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Imprimir FUNDAMENTOS DOSIMÉTRICOS 96 minutos Aula 1 - Tipos de decaimentos radioativos Aula 2 - Efeitos biológicos das radiações ionizantes Aula 3 - Detectores de radiação ionizante Aula 4 - Conceito e aplicação de dose absorvida Referências INTRODUÇÃO Estudante, essa aula servirá para que você aprenda não somente conceitos novos sobre dosimetria radiológica de forma teórica apenas mas também os conceitos que servirão para você utilizar no seu cotidiano em um setor que utiliza a aplicação de radiações ionizantes. Para você que trabalhará com radiação ionizante, conhecer como são os processos de decaimento radioativo, os tipos de decaimentos e as características das radiações ionizantes é muito importante para a sua formação. Esses conceitos estão diretamente ligados ao trabalho diário em um setor de radiologia. Portanto, essa aula é muito importante para a sua formação. DECAIMENTO RADIOATIVO Sabemos que radiação é energia eletromagnética ou corpuscular em trânsito, assim como calor é energia térmica em trânsito. Portanto, podemos a�rmar que a radiação eletromagnética é uma forma de energia emitida por uma fonte (natural ou arti�cial), que é transmitida através do ar, meios materiais e vácuo. São consideradas radiações as partículas subatômicas e partículas atômicas, como partículas alfa, elétrons, prótons, nêutrons, pósitrons, denominadas como radiações corpusculares. E as ondas eletromagnéticas são denominadas como radiações ondulatórias, por exemplo, radiação gama e raios X. As radiações corpusculares como partículas alfa ( ), beta ( ) e beta ( ) são emitidas de forma espontânea pelos núcleos instáveis de elementos radioativos. Além disso, feixes dessas e outras partículas também podem ser produzidos arti�cialmente em aceleradores de partículas ou em reatores nucleares. Já as ondas eletromagnéticas, como no caso dos raios X e gama ( ), são constituídas por um campo elétrico e um campo magnético, sendo perpendiculares entre si, que se propagam no vácuo na velocidade da luz: Onde é a constante da velocidade da luz. Essas radiações eletromagnéticas recebem denominações diferentes, dependendo da sua frequência, como radiação infravermelha, luz visível, radiação ultravioleta etc. Em elementos radioativos naturais, ocorre a desintegração nuclear, que nada mais é do que quando há a emissão espontânea de partículas de um átomo instável. Cada elemento químico tem suas propriedades e decaem de formas diferentes, emitindo partículas diferentes ou ondas eletromagnéticas. Utilizaremos o exemplo do Plutônio-242, como mostra a equação química a seguir: α β+ β− γ c = 3 × 108m/s 238 92U → 234 90Th + 4 2He Aula 1 TIPOS DE DECAIMENTOS RADIOATIVOS Estudante, essa aula servirá para que você aprenda não somente conceitos novos sobre dosimetria radiológica de forma teórica apenas mas também os conceitos que servirão para você utilizar no seu cotidiano em um setor que utiliza a aplicação de radiações ionizantes. 23 minutos Um princípio que é muito importante envolvido no processo de instabilidade do núcleo é a conservação da energia. Como dizia Lavoisier: “Na natureza, nada se perde, nada se cria, tudo se transforma”. Então, aqui, não será diferente. A equação apresentada descreve o processo de decaimento ou desintegração nuclear pelo átomo do Urânio-238, onde este originará o átomo de Tório-234 e um átomo de Hélio, que é considerado como partícula alfa. Portanto, nesse caso, está ocorrendo o decaimento alfa ( ). Nota-se que, se somarmos os números atômicos e os números de massa dos elementos originados (do lado direito da equação), temos os mesmos números atômicos e de massa do plutônio, comprovando a conservação da energia. As leis de transições nucleares são divididas em duas: 1ª Lei: quando um átomo emite uma partícula alfa ( ),seu núcleo atômico diminui em duas unidades e sua massa atômica diminui em quatro unidades. 2ª Lei: quando um átomo emite uma partícula beta ( ), seu número atômico aumenta em uma unidade. Quando ocorre a emissão de raios gama ( ), o átomo não altera o seu número atômico ou número de massa. Portanto, quando há a emissão de ondas gama, dizemos que o átomo sofre uma desintegração. A radiação gama tem como número de massa e número atômico 0 (zero). ONDAS ELETROMAGNÉTICAS E PARTÍCULAS Agora que você já sabe o que é radiação, sabe diferenciar as radiações corpusculares das radiações eletromagnéticas e conhece os tipos de decaimentos que ocorrem nos átomos radioativos instáveis, exempli�caremos para que melhore ainda mais seu conhecimento nessa área. Como já foi abordado, cada elemento radioativo instável emite partículas ou energia durante o processo de decaimento radioativo. O conceito de meia vida é o tempo necessário para que a atividade de um elemento radioativo seja reduzida à metade da atividade inicial. Como exemplo, podemos usar o Iodo, que tem como número atômico 131, tem um tempo de meia vida de 8,02 dias, ou seja, após 8,02 dias a atividade dessa amostra será exatamente a metade da amostra inicial. O tempo de meia vida varia muito, dependendo do elemento analisado, pode ser horas, dias, meses e anos. Como exemplo, temos o tempo de meia vida do Tecnécio-99m, que é de apenas seis horas, enquanto o tempo de meia vida do Urânio-238 é de 4,5 bilhões de anos. As meias vidas vão acontecendo até que a atividade da amostra �que insigni�cante, pois a cada meia vida sua atividade diminui pela metade, é um decaimento exponencial. Tipos de decaimento Decaimento alfa ( ): ocorre espontaneamente dos núcleos de átomos radioativos, principalmente os átomos pesados, ou seja, que tenham número atômico Z ≥ 83. Neste caso, existem, aproximadamente, 400 radionuclídeos, naturais e arti�ciais, que são emissores espontâneos de partículas alfa ( ). Então, como uma equação genérica de decaimento alfa, segue a equação: Utilizamos o núcleo do átomo de Hélio como sendo a partícula alfa emitida. Decaimento beta ( ): átomos em que ocorre a emissão espontânea de um elétron ou um pósitron do núcleo. Essas partículas foram denominadas como sendo um pósitron e como sendo um elétron. Seguem as equações genéricas para decaimento e , respectivamente: α α β γ α α A ZX → A−2 Z−4Y + 2 4He β β+ β− β+ β− Sendo que X é um elemento