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Curso Básico de Radioproteção pag. 1 1. INTRODUÇÃO As propriedades das radiações ionizantes são de tal modo valiosas como ferramenta industrial na agricultura, na pesquisa e na medicina, mas também envolvem riscos de danos à saúde dos seres vivos em caso de uso indevido. Para que o uso da energia das radiações ionizantes seja uma ferramenta efetivamente segura, medidas devem ser adotadas para a proteção individual contra os seus efeitos danosos. A Comissão Nacional de Energia Nuclear – CNEN, através de suas Normas e regulamentos, e a INFRAERO por meio de procedimentos de radioproteção, de operação e de emergência, auxiliam os trabalhadores no uso seguro da radiação, mas é o empregado que tem a última responsabilidade. O empregado deve ter conhecimento e consciência da sua segurança e de seus assemelhados. Este curso é planejado para apresentar as informações necessárias para esse esforço. Pretende dar a todos os trabalhadores que, de alguma forma, participam de ações integradas em fiscalizações e emergências aeronáuticas, trânsito de cargas, operação de equipamentos, etc., os conhecimentos necessários para a segurança radiológica, não só a si próprio, mas também às instalações, aos seus colegas de trabalho e a coletividade. O Plano de Radioproteção deste Aeroporto é uma ferramenta básica para apoio. Conhecer o seu conteúdo é fundamental para que um membro da “Equipe de Radioproteção” possa exercer de forma hábil a Radioproteção nos Aeroportos. Curso Básico de Radioproteção pag. 2 2. PROTEÇÃO RADIOLÓGICA Pripyat Curso Básico de Radioproteção pag. 3 3. PRINCÍPIOS BÁSICOS DA RADIOPROTEÇÃO PRINCÍPIO DA JUSTIFICAÇÃO “QUALQUER ATIVIDADE ENVOLVENDO RADIAÇÃO OU EXPOSIÇÃO DEVE SER JUSTIFICADA EM RELAÇÃO A OUTRAS ALTERNATIVAS E PRODUZIR UM BENEFÍCIO LÍQUIDO POSITIVO PARA A SOCIEDADE.” PRINCÍPIO DA 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 ESPOSIÇÕES SEJAM TÃO REDUZIDAS QUANTO RAZOAVELMENTE EXEQUÍVEL, LEVANDO-SE EM CONSIDERAÇÃO FATORES SOCIAIS E ECONÔMICOS.” Curso Básico de Radioproteção pag. 4 4. DESCOBERTA DA RADIAÇÃO RAIOS X Willian Conrad ROENTGEN - NOVEMBRO 1.895 A Descoberta da Radiação Raios X Em 1885, o Wehleem Konrad Roentgen constatou, pela primeira vez, a existência de certa radiação que, como a luz, era capaz de sensibilizar chapas fotográficas e provocar florescência em certas substâncias. No fim da tarde de 8 de novembro de 1895, quando todos haviam encerrado a jornada de trabalho, o físico alemão Wilhelm Conrad Roentgen (1845-1923) continuava no seu pequeno laboratório, sob os olhares atentos do seu servente. Enquanto Roentgen, naquela sala escura, se ocupava com a observação da condução de eletricidade através de um tubo de Crookes, o servente, em alto estado de excitação, chamou-lhe a atenção: "Professor, olhe a tela!". Nas proximidades do tubo de vácuo havia uma tela coberta com platinocianeto de bário, sobre a qual projetava-se uma inesperada luminosidade, resultante da fluorescência do material. Foi então que resolveu colocar sua mão na frente do tubo, vendo seus ossos projetados na tela. Roentgen observava, pela primeira vez, aquilo que passou a ser denominado raios X. Curso Básico de Radioproteção pag. 5 Vários trabalhos relacionados com a descoberta de Roentgen foram apresentados na Academia nas primeiras sessões de 1896. RADIOATIVIDADE NATURAL Henry BECQUEREL - 1.896 PIERRE CURIE E MARIE CURIE - 1.896 (CASAL CURIE) - 1.896 Marie Sklodowska (Mme. Curie) Pierre Curie Em 1889, o casal Pierre e Marie Curie descobriu um elemento 400 vezes mais radioativo que o urânio, eles obtiveram êxito em separar 1 grama de uma substância radioativa a partir de uma tonelada de minério. Com essa substância Curso Básico de Radioproteção pag. 6 conhecida como o polônio, em homenagem a Marie, que era polonesa, chegaram a um elemento mais radioativo: o rádio. Em abril de 1898, ambos publicaram