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