químico radioativo qualquer, Y é um elemento originado a partir do elemento X, é a partícula emitida, e são o neutrino e o anti-neutrino, respectivamente. Em ambas as equações, notamos que há a conservação de energia. Nesse processo de decaimento radioativo, há as partículas carregadas e as partículas sem cargas. As partículas também são separadas em dois grupos, as carregadas e as neutras. Partículas carregadas são prótons e elétrons, e as neutras, nêutrons, raios X e gama. A diferença entre essas partículas, além do conceito principal de que uma tem carga e a outra não, é o seu poder de penetração. Partículas carregadas não conseguem ter um alcance longo no meio, pois interagem muito devido às suas forças coulombianas, isso faz com que a partícula interaja sempre com os elétrons dos átomos do meio ou com os próprios núcleos. Já as partículas sem carga conseguem ter alcances muito longos, pois, algumas vezes, conseguem atravessar o meio sem interagir com ele, ou há a interação, porém vai perdendo energia em cada uma. Sendo assim, o poder de penetração de uma partícula carregada é muito menor em comparação com as partículas sem carga. Temos como exemplo a partícula alfa, que com apenas uma folha de papel você consegue blindar a passagem dela. Já para uma partícula beta, é necessária uma �na lâmina de alumínio para blindá-la. E para a radiação gama, é necessária uma placa espessa de chumbo ou concreto para bloquear sua passagem. RADIAÇÃO X E RADIAÇÃO GAMA A geração de raios X ocorre quando elétrons ou fótons em alta velocidade são desacelerados no material em que estão colidindo, ou seja, o alvo. A origem dos raios X ocorre com interações na eletrosfera do átomo. A tensãoem um equipamento de raios X é dada em kVP (quilovoltagem), que nada mais é do que a diferença de potencial entre o ânodo e o cátodo. A corrente contínua gerada no tubo é chamada de mA (miliampere). Na faixa do radiodiagnóstico, o efeito da interação da radiação com a matéria mais predominante é o efeito fotoelétrico, pois se trata de equipamentos que não trabalham com energias muito altas, e o ânodo é sempre um material com alto número atômico (Z). A maioria dos elétrons que colidem com os átomos do alvo atinge elétrons orbitais do átomo, transferindo sua energia. Essa produção de raios X através desse processo de colisão gera uma grande quantidade de calor no processo, sendo que apenas 1% de toda energia dos elétrons que colidem com o alvo é utilizada efetivamente na produção dos raios X. Devido a esse processo de superaquecimento, os ânodos na área da radiologia são giratórios. É uma maneira de dissipar o calor no processo da aquisição de imagem. Portanto, há duas maneiras de aumentar a geração de raio X: • Aumentando a corrente no tubo, ou seja, aumentando o número de elétrons. • Aumentando a tensão no tubo, ou seja, aumentando o rendimento, que é a porcentagem de elétrons que geram os raios X. Nesse processo de geração dos raios X, não se tem como prever qual caminho o raio vai sair após o processo de colisão, portanto o tubo é envolvido por uma blindagem, denominada de blindagem de cabeçote. A janela do tubo é a única saída que o feixe de raios X tem para conseguir sair dele para a parte externa. A ZX → Z A−1Y + 1β + + 00υ A ZX → Z A+1Y + 1β − + 00ῡ β υ ῡ Essa blindagem é para que haja o bloqueio da radiação de fuga. Essa radiação de fuga não contribuiria para a formação da imagem, pois o feixe sai em todas as direções, logo só aumentaria a exposição do paciente à radiação de forma desnecessária. Quando você estiver em campo, trabalhando na área de radiologia de um hospital, você perceberá que, no workstation (centro de comando) do equipamento de raios X, o botão que acionará o disparo do feixe tem dois estágios, sendo o primeiro para que o ânodo comece a girar e, somente depois, com o segundo estágio do botão, o feixe é acionado. A radiação gama é gerada a partir de átomos que são instáveis. Essa radiação eletromagnética é gerada no núcleo dos átomos, portanto a diferença entre radiação gama e radiação X é quanto à sua origem apenas. A radiação gama é originada no núcleo, enquanto a radiação X é gerada na eletrosfera. A radiação gama não tem carga nem massa, e a emissão dessa onda eletromagnética ocorre conforme a equação a seguir: O que conseguimos interpretar disso é que, quando um átomo está com excesso de energia dentro do seu núcleo e não há um excesso de prótons ou nêutrons, é apenas uma energia em excesso, ele emite a radiação gama. Essa radiação não tem carga nem massa e não há um processo de transmutação, ou seja, o elemento pai é o mesmo elemento que o �lho nessa reação, somente há a dissipação de energia. VÍDEO RESUMO Se a área de radiologia te encanta, assim como me encanta, esse vídeo é para você. Nessa aula, abordaremos assuntos importantes para a sua formação. Conhecer como funcionam os diferentes modos de decaimentos radioativos e o decaimento alfa, beta e gama, assim como compreender a diferença entre radiação natural e arti�cial, pois, para trabalhar com radiação ionizante, esses assuntos são básicos para a segurança de todos no setor de radiologia. Saiba mais Para aprofundarmos um pouco mais neste assunto tão importante, indico a você, caro aluno, a leitura do artigo Compatibilidades e incompatibilidades entre radiação gama e óxido de etileno como métodos sucessivos de esterilização. A ZX*→ A ZX + γ Para visualizar o objeto, acesse seu material digital. Aula 2 EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES IONIZANTES Estudante, essa aula servirá para que você aprenda não somente conceitos novos sobre dosimetria radiológica de forma teórica apenas mas também os conceitos que servirão para você utilizar no seu cotidiano em um setor que utiliza a aplicação de radiações ionizantes. https://www.scielo.br/j/reeusp/a/cjS4ZJsQRgtGKVsFjxd4rsQ/?format=pdf&lang=p INTRODUÇÃO Estudante, essa aula servirá para que você aprenda não somente conceitos novos sobre dosimetria radiológica de forma teórica apenas mas também os conceitos que servirão para você utilizar no seu cotidiano em um setor que utiliza a aplicação de radiações ionizantes. Para você que trabalhará com radiação ionizante, conhecer a diferença entre contaminação e irradiação, como é o funcionamento