a descoberta de que o tório emitia radiações, como o urânio. ANTOINE HENRI BECQUEREL Antoine Henri Becquerel nasceu na França, em 1852. Ele era doutor em Ciências e professor de física aplicada. Herdou da família o interesse pela Física. O avô realizara trabalhos na área da eletroquímica e o pai pesquisara os fenômenos da fluorescência e da fosforescência. Aos 40 anos, Becquerel também viria a ocupar, no Museu de História Natural de Paris, um posto que fora do pai e do avô. As pesquisas por ele realizadas transformariam a concepção que se tinha sobre a estrutura da matéria. Em 1895, Roentgen descobriu que os raios X podiam provocar fluorescência em certos materiais. Becquerel ficou então curioso para saber se o contrário também era possível: se uma substância fluorescente emitiria raios X. Para verificar essa possibilidade, envolveu uma chapa fotográfica com papel preto, colocou sobre ele cristais de um material fluorescente (um composto de urânio) e expôs o conjunto à luz solar. Caso a luz provocasse fluorescência nos cristais e eles passassem a emitir raios X, a chapa seria impressionada. Isso de fato ocorreu. Procurou então repetir a experiência nos dias seguintes, mas eles foram todos nublados. Na última tentativa, desmontou o conjunto e resolveu revelar a chapa assim mesmo. Surpreso, verificou Curso Básico de Radioproteção pag. 7 que ela fora intensamente impressionada. A radiação que atingira não dependera, então, da incidência de luz solar nos cristais. Eles emitiam radiações por si mesmos! Isso ocorreu em 1896. Dois anos depois, Marie Curie daria a essa nova forma de radiação o nome de raios de Becquerel e, depois, de radioatividade. Becquerel desenvolveu trabalhos no campo da luz polarizada, fenômenos da fosforescência, absorção de luz por cristais e magnetismo terrestre. Em 1896, Becquerel resolve investigar se há alguma relação entre a radiação-X, recentemente descoberta, e o fenômeno da fosforescência natural. Ele verifica que todos os sais de urânio, quando colocados próximos a um filme fotográfico, marcam-os. A partir disso, conclui-se que este fenômeno é relativo ao átomo de urânio. A radiação emitida dos átomos de urânio não era radiação-X, como provou Becquerel, pois ela sofria desvios, quando submetida, a um campo elétrico. Em 1903, junto como casal Curie, ganha o prêmio Nobel de Física pela descoberta da radiação natural. Em 1908, na Grã Bretanha, Becquerel morre. O Casal Curie notabilizou-se pela descoberta do que chamou radioatividade, e assim seu nome está mais ligado a descoberta das radiações do urânio. Verificou também que, além de luminosidade, as radiações emitidas pelo urânio eram capazes de penetrar a matéria. Criou, então, a unidade de medida de radioatividade definida como a atividade de um material radioativo no qual se produz uma desintegração nuclear por segundo. E ainda demonstrou experimentalmente que um feixe de raios, canalizados por um anteparo de chumbo, subdividem-se, sob a ação de um campo magnético, em três feixes distintos, dois dos quais se desviam em sentidos opostos, enquanto o terceiro mantém a direção primitiva. Rutherford denominou alfa, beta e gama os três raios emitidos pelos corpos radioativos. Durante muito tempo, porém, os raios gama foram conhecidos como raios de Becquerel. Tornou-se membro do Instituto da França e da Academie des Sciences (1889) e dividiu o Prêmio Nobel de Física (1903), com Pierre (1859-1906) e Marie Curie (1867-1934), com quem mantinha estreita colaboração, por sua descoberta da radioatividade natural. Foi nomeado secretário-perpétuo da Academia de Ciências de Paris (1908) e morreu em Croisic, na Bretanha. Curso Básico de Radioproteção pag. 8 5. A ESTRUTURA DA MATÉRIA Os filósofos Gregos achavam que o universo abrangia somente quatro “elementos” básicos: terra, água, fogo e ar. Todas as coisas no universo eram feitas com a combinação desses quatro “elementos” básicos. Essa