tubo gastrointestinal e é de baixa toxicidade, funcionando como uma resina de troca iônica. Ele faz com que o césio, que é excretado por via urinária, passe a ser também eliminado pelas fezes (DIRETORIA DA SAÚDE DA MARINHA DO BRASIL, 1988, p. 49).

Fique de olho!

Você sabia que no acidente com o césio-137, em Goiânia, foram produzidas grandes quantidades de azul da prússia, pois este havia sido utilizado antes nas vítimas de Chernobyl, que também foram contaminadas por césio (subproduto da fissão)?

Saalebaer/Wikimedia Commons

Em Goiânia, ele foi aplicado na superfície do corpo das vítimas e dos materiais radioativos. Na época, em 1987, não era possível ingeri-lo porque isso dependia ainda de ensaios toxicológicos e um mínimo de cinco anos de estudos comprobatórios.

 

3.3 Fontes seladas e não seladas

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3.3 Fontes seladas e não seladas

Os materiais radioativos, lembrando que são aqueles que emitem radiação, são utilizados de diversas maneiras, e sua maior utilização é como fonte emissora da radiação. Entende-se essa fonte como o local de onde partem as radiações, sendo que nem sempre as quantidades desse material radioativo serão pequenas, razão pela qual as fontes nem sempre poderão ser encaradas como pontuais. Outra preocupação é que, na medicina nuclear, o material radioativo estará espalhado pelo organismo do paciente, em sua maioria. Essas fontes, naturais ou artificiais, se apresentam em dois formatos de fontes de radiações: seladas e não seladas.

Chamamos de fonte selada todo material radioativo que está contido em um recipiente

(encapsulamento) feito de material não radioativo.

Esse recipiente, ou invólucro, tem por objetivo evitar que seja possível entrar em contato diretamente com o material radioativo. É preciso entender que esse recipiente não tem como propósito impedir que a radiação seja emitida, porém atenua essa radiação.

 

Agora é com você!

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Amplie seus conhecimentos

A sobrevivência de uma célula é o que determina os efeitos letais da radiação; tais efeitos não podem ser avaliados com a morte da célula.

Saiba ainda que após uma irradiação algumas células não sobrevivem, e, dessa forma, um número menor de colônias é formado. Quanto maior a irradiação, menor a quantidade de colônias que serão formadas.

Aprenda mais sobre os efeitos celulares da radiação em: e .

O profissional de radiologia deve usar todos os equipamentos de proteção individual necessários para evitar a contaminação, principalmente trabalhadores em medicina nuclear, que manipulam fontes não seladas.

Vamos recapitular?

Neste capítulo você conheceu os conceitos da contaminação e irradiação, viu tipos e formas de se expor a essa contaminação e as maneiras de estabelecer a segurança necessária para não contaminar ou ser contaminado. Aprendeu, ainda, a estabelecer critérios para proteção contra essa contaminação.

 

4.1 Teoria celular

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Efeitos Genéticos e Biológicos da

Radiação Ionizante

4

Para começar

Este capítulo tem por objetivo apresentar, na radiobiologia, os estudos dos efeitos genéticos e biológicos da radiação ionizante e as consequências dessa exposição nos tecidos biológicos.

Além disso, você vai conhecer e se familiarizar com a descrição dos efeitos da radiação em humanos com o objetivo de utilizá-la de forma mais segura em diagnóstico e em radioterapia.

4.1 Teoria celular

Sabe-se que os raios X são nocivos ao organismo humano. Quando suficientemente intensos, podem causar câncer, leucemia e muitos outros efeitos nocivos. O que não sabemos ao certo é o grau do efeito, caso ocorra, após a exposição à radiação X em níveis de diagnóstico.

Quando um átomo é ionizado, as propriedades das suas ligações químicas se modificam. Considerando que o átomo é uma parte de uma grande molécula, a ionização pode resultar na quebra da molécula ou na realocação do átomo dentro da molécula. Uma molécula anormal pode ter seu funcionamento inapropriado ou deixar de funcionar, o que pode resultar em sérios problemas funcionais ou levar à morte de uma célula.

 

4.2 Composição do corpo humano em nível celular

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Uma composição molecular e tecidual define a natureza da resposta à radiação. O Quadro 4.1 mostra a composição atômica do corpo e aponta uma quantidade enorme de hidrogênio e oxigênio,

85% de sua totalidade.

Uma interação da radiação em nível atômico resulta em mudança molecular, podendo produzir uma célula deficiente em relação àquelas consideradas de crescimento e metabolismo normais.

Em 1665, a célula foi denominada de bloco biológico básico pelo mestre inglês Robert Hooke. Em

1673, Anton van Leeuwenhoek descreveu uma célula viva de forma precisa com base em suas observações utilizando um microscópio.

Passados pouco mais de cem anos, Schneider e Schwann, em 1838, mostraram de forma conclusiva que as células são unidades funcionais básicas em todos os animais e plantas, criando a teoria celular.

A descrição da estrutura molecular DNA (ácido desoxirribonucleico), definida por Watson e

Crick, em 1953, como substância genética da célula, é considerada o feito mais importante da biologia molecular. Após o mapeamento preciso dos 40.000 genes humanos, que resultou do Projeto

 

4.3 Efeitos físicos

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4.3 Efeitos físicos

Os efeitos das radiações dentro de um organismo dependem tanto do tipo das células irradiadas como também do estágio de desenvolvimento celular. Existem diferenças de sensibilidades dessas células quando submetidas à radiação, uma vez que células com alta capacidade de multiplicação são mais radiossensíveis. Os espermatozoides, quando irradiados, praticamente não conseguem reparar os danos produzidos pelas partículas ionizantes.

A radiação interage, inicialmente por processo físico, com os átomos dos tecidos orgânicos, e na sequência ocorre a transferência da energia da radiação para os constituintes do corpo.

4.4 Efeitos químicos

Os fatores que contribuem para aumentar a velocidade das reações químicas no interior das células também irão contribuir para aumentar a radiossensibilidade celular. O calor, o pH e a concentração de reagentes específicos (O2) contribuem para o aumento das reações químicas no interior das células.

4.5 Efeitos biológicos

 

4.4 Efeitos químicos

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4.3 Efeitos físicos

Os efeitos das radiações dentro de um organismo dependem tanto do tipo das células irradiadas como também do estágio de desenvolvimento celular. Existem diferenças de sensibilidades dessas células quando submetidas à radiação, uma vez que células com alta capacidade de multiplicação são mais radiossensíveis. Os espermatozoides, quando irradiados, praticamente não conseguem reparar os danos produzidos pelas partículas ionizantes.

A radiação interage, inicialmente por processo físico, com os átomos dos tecidos orgânicos, e na sequência ocorre a transferência da energia da radiação para os constituintes do corpo.

4.4 Efeitos químicos

Os fatores que contribuem para aumentar a velocidade das reações químicas no interior das células também irão contribuir para aumentar a radiossensibilidade celular. O calor, o pH e a concentração de reagentes específicos (O2) contribuem para o aumento das reações químicas no interior das células.

4.5 Efeitos biológicos

 

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