da interação da radiação com as células somáticas e germinativas e os danos biológicos da radiação ionizante é de extrema importância. Esses conceitos servirão para a sua segurança e de todos do setor. Portanto, essa aula é muito importante para a sua formação. CONTAMINAÇÃO RADIOATIVA VERSUS IRRADIAÇÃO RADIOATIVA A diferença entre contaminação radioativa e irradiação radioativa ainda causa muita confusão entre as pessoas e até mesmo entre os pro�ssionais da radiologia. A contaminação ocorre quando um indivíduo ou objeto entra em contato direto com o elemento radioativo. Já a irradiação é quando há uma certa distância entre o indivíduo ou objeto da fonte radioativa, portanto não há contato direto, somente há a exposição à radiação. Um indivíduo ou objeto contaminado é muito mais grave que um indivíduo irradiado, pois a contaminação coloca outras pessoas e o meio ambiente em risco. Já quando ocorre a irradiação, somente o indivíduo irradiado sofre os danos da radiação ionizante. Há três tipos de irradiação: • Exposição única. • Exposição fracionada. • Exposição periódica. A exposição dita como única ocorre, normalmente, em exames radiológicos, por exemplo, um paciente que foi submetido a um exame de raio-X ou a uma tomogra�a computadorizada. Já as exposições fracionadas são frações de irradiações divididas em seções, como no caso de tratamentos de câncer em radioterapia. As exposições periódicas acontecem devido a rotinas de trabalho, por exemplo, no caso de exposições em instalações nucleares ou de trabalho com materiais radioativos, como no caso da medicina nuclear. A maioria das práticas de radiação ionizante envolve fótons de fontes de radiação gama ou geradores de raios X. É o que acontece em radiodiagnóstico, radioterapia, radiogra�a industrial e medição de nível e densidade. Nas instalações nucleares, mais precisamente em seus reatores, além dos fótons, ocorrem �uxos de nêutrons produzidos na �ssão de elementos combustíveis que chegam à área de manutenção e operação da máquina. Alguns medidores de densidade e instrumentos de exploração de petróleo usam fontes e geradores de nêutrons. Os principais representantes dos feixes de partículas carregadas são aceleradores lineares de elétrons, cíclotrons com feixes de prótons e radionuclídeos que emitem β e α. Os fótons e nêutrons constituem a radiação mais penetrante, podendo causar diversos danos biológicos, dependendo da taxa de dose, energia e tipo de radiação. 22 minutos A radiação alfa tem um poder de ionização bastante alto, porém pouco alcance no tecido humano. O grande problema desse tipo de radiação é se inalado ou ingerido, podendo causar no sistema respiratório ou digestivo um dano biológico 20 vezes maior que radiações gama, X ou beta. A proteção radiológica não prevê somente otimizar protocolos que previnem apenas o ser humano dos possíveis riscos biológicos causados pelas radiações ionizantes. O meio ambiente também não pode sofrer danos causados pelos elementos radioativos. Em uma instalação nuclear, antes de tudo, existe uma análise por meio de um programa que faz um monitoramento realizado em duas fases. Uma ocorre dentro do estabelecimento e outra acontece na parte de fora do estabelecimento. Os procedimentos abordados podem variar em determinadas instalações. Isso ocorre porque, além das inúmeras variações determinadas com as diferentes localizações ou ambientede cada instalação, os monitoramentos são realizados com intuitos diferentes, devido a diferentes graus de importância do estabelecimento. Cada estabelecimento tem seu foco de aplicação, e isso diverge de inúmeras formas: em especi�cações dos tipos de radiações, frequências de medidas, procedimentos de amostragem, tipos de análises laboratoriais, testes estatísticos, entre outros. A última etapa do procedimento é avaliar e estimar a dose equivalente e a comparação com os limites máximos que são aceitos e recomendados pelas normas de radioproteção. EFEITOS DA RADIAÇÃO NAS CÉLULAS SOMÁTICAS E GERMINATIVAS Mecanismos de ação das radiações As radiações ionizantes podem interagir diretamente com componentes do DNA, proteínas e lipídeos, provocando alterações estruturais, constituindo cerca de 30% do efeito biológico das radiações. Podem também interagir de forma indireta, ionizando a água (processo chamado de radiólise), gerando radicais livres. Neste caso, o efeito indireto corresponde a 70% dos efeitos biológicos produzidos pela radiação. E esse valor deve-se ao fato de a água ocupar parcela substancial da composição das células do corpo humano. Efeitos da radiação São classi�cados de duas formas: segundo a dose absorvida (efeitos estocásticos e determinísticos) e segundo o nível de dano (células somáticas ou genéticas). Efeitos somáticos: • São aqueles que afetam apenas o indivíduo irradiado, não se transmite aos descendentes. • Dependem da dose absorvida, da taxa de absorção e da área do corpo irradiado. • Regiões mais sensíveis à radiação são: medula óssea e órgãos reprodutores. São classi�cados de duas formas: • Efeitos imediatos/agudos: aqueles que ocorrem em um período de horas ou até semanas. Exemplo: dermatite, queda de cabelos, necrose de tecido, esterilidade temporária ou permanente, alterações no sistema sanguíneo. • Efeitos tardios/crônicos: quando os efeitos ocorrem vários meses ou anos após a exposição à radiação. Exemplo: aparecimento de catarata, câncer (leucemia etc.). Efeitos genéticos: • Afetam os descendentes da pessoa irradiada. • É acumulativo e independente da taxa de absorção de energia da radiação. • Exemplo: irradiação das células dos órgãos reprodutores. As radiações, que são conhecidas como indiretamente ionizantes, fazem parte de três processos principais de deposição de energia e ionização, como dito anteriormente: efeito fotoelétrico, efeito Compton e formação de pares. O poder de ionização está relacionado à frequência da onda, quanto maior a frequência, menor o comprimento de onda. Portanto, radiações ionizantes são ondas com frequência superior a 10 Hz. Os efeitos das radiações ionizantes podem ser classi�cados em quatro formas: • Nucleares: a utilização de emissores de radiação gama, alfa e nêutrons de energia elevada pode causar mudanças nos núcleos, tornando-os instáveis e radioativos. • Químicos: ocorrem através da quebra das ligações químicas entre moléculas e átomos, que resulta na formação radicais livres. • Elétricos: devido à ionização, pode acarretar mudanças em sua condutividade, podendo surgir picos de correntes elétricas e dani�car equipamentos sensíveis. • Efeitos biológicos: os efeitos causados biologicamente devido à radiação ionizante são diversos. Por exemplo, atualmente, existem terapias, como a radioterapia, utilizadas para tratar o câncer. Os efeitos biológicos dessa radiação se enquadram em duas classi�cações: estocásticos ou determinísticos. Os efeitos determinísticos têm um tempo de latência curto, como queimaduras causadas pela radiação, que signi�cam a morte do tecido. Por outro lado, os efeitos estocásticos estão relacionados a mutações celulares através de modi�cações genéticas que podem desencadear neoplasias malignas ou doenças genéticas. As radiações ionizantes podem interagir diretamente com componentes do DNA, proteínas e lipídeos, provocando alterações estruturais, constituindo cerca de 30% do efeito biológico das radiações. Podem também interagir de forma indireta, ionizando a água (processo chamado de radiólise), gerando radicais livres. Neste caso o efeito indireto corresponde a 70% dos efeitos biológicos produzidos pela radiação. Os efeitos da radiação podem ser classi�cados de duas formas: segundo a dose absorvida (efeitos estocásticos e determinísticos) e segundo o nível de dano (células somáticas ou genéticas). DANOS BIOLÓGICOS DA RADIAÇÃO IONIZANTE Devido ao transporte de grande quantidade de energia, a radiação ionizante, além de interagir com átomos de materiais, interagem também com os tecidos biológicos vivos, através da quebra da molécula de DNA das células ou através da radiólise, que é a interação da radiação com a molécula de água. Devido a isso, a exposição à radiação ionizante depende de alguns fatores, como: tipo da radiação empregada, tempo de exposição, distância da fonte e dose. 18 Esses fatores podem desencadear futuramente os chamados efeitos estocásticos, se a dose empregada for abaixo do limiar de dose, podendo levar ao desenvolvimento de neoplasias malignas. Caso seja uma exposição acima do limiar de dose previsto nas normas de proteção radiológica, poderá sofrer os danos biológicos do efeito determinístico, podendo, em um caso mais grave, causar a morte do indivíduo. Porém, embora a radiação cause danos à saúde, ela tem uma importância muito grande para que o avanço da medicina pudesse ter ocorrido e termos os tratamentos e diagnósticos como temos hoje. A radiação ionizante traz inegáveis benefícios na área médica, possibilitando o diagnóstico precoce de inúmeras doenças e solucionando problemas de saúde. Além da área de diagnóstico, pode ser empregada para tratamento, por exemplo, em radioterapia, com o combate de células cancerosas. A aplicação das radiações ionizantes deve ser realizada com grande responsabilidade. Os pro�ssionais da área do diagnóstico e tratamento que utilizam essas tecnologias devem ter em mente, em seu trabalho diário, que sempre lidarão com os danos reais causados pela radiação. A forma de prevenir danos mais severos que possam ocorrer é você se preparar com um conhecimento aprofundado das diferentes fontes de radiação ionizante, sejam arti�ciais ou naturais, e que tipo de blindagem usar para certos tipos de radiação. Além disso, compreender as reações e os efeitos da radiação, seja em doses baixas ou altas, e saber como lidar com um acidente radiológico ou alta exposição à radiação. Os pro�ssionais de imagens médicas devem sempre ter em mente os princípios e protocolos de proteção radiológica. Os efeitos relacionados ao tempo de aparecimento do dano biológico são classi�cados como efeitos imediatos e efeitos retardados ou tardios. Como o nome sugere, os efeitos imediatos são aqueles que ocorrem dentro de um curto período entre a exposição e o aparecimento dos sintomas. Esses são os primeiros efeitos biológicos causados pela radiação. Os efeitos retardados podem aparecer vários anos ou mesmo décadas depois, como o desenvolvimento de tumores malignos. Esses efeitos são de�nidos pelo nível de dose recebida. Para doses muito altas, os efeitos imediatos dominam, e para doses baixas, os efeitos tardios dominam. Lembre-se de que não existe um nível de dosagem saudável que não causará danos. No entanto, nosso corpo tem forte resistência e uma variedade de mecanismos de reparo. Ele muda as células em um mês. Portanto, se ocorrer um dano reversível, o corpo humano será capaz de se regenerar e reparar o dano. VÍDEO RESUMO Se a área de radiologia te encanta, assim como me encanta, esse vídeo é para você. Nessa aula, abordaremos assuntos importantes para a sua formação. Conhecer a diferença entre irradiação e contaminação, saber a diferença da irradiação de células somáticas e germinativas e entender os danos biológicos causados pela radiação ionizante é muito importante para a sua formação, pois, para trabalhar com radiação ionizante, esses assuntos são básicos para a segurança de todosno setor de radiologia. Para visualizar o objeto, acesse seu material digital. Saiba mais Estudante, chegou o momento de aprofundar mais nosso conhecimento em relação à aula estudada, desta forma, indico-lhe a leitura do artigo Efeitos biológicos das radiações ionizantes. Acidente radiológico de Goiânia, escrito pelo ícone da física radiológica, Dra. Emico Okuno. Para complementação, indico também o vídeo Efeitos biológicos da radiação. INTRODUÇÃO Estudante, essa aula servirá para que você aprenda não somente conceitos novos sobre dosimetria radiológica de forma teórica apenas mas também os conceitos que servirão para você utilizar no seu cotidiano em um setor que utiliza a aplicação de radiações ionizantes. Para você que trabalhará com radiação ionizante, conhecer o funcionamento dos diferentes detectores de radiação ionizante e quais tipos existem e aplicados para as diferentes fontes radioativas é extremamente essencial para a sua formação. Esses conceitos servirão para a sua segurança e de todos do setor. Portanto, essa aula é muito importante para a sua formação. FUNCIONALIDADE DOS DETECTORES DE RADIAÇÃO IONIZANTE Um detector de radiação é um dispositivo colocado em um campo de