filosofia foi predominante durante dezoito séculos. Com o tempo, algumas descobertas foram feitas. Um químico Francês, Antoine Lavoisier, provou em 1.774, que o ar não era um “elemento”, mas sim formado por duas substâncias simples, oxigênio e nitrogênio. Em 1.789, um químico Inglês, Henry Cavendich, descobriu que outro “elemento” básico, água, era realmente um composto de hidrogênio e oxigênio. Essas descobertas dos cientistas iriam dar origem às propriedades fundamentais das substâncias químicas. Um elemento foi determinado por ser uma substância que não podia ser quimicamente dividida em substância simples. Exemplos de elementos simples são; o ferro, cobalto, nitrogênio, etc. Substâncias que podem ser separadas em substâncias simples, por meios químicos são chamados de compostos. A água é um composto, tendo em vista que é uma combinação química dos elementos oxigênio e hidrogênio. Cientistas voltaram suas pesquisas para descobrirem mais elementos, e essas descobertas revolucionaram a química. Durante os anos de 1.860, um cientista Russo chamado Dmitri Mendeleev, verificou que, quando elementos são arranjados em ordem de suas unidades de massa, uma repetição ou periodicidade das propriedades químicas existia. Ele formou uma tabela ilustrando esse descobrimento que é conhecida como Tabela Periódica dos Elementos. Alguns vazios que existem em sua tabela Mendeleev havia previsto, com grande certeza, as propriedades dos elementos que ainda não haviam sido descobertos. Sua previsão foi provada com a descoberta desses elementos faltantes. Noventa elementos foram achados que existiam na natureza, contudo quinze elementos adicionais foram produzidos artificialmente. Alguns elementos diferentes foram descobertos, e os cientistas achavam maravilhoso como os elementos eram diferentes entre si. John Dalton, inglês, estudou que um elemento era compreendido de minúsculos, construindo submicroscópicos blocos conhecidos como átomos e que todos os átomos de um elemento tem as mesmas propriedades . Um átomo é a parte básica do elemento no qual tem todas as propriedades do elemento. Cientistas sabiam que diferentes elementos continham átomos com diferentes propriedades; a questão era “como os átomos eram diferentes uns dos outros?” E para entender, isso teve que aprender como o átomo era composto. Uma descoberta que aprenderam para o desenvolvimento de teoria atômica era a emissão dos “raios catódicos”. Esta ocorrência era bem conhecida, que quando a Curso Básico de Radioproteção pag. 9 eletricidade passava através de um gás a baixa pressão, luz era emitida. Lâmpadas fluorescentes e sinais de néon são bons exemplos desse fenômeno. A ESTRUTURA DO ÁTOMO Todas as coisas existentes na natureza são constituídas de átomos ou suas combinações. Atualmente, sabemos que o átomo é a menor estrutura da matéria que apresenta as propriedades de um elemento químico. A estrutura de um átomo é semelhante à do sistema solar, consistindo em um núcleo, onde fica concentrada a massa, como o Sol, e em partículas girando em seu redor, denominadas elétrons, equivalentes aos planetas. Como o sistema solar, o átomo possui grandes espaços vazios, que podem ser atravessados por partículas menores do que ele. O núcleo do átomo é formado, basicamente, por partículas de carga positiva, chamadas prótons, e de partículas de mesmo tamanho, mas sem carga, denominadas nêutrons. O número de prótons (ou número atômico) identifica um elemento químico, comandando seu comportamento em relação aos outros elementos. O elemento natural mais simples, o hidrogênio, possui apenas um próton; o mais complexo, o urânio, tem 92 prótons, sendo o elemento químico natural mais pesado. ÁTOMO A menor unidade na qual a matéria pode ser dividida, mantendo suas propriedades e características. Elétron (e - ) (partícula com carga negativa) Núcleo Próton (p + ) (partícula de carga positiva) Neutron (n o ) (partícula sem carga) Curso Básico de Radioproteção pag. 10 RELAÇÃO DE MASSA A massa de um próton é 1.860 vezes maior do que a massa de um elétron TUBO GEISSLER Um físico inglês, chamado Joseph Thompson, descobriu que esses “raios catódicos” eram realmente partículas carregadas com cargas elétricas. Essas partículas eram sempre idênticas ao material do catodo ou do tipo de gás utilizado. Thompson estudou mais tarde, que a mesma partícula com a mesma carga elétrica era produzida por vários outros modos, tal como a luz ultravioleta de certos materiais (o princípio do olho eletrônico). Essas partículas, posteriormente conhecidas como elétrons eram carregadas com uma carga elétrica elementar. A partir desta descoberta, Thompson acreditava que todos os átomos continham elétrons, contudo em diferentes números. Porque átomos eram eletricamente neutros, deveriam conter uma carga positiva igual à carga de seus números de elétrons. Embora o modelo do átomo de Thompson estivesse errado, seu conceito de elétrons em combinação com cargas positivas de um átomo estavam corretas, e isso serviu para mais tarde descobrirem e estrutura do átomo. Em 1906, Ernest Rutherford realizou experiências por bombardeio de partículas alfa em finas folhas de ouro. (Partículas alfa são emitidas por certos radioisótopos, ocorrendo naturalmente; será discutido nos capítulos subsequentes). Ele achava que a maioria das partículas passava direto através da fina folha do metal em sua direção original. Porém, algumas partículas foram desviadas, retornando no sentido em que elas vinham. Curso Básico de Radioproteçãopag. 11 Isto levou Rutherford a duas importantes descobertas acerca da estrutura do átomo, mas concentradas em um pequeno volume. Isto levou ao desenvolvimento do modelo atômico que é aceito até hoje. Um átomo consiste de um núcleo que tem o diâmetro de 10 –5 do átomo. O núcleo contém a carga positiva do átomo. Ao redor do núcleo giram um número de elétrons, da mesma maneira que os planetas giram ao redor do sol. Os elétrons ocupam níveis ou camadas de energia, e o espaçamento desses níveis causa o grande tamanho do átomo em comparação com o núcleo. Desde que a carga elementar que é do elétron, e a carga do núcleo é igual à soma da carga eletrônica contida nas camadas, cientistas começaram a verificar que a partícula que tinha a unidade de carga positiva estava no núcleo. Eles acharam que o mais leve elemento, hidrogênio, continha somente um elétron na camada. O núcleo, então, tinha uma carga. Determinaram que o núcleo de hidrogênio fosse uma partícula fundamental, sendo chamado de próton. Descobriram que os átomos de todos os elementos continham prótons, sendo diferenciados pelo número de prótons contidos. Curso Básico de Radioproteção pag. 12 Cada um teve fixado um número, baseado no número de prótons no núcleo. A ordem dos elementos foi instituída para ser a mesma de tabela periódica de Mendeleev. Cientistas conheciam agora que um átomo consistia de um núcleo contendo um número de prótons e uma nuvem eletrônica com igual número de elétrons. Contudo eles estavam confusos, pelo fato do átomo de hélio (número atômico 2) pesar quatro vezes mais do que o átomo de hidrogênio, do que duas vezes mais. Irregularidades no peso persistiram, através da tabela periódica. Predisseram algumas teorias para o acontecido, mais a confusão terminou em 1932, quando James Chadwick, físico inglês descobriu uma partícula chamada nêutron. Essa partícula tinha uma massa igual à do próton, porém não tinha carga. As irregularidades na massa sumiram quando estava estudando que no núcleo continha nêutrons. Para descrever esta nova propriedade, cientistas alegaram o número de massa, número de partículas (prótons e nêutrons) no núcleo. Descrevendo o átomo, o núcleo de massa seria escrito com um número superior no símbolo químico. Curso Básico de Radioproteção pag. 13 Além disso, medidas determinaram que todos os