radiação que pode indicar sua presença. Existem vários processos através dos quais diferentes radiações podem interagir com o meio material usado para medir ou indicar as propriedades dessas radiações. Os processos mais envolvidos na conversão do sinal recebido para o sinal quanti�cado são: • Geração de carga elétrica. • Geração de luz. • Sensibilidade do �lme fotográ�co, criando marcas (buracos) no material. • Geração de calor. • Mudanças cinéticas de certos processos químicos. Usualmente, os detectores de radiação consistem em componentes ou materiais sensíveis à radiação e em um sistema que converte esses efeitos em valores relacionados a uma determinada quantidade para medir esta radiação. Aula 3 DETECTORES DE RADIAÇÃO IONIZANTE Estudante, essa aula servirá para que você aprenda não somente conceitos novos sobre dosimetria radiológica de forma teórica apenas mas também os conceitos que servirão para você utilizar no seu cotidiano em um setor que utiliza a aplicação de radiações ionizantes. 23 minutos https://dportal.ipen.br/portal_por/conteudo/biblioteca/arquivos/efeitos_biologicos_acidente_goiania.pdf https://www.youtube.com/watch?v=xXObs0cCTlY Para ser considerado um detector de radiação ionizante, o dispositivo não precisa apenas noti�car a presença de radiação, mas, sim, ele deve apresentar uma sequência de características. Para que um detector seja considerado um detector de radiação ionizante, ele deve apresentar: • Repetitividade: essa classi�cação é dada através da concordância dos resultados obtidos em um cenário com as mesmas condições de medição. • Reprodutibilidade: essa classi�cação é dada através da concordância dos resultados obtidos em um cenário com as diferentes condições de medição. • Estabilidade: é a capacidade do dispositivo de conservar suas características de calibração. • Exatidão: grau de concordância dos resultados (valor verdadeiro ou referencial). • Precisão: grau de concordância dos resultados entre si, normalmente expresso pelo desvio padrão em relação à média. • Sensibilidade: a razão da resposta do dispositivo correspondente ao estímulo • E�ciência: capacidade de leitura dos sinais recebidos em sinais quanti�cados (medidos). Para que haja manutenção nas condições de medição estabelecidas, os seguintes fatores devem ser contemplados: utilização dos mesmos métodos, dos mesmos procedimentos experimentais e instrumentais, das mesmas condições de operação e ambientais, da mesma localização do equipamento (diferenças na localidade geográ�ca dele podem causar descalibração por humidade, pressão atmosférica, temperatura etc.), além da repetição em um curto período. Quanto ao "valor verdadeiro" e "valor de referência" citados no conceito de exatidão, observamos que há diferenças entre eles. Quando fazemos a calibração de um equipamento, di�cilmente o valor que está estabelecido no workstation da máquina será o mesmo lido pelo detector de radiação que está sendo utilizado para calibração do equipamento. Isso varia pela área sensível do detector, atenuação dos feixes no ar, radiação espalhada, etc. Portanto sempre há uma pequena discrepância aceitável entre o valor verdadeiro e o de referência. A calibração do equipamento é dada como satisfatória se essa mínima variação se repetir em vários processos. Assim, avaliamos a reprodutibilidade e repetitividade dos resultados. Não podemos medir diretamente a radiação ionizante. A detecção da existência dessa radiação ionizante é o resultado da interação da radiação com a parte sensível do detector, a qual é aquela que determina a presença da radiação e a quantidade de radiação presente em um meio de interesse. A interação entre a radiação e o sistema de leitura (medidor), como um eletrômetro, é o monitor de radiação. O dosímetro conhecido como um dispositivo de monitoramento pessoal dos pro�ssionais de radiologia é um detector de radiação total, mostrando a quanti�cação que uma pessoa foi exposta à radiação ionizante em um período. EFICIÊNCIA DOS DETECTORES DE RADIAÇÃO IONIZANTE A e�ciência de um detector está associada ao tipo e à energia da radiação empregada. É a capacidade da detecção da radiação. Há diferentes tipos de detectores que são mais e�cientes e menos e�cientes para cada tipo de radiação existente. Temos duas formas de de�nir a e�ciência de um detector: a e�ciência intrínseca e a e�ciência absoluta. O registro no detector não representa a radiação em si, signi�ca o registro de cada radiação lida, ou seja, o detector representa um sinal, que pode ser na forma de buraco, pulso, sinal de luz, elétrico, entre outras formas, por meio das quais há a interação da radiação com a parte sensível do detector. E, dessa forma, os resultados são mensurados. A e�ciência intrínseca do detector é determinada pelo tipo e pela energia da radiação ionizante. É determinada pela razão entre o número de sinais registrados pelo detector e o número de radiações incidentes no detector, ou seja, é uma porcentagem que analisa a parte pelo todo, como mostra a equação a seguir: Onde a é o número de sinais registrados e b é o número total de radiação incidente. A e�ciência absoluta do detector está relacionada não apenas à característica de construção do dispositivo, mas, sim, à fonte de radiação que está sendo mensurada, com o meio e a geometria de medição. Portanto, a e�ciência absoluta é a razão entre o número de sinais registrados pelo detector e o número de radiações emitidas pela fonte. A equação que descreve a e�ciência absoluta é dada a seguir: Onde c é o número de sinais registrados e d é o número de radiações emitidas pela fonte. Portanto, alguns fatores que in�uenciam na escolha do detector: • Tipo da fonte radioativa: as diferentes radiações ionizantes interagem de forma diferente com a matéria, portanto um detector que mensura muito �elmente um tipo de radiação ionizante pode não ser tão preciso para analisar outras fontes radioativas. • Intervalo de tempo de interesse: existem detectores que noti�cam instantaneamente a presença de radiação ionizante em um ambiente. Há outros que registram um acúmulo de radiação durante um período. Portanto, temos diferença no tempo de quanti�cação da radiação. O primeiro exemplo é denominado como detector de leitura direta, e o segundo, como detector passivo. • Precisão, exatidão e resolução: algumas medições podem ter diferenças nas exigências da �dedignidade dos resultados. Por exemplo, para medições no ambiente natural, resultados com incertezas de 20% são aceitos como resultado. Já para trabalhadores que utilizam a radiação ionizante em seu cotidiano, uma incerteza de 0,5%, pode ser considerada uma variação grande e, portanto, não é aceitável. Logo, até para precisão, exatidão e resolução temos diferentesmedidores de radiação. • Condições de trabalho do detector: cada detector tem uma forma e diferentes meios de manusear, transportar, guardar quando está em desuso, e isso também in�uencia na escolha. Detectores utilizados em trabalhos externos (trabalhos de campo) devem ter envoltórios mais robustos, que sejam fáceis de transportar e com autonomia. Existem detectores que necessitam de que o ambiente seja controlado, como aqueles utilizados no interior de laboratórios, onde há a necessidade de manter uma certa temperatura, pressão e condições de armazenamento • Tipo de informação desejada: o tipo de detector também varia quando queremos mensurar a dose absorvida, o tempo vivo de medição ou distribuição de energia. Diferentes informações necessitam de diferentes detectores. εint = a ÷ b εabs = c ÷ d TIPOS DE DETECTORES Existem diferentes tipos de detector de radiação ionizante e, como mencionado anteriormente, os tipos variam para cada aplicabilidade. A seguir, estão listados os diferentes detectores: Detectores elétricos: • Gás: câmara de ionização, contador proporcional e Geiger-Muller. • Semicondutor: detector de estado sólido. Detectores químicos: • Emulsão fotográ�ca: �lme. • Sólido, líquido: dosímetro. Detectores de luz: • Cristal ou líquidos: dosímetro químico. Detectores termoluminescentes: • Dosímetro termoluminescente. Detectores de calor: • Sólido, líquido: calorímetro. Os detectores mais utilizados são: Detectores a gás: têm como funcionamento a ionização de gases no interior de um invólucro. A radiação incidente neste volume sensível (que é o gás) sofre o processo de ionização e cria pares de íons, que são “armazenados” na diferença de potencial (eletrônico) e contados. Desta forma, é quanti�cada a radiação ionizante presente no ambiente. Temos como exemplo: câmara de ionização, detector proporcional e detector Geiger-Muller (GM). Detectores de estado sólido: utilizam um material semicondutor, portanto são bons condutores quando utilizados em baixa temperatura e perdem sua e�ciência em temperaturas elevadas. Detectores desse tipo apresentam uma alta resolução para determinar a energia de radiação incidente. Um equipamento que utiliza esse tipo de detector é o tomógrafo. Detectores de cintilação: são materiais que emitem luz quando irradiados. Dosímetros integradores: são detectores que mensuram a exposição ou a dose absorvida por um indivíduo ao longo de um tempo. Detectores �lmes fotográ�cos: são detectores baseados na sensibilização de �lmes, através da emulsão fotográ�ca. Por exemplo, os equipamentos de raios-X antigos, que utilizavam o sistema tela-�lme, utilizavam esse princípio. Portanto, diferentes formas de detecção da radiação ionizante são a necessidade de utilizar diferentes ferramentas de mensuração. Então, para mensurar a radiação em uma sala de exames radiográ�cos em um hospital, utilizamos a câmara de ionização. Para mensurarmos a dose absorvida em um IOE ao longo de um mês de trabalho, utilizamos o dosímetro individual; para ambientes externos, utilizamos o detector Geiger- Muller. Portanto, conhecer os tipos de radiação ionizante e as diferentes fontes facilitará o trabalho nos setores que utilizam fontes radioativas. Esses equipamentos fazem parte da segurança do trabalhador, do setor e do ambiente. Todos esses equipamentos devem ser armazenados corretamente e não podem ser negligenciados. A manutenção e a calibração deles devem estar em dia e precisam ser utilizados de forma correta. A má utilização e as condições de armazenamento levarão a não mensurar de forma e�ciente a calibração dos equipamentos de radiologia, radiações de fuga e blindagens de sala. Portanto, isso fere as diretrizes da proteção radiológica, com a qual visamos manter a qualidade da imagem, utilizando o mínimo de dose empregada. Logo, com a utilização de um equipamento descalibrado, colocará pacientes, pro�ssionais e acompanhantes a doses excessivas nos ambientes hospitalares. Lembre-se sempre de que você é responsável pela sua segurança e de todos ao seu redor. VÍDEO RESUMO Se a área de radiologia te encanta, assim como me encanta, esse vídeo é para você. Nessa aula, abordaremos assuntos importantes para a sua formação. O funcionamento dos detectores de radiação ionizante, os tipos e as diferentes aplicabilidades e a e�ciência intrínseca e absoluta do detector são assuntos que acompanharão você em seu cotidiano, pois, para trabalhar com radiação ionizante, esses assuntos são básicos para a segurança de todos no setor de radiologia. Saiba mais Para você que está iniciando seus estudos para trabalhar na área de radiologia, a aula de detectores de radiação ionizante se faz extremamente importante, pois esses equipamentos são utilizados para monitoração pessoal, formação da imagem médica, proteção, calibração de equipamentos e monitoração de radiação, tanto em um ambiente interno quanto externo. Portanto, aconselhamos como leitura complementar o texto Detectores de radiação, da Agência Internacional de Energia Atômica (IAEA). Existem inúmeros detectores de radiação, cada qual com a sua especi�cidade e mais e�ciente de acordo com o tipo de radiação empregada. Faz-se necessário aprofundar os conhecimentos sobre assuntos como esse, devido à importância e à diversidade de aplicação que esses dispositivos têm. Para visualizar o objeto, acesse seu material digital. Aula 4 CONCEITO E APLICAÇÃO DE DOSE ABSORVIDA Prezado aluno, essa aula servirá para que você aprenda não somente conceitos novos sobre dosimetria radiológica de forma teórica apenas mas também os conceitos que servirão para você utilizar no seu cotidiano em um setor que utiliza a aplicação de radiações ionizantes. https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/45/073/45073471.pdf INTRODUÇÃO Prezado aluno, essa aula servirá para que você aprenda não somente conceitos novos sobre dosimetria radiológica de forma teórica apenas mas também os conceitos que servirão para você utilizar no seu cotidiano em um setor que utiliza a aplicação de radiações ionizantes. Para você que trabalhará com radiação ionizante, conhecer a transferência linear de energia, quais radiações são classi�cadas como alto e baixo LET, as grandezas dosimétricas e a �nalidade de calcular a dose absorvida é de grande importância para sua vida pro�ssional. Esses conceitos servirão para a sua segurança e de todos do setor, portanto essa aula é muito importante para a sua formação. TRANSFERÊNCIA LINEAR DE ENERGIA (LET) Na área da radiologia, mais precisamente em física das radiações, há um conceito denominado como Transferência Linear de Energia (LET, do inglês Linear Energy Transfer). Esse conceito é determinado através do poder de fretamento de colisão linear. Esse fenômeno ocorre através da interação da radiação com o meio em que está atravessando/ionizando. A de�nição de LET é dada por perda média de energia, por colisão, de uma partícula carregada por unidade de comprimento. Uma expressão que também é derivada do inglês e acompanha essa de�nição é Stopping Power, que também está relacionada com fretamento. Contudo, LET tem uma de�nição contrária ao Stopping Power: enquanto aquele é o efeito da partícula no meio, este é o efeito do meio na partícula. Esse conceito está diretamente ligado à interação de partículas carregadas com a matéria, então, para compreender esse fenômeno, é preciso ter conhecimento sobre esse assunto. Como exemplo, uma interação de uma partícula negativa (elétron) que é gerada a partir da interação de fótons de raios X ou gama com a matéria, ou uma radiação alfa ou beta interagindo com o meio em que esteja atravessando. Podemos exempli�car, basicamente, como uma colisão em um jogo de bilhar, em que o choque de duas bolas colidindo descreve um evento mecânico. Esse exemplo serve para ilustrar como uma partícula carregada ou um fóton de energia ioniza o meio em que atravessa. Essa partícula ou onda colide com um elétron do orbitaldos átomos do material e retira elétrons desse meio. Com isso, há a criação de íons. Nesse momento, pode ocorrer a transferência de energia, como ocorre na produção de radiação pelo processo de fretamento, também conhecido como Bremsstrahlung. Como toda matéria conhecida no planeta é constituída por átomos, e estes contêm as partículas negativas (elétrons), essas colisões que resultam na retirada do elétron fazem com que se crie uma lacuna ou vacância no lugar, portanto elétrons de camadas mais externas migram e, nesse processo, liberam energia, denominada raios X, portanto é um evento em cascata. Logo, tendo isso em mente, conseguimos perceber que a trajetória da partícula ou onda no meio não é linear, é irregular, devido à mudança de caminho a cada colisão. Esse processo de transferência de energia ao meio por uma partícula carregada em função da distância é denominado como LET. 21 minutos Dessa forma, existem classi�cações para a radiação, denominadas como radiações de baixo LET e radiações de alto LET. Esse tipo de classi�cação determina o quanto a radiação interfere no meio em que está atravessando, radiações com cargas e massa têm alto LET, devido à alta interação. Já as radiações eletromagnéticas são classi�cadas como baixo LET, pois não têm carga nem massa. RADIAÇÕES DE ALTO E BAIXO LET E UNIDADES DOSIMÉTRICAS Radiações de baixo LET Radiações eletromagnéticas e partículas beta são consideradas radiações de baixo LET. Portanto, radiação X, gama, partícula e têm baixa transferência linear de energia. Como dito anteriormente, o conceito de LET é determinado para partículas carregadas, e você pode se perguntar: por que a radiação gama e X está nesse contexto? Essa inclusão se deve ao fato de que após a primeira interação da radiação com a matéria aparecem os elétrons por meio dos efeitos Compton, fotoelétrico e formação de pares. Devido a essa característica de ionização indireta, essas radiações também têm suas classi�cações na transferência linear de energia. Os elétrons Auger são classi�cados como baixo LET também. Radiações de alto LET São aquelas que possuem um alto poder de ionização e uma alta taxa de transferência de energia em um meio propagado. Considerando o mesmo valor de dose absorvida, esse tipo de radiação é classi�cado como a que produz maior dano biológico. São elas: partículas , íons pesados, fragmentos de �ssão e nêutrons. Essas partículas são denominadas como radiações diretamente ionizantes. As radiações indiretamente ionizantes somente são notadas no material a partir do momento que a primeira ionização ocorre, pois é nesse momento que há a liberação de elétrons, caso contrário, podem atravessar o material sem causar nenhuma ionização. Quanti�cação da radiação ionizante Um dos problemas quando iniciaram os estudos relacionados à radiação ionizante foi como realizar a medição de quantidades utilizando a própria radiação ou efeitos e subprodutos de suas interações com a matéria. Esses problemas de mensurações estão relacionados com as propriedades da radiação, pois, como já foi dito, a radiação ionizante não tem cheiro, cor, som ou causa dor quando sentida. Portanto, nós não conseguimos sentir a sua presença através dos sentidos humanos. Então, com o avanço dos estudos, percebeu-se que cada tipo de radiação interagia de uma forma com os materiais até então inventados, logo não conseguiria criar um material que mensurasse totalmente todas as radiações. Uma das ideias iniciais era desenvolver um dispositivo que medisse a quantidade de radiação que era emitida por uma fonte em unidade de área por unidade de tempo. Outra forma foi quanti�car essa radiação através do número de interações com o meio em que está atravessando. Logo, com os avanços dos estudos e da proteção radiológica, foram criadas algumas grandezas e unidades para de�nir e resolver este problema. As grandezas radiológicas Grandezas físicas: β+ β− α • Atividade = Bq (Becquerel). • Fluência = m . • Exposição = C/Kg(Coulomb / Quilograma). • Kerma = Gy (Grey). • Dose absorvida = Gy (Grey). • Dose equivalente = Gy (Grey). Grandezas de proteção: • Dose absorvida no órgão: Sv (Sievert). • Dose equivalente no órgão: Sv (Sievert). • Dose efetiva: Sv (Sievert). CONCEITO E APLICAÇÃO DA DOSE ABSORVIDA A dose absorvida é uma grandeza dosimétrica física que determina a quantidade de radiação absorvida/depositada em um órgão ou tecido. Existe uma forma de calcular essa dose através de uma fórmula onde a variável da dose absorvida é simbolizada pela letra D, e sua unidade de medida no sistema internacional (SI) é o Grey (Sy). Essa equação é dada pela razão entre a variação da energia depositada pela variação da unidade de massa onde essa radiação está interagindo. Essa medição, como se trata de variação de energia por unidade de massa, temos o Joule/Kg, que é equivalente à unidade Grey (Gy), como mostra a equação a seguir: Onde o D é a variável de dose absorvida, é a variação de energia depositada e é a variação de massa onde essa radiação foi depositada. A dose absorvida está relacionada diretamente à exposição de um indivíduo à radiação ionizante. Como a radiação causa danos à vida dos seres vivos, nós devemos buscar ao máximo a quanti�cação, para que não haja excessos que possam causar danos futuros. Uma fonte radioativa isolada da humanidade não apresenta riscos biológicos. Portanto, quando um indivíduo sofre danos devido à radiação, devemos tratar como dose. Pessoas que trabalham em um setor de radiologia no hospital devem utilizar um dispositivo durante as horas de trabalho, denominado dosímetro individual. Ele é um detector de radiação ionizante classi�cado como passivo, pois acumula a radiação recebida ao longo de um tempo e mostra o quanto aquele indivíduo recebeu de dose. Esse dosímetro utiliza a dose absorvida como parâmetro de quanti�cação. Portanto, é muito importante distinguir a radioatividade de uma fonte radioativa e a dose de radiação que essa fonte pode causar. Dose de radiação depende dos seguintes fatores: • Atividade: in�uencia diretamente com a dose de radiação que será depositada. • Tipo de radiação: os diferentes tipos de radiação interagem em diferentes formas com a matéria. • Distância: a radiação diminui com o quadrado da distância. -2 D = ΔEDΔm = [ J Kg ] = Gy ΔED Δm • Tempo: a quantidade de exposição sofrida por um indivíduo submetido à radiação depende diretamente com o tempo que �cou próximo da fonte radioativa. • Blindagem: a dose de radiação depende do material entre a fonte e o objeto. Diferentes tipos de radiação exigem diferentes tipos de blindagem. Se a fonte for muito intensa e o tempo ou a distância não fornecerem as devidas proteções, a blindagem deve ser usada. A radiação é classi�cada como ionizante e não ionizante. As ionizantes são aquelas capazes de causar ionização nos meios em que estão atravessando/interagindo. Ionização é a capacidade de retirar elétrons dos átomos que estão no material do meio em que a radiação está incidindo. Dentro das radiações ionizantes, nós temos mais duas classi�cações: as radiações corpusculares e eletromagnéticas. As corpusculares que são aquelas onde elementos radioativos instáveis emitem partículas, buscando a estabilidade, partículas alfa que têm carga +2 e número de massa igual a 4 e beta que não tem massa e pode ter carga +1 e -1. Já as radiações eletromagnéticas são energias em forma de ondas que não têm carga nem massa. VÍDEO RESUMO Nessa aula, abordaremos importantes conceitos para a sua formação. Conhecer a de�nição de transferência linear de energia, saber classi�car as diferentes formas de radiação como baixo e alto LET e conhecer as grandezas dosimétricas e o conceito de dose absorvida é importante para a sua vida pro�ssional, pois esses conceitos estão relacionados com a sua segurança. Para trabalhar com radiação ionizante, esses assuntos são básicos para a segurança de todos no setor de radiologia. Saiba mais Você que�cou entusiasmado com o conteúdo dessa aula e queir aprofundar mais seus conhecimentos na área de radiologia, tenho uma ótima notícia para você. Há inúmeros livros, inclusive on-line, que você pode explorar ainda mais esse mundo tão inovador e de grande importância. Há um canal no YouTube, da Academia de Radiologia, que apresenta, em vídeos curtos, muitos assuntos da área de radiologia. O conteúdo abordado nesta aula também se encontra nesse canal. Há um capítulo no Agência Internacional de Energia Atômica (IAEA) que fala sobre o conteúdo desta aula, é o capítulo Efeitos biológicos da radiação. Com base no assunto abordado nesta aula, você acha que as radiações corpusculares são mais ou menos danosas à saúde, quando relacionadas à transferência linear de energia? Quanto maior o alcance, maior o LET? Para visualizar o objeto, acesse seu material digital. REFERÊNCIAS 7 minutos https://www.youtube.com/watch?v=UBSwVo3KNJA https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/45/073/45073469.pdf Aula 1 BUSHONG, S. C. Ciência Radiológica para Tecnólogos: curso de física, biologia e proteção. Houston, Texas: Professor of Radiology Center, 2008. 1580 p. OKUNO, E.; YOSHIMURA, E. Física das Radiações. São Paulo, SP: O�cina de Textos, 2010. 296 p. TAUHATA, L. et al. Radioproteção e Dosimetria: fundamentos. Rio de Janeiro, RJ: IRD/CNEN, 2014. 345 p. Aula 2 BUSHONG, S. C. Ciência Radiológica para Tecnólogos: curso de física, biologia e proteção. Houston, Texas: Professor of Radiology Center, 2008. 1580 p. OKUNO, E.; YOSHIMURA, E. Física das Radiações. São Paulo, SP: O�cina de Textos, 2010. 296 p. TAUHATA, L. et al. Radioproteção e Dosimetria: fundamentos. Rio de Janeiro, RJ: IRD/CNEN, 2014. 345 p. Aula 3 BUSHONG, S. C. Ciência Radiológica para Tecnólogos: curso de física, biologia e proteção. Houston, Texas: Professor of Radiology Center, 2008. 1580 p. OKUNO, E.; YOSHIMURA, E. Física das Radiações. São Paulo, SP: O�cina de Textos, 2010. 296 p. TAUHATA, L. et al. Radioproteção e Dosimetria: fundamentos. Rio de Janeiro, RJ: IRD/CNEN, 2014. 345 p. Aula 4 BUSHONG, S. C. Ciência Radiológica para Tecnólogos: curso de física, biologia e proteção. Houston, Texas: Professor of Radiology Center, 2008. 1580 p. OKUNO, E.; YOSHIMURA, E. Física das Radiações. São Paulo, SP: O�cina de Textos, 2010. 296 p. TAUHATA, L. et al. Radioproteção e Dosimetria: fundamentos. Rio de Janeiro, RJ: IRD/CNEN, 2014. 345 p.
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