átomos de um elemento não tinham o mesmo número de massa. Esses átomos, com o mesmo número atômico, porém diferente número de nêutrons são conhecidos como isótopos. Os isótopos de um elemento podem ter muitas propriedades nucleares diferentes, como serão vistos em capítulos subsequentes. ISÓTOPOS, ISÓTONOS E ISÓBAROS Os números de nêutrons no núcleo podem ser variáveis, pois eles não têm carga elétrica. Com isso, um mesmo elemento químico pode ter massas diferentes. Átomos de um mesmo elemento químico com massas diferentes são denominados isótopos. Distribuição Eletrônica Curso Básico de Radioproteção pag. 14 O hidrogênio tem 3 isópotos: o hidrogênio, o deutéro e o trício (ou trítio). O urânio, que possui 92 prótons no núcleo, existe na natureza na forma de 3 isótopos: U 234 , com 142 nêutrons (em quantidade desprezível na crosta terrestre) U 235 , com 143 nêutrons, usado em reatores nucleares, após enriquecido (0,7%); U 238 , com 146 nêutrons no núcleo (99,3%). Hidrogênio (H-1) (estável) Deutério (H-2) (estável) Tritium (H-3) (instável - radioativo) Curso Básico de Radioproteção pag. 15 A X Z A = Massa atômica – é a soma do número de prótons e número de nêutrons no núcleo do átomo Z = Número atômico – é o número de prótons existentes no núcleo do átomo LEMBRETE: O número de prótons (Z) existente no núcleo de um átomo é equivalente ao número de elétrons (e) existente na sua eletrosfera. Exemplos: 192 Ir (Irídio com A= 192 (P + N) e 77 Prótons) 77 nº nêutrons = A – Z logo, N = 192 – 77 = 115 60 Co (Cobalto com A= 60 (P + N) e 27 Prótons) 27 nº nêutrons = ONDE: X = Elemento químico A = Número de massa atômica Z = Número atômico Nº neutros = A - Z Curso Básico de Radioproteção pag. 16 133 Xe (Xenônio com A= 133 (P + N) e 54 Prótons 54) 54 nº nêutrons = ISÓTOPOS São elementos químicos que, embora diferentes entre si, possuem igual número atômico (Z) ISÓBAROS São elementos químicos que, embora diferentes entre si, possuem igual massa atômica (A) ISÓTONOS São elementos químicos que, embora diferentes entre si, possuem igual número de nêutrons (N) Curso Básico de Radioproteção pag. 17 EXERCÍCIOS: 1) Existem 3 radionuclídeos X, Y e Z. Sabe-se que Y tem número atômico 77, Z tem 192 prótons e Nêutrons e X massa atômica 191. Sabe-se ainda que X e Y são isótopos, Y e Z são isóbaros e X e Z são isótonos. Assim sendo, determine os números de massa e número atômico dos elementos X, Y e Z? 2) São dados 3 nuclídeos, X, Y e Z, tais que X e Y são isótopos, Y e Z são isóbaros e X e Z são isótonos. Sabendo que Y tem 57 nêutrons e que Z tem número de massa 99 e um próton a mais que X. Calcule o número atômico e o número de massa de X, Y e Z. A Z N X Y Z Curso Básico de Radioproteção pag. 18 INTERAÇÃO DA RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA COM A MATÉRIA Vimos que os elétrons de um átomo ocupam certos níveis energéticos. Se suficiente energia é transmitida a esses elétrons, eles podem ser expulsos do átomo, tornando-se elétrons livres. Ai processo de retirara elétrons de um átomo é conhecido como ionização. Esse processo pode mudar drasticamente as propriedades químicas do átomo. Radiação gama e X possuem energia suficiente para causarem essas ionizações. Para o limite de energia comumente utilizado em radiografia, o processo de ionização ocorre de dois modos. Um efeito é aquele que toda a energia dos raios gama ou X é transmitida para o elétron. Os raios gama ou X deixam de existir e os elétrons deixam o átomo com certa energia cinética. Esse efeito é predominante para baixas energias gama ou X sendo conhecido como Efeito Fotoelétrico. Um outro efeito maior é quando os raios gama ou X, chocam-se com o elétron, livrando-o com uma energia cinética um raio gama ou X com menor energia emergente (conseqüentemente com maior freqüência). Esse efeito predomina em altas energias gama ou X, sendo conhecido como Efeito Compton. Ambos osefeitos resultam em um átomo ionizado, criando assim, diferentes propriedades químicas no átomo. 6. RADIAÇÃO E RADIOATIVIDADE – PRINCÍPIOS BÁSICOS 6.1.DESINTEGRAÇÕES RADIOATIVAS NATURAIS E ARTIFICIAIS NATURAIS: ALFA – α BETA – β GAMA – γ ARTIFICIAL: RADIAÇÃO X Curso Básico de Radioproteção pag. 19 6.1.2. PARTÍCULAS RADIOATIVAS 6.1.2.1. PARTÍCULA ALFA Um dos processos de estabilização de um núcleo com excesso de energia é o da emissão de um grupo de partículas positivas, constituídas por dois prótons e dois nêutrons, e da energia a elas associada. São as radiações alfa ou partículas alfa, núcleos de hélio (He), um gás chamado,nobre, por não reagir quimicamente com os demais elementos. A partícula alfa tem massa igual a quatro vezes a massa do próton (cerca de 7000 vezes a massa do elétron), duas unidades de carga elétrica positiva (+2e - ) e seus constituintes estão fortemente ligados (alta energia de ligação). As partículas alfa têm energia na faixa de 3 à 7 MeV e como têm velocidades de ~ 0,1c (c = velocidade da luz) não são considerados efeitos relativísticos São constituídas de 2 prótons e 2 nêutrons ( 4 He 2 ); São características de elementos pesados ( Z > 82 ); São partículas de alta energia; Possuem pequeno poder de penetração na matéria (podem ser blindadas por uma folha de papel) e são facilmente absorvidas em poucos centímetros de ar. Em seu trajeto ela arranca elétrons das moléculas do ar, ionizando-as. Dos três tipos de radiação nuclear, a partícula alfa é a que apresenta o maior poder de ionização. É uma partícula relativamente grande; Esquema da desintegração alfa Ei Ef E Y N-2 A-4 Z-2 X A Z N E Curso Básico de Radioproteção pag. 20 6.1.2.2. PARTÍCULA BETA Partículas de alta energia, com origem do núcleo, massa igual à de um elétron e carrega uma unidade de carga elétrica. Possuem um poder de penetração bem superior que a radiação alfa, sendo absorvida por alguns centímetros de acrílico ou plástico. Outra forma de estabilização, quando existe no núcleo um excesso de nêutrons em relação a prótons, é através da emissão de uma partícula negativa, um elétron, resultante da conversão de um nêutron em um próton. É a partícula beta negativa ou, simplesmente, partícula beta. No caso de existir excesso de cargas positivas (prótons), emitida uma partícula beta positiva, chamada pósitron, resultante da conversão de um próton em um nêutron. Portanto, a radiação beta é constituída de partículas emitidas por um núcleo, quando da transformação de nêutrons em prótons (partículas beta) ou de prótons em nêutrons (pósitrons). Se a carga elétrica for negativa ( e - ) chama-se Beta menos (β - ) se for positiva chama-se Beta mais ou Pósitron ( e + ) . Pode ser de dois tipos: Beta Negativa - Resultado da desintegração de um nêutron. Beta Positiva - Resultado da desintegração de um próton. A partícula beta tem poder de ionização inferior e poder de penetração superior ao da partícula alfa, mas seu alcance é ainda reduzido (~1 cm no alumínio ou ~1mm no chumbo). Com velocidades de ~0,99c (c=velocidade da luz) os efeitos relativísticos têm que ser considerados. São capazes de penetrar alguns mm no Al. É uma partícula negativamente carregada. Tem a mesma massa e a mesma carga dos elétrons. Necessita de alguns milímetros de material sólido ou líquido, ou alguns metros de ar para ser freada. Produzem uma ionização menos intensa que as partículas alfa. Curso Básico de Radioproteção pag. 21 Esquema da desintegração beta 66..11..22.3. RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA GAMA e X É um espectro que se movimenta com a velocidade da luz (300.000 Km/seg); São muito mais penetrantes que as partículas alfa e beta; Podem atravessar vários cm de chumbo e percorrem grandes distâncias no ar; Produzem poucas ionizações por unidade de comprimento em sua trajetória, em relação às partículas alfa e beta; Propagam-se em linha reta Ionizam os gases Não sofre desvio de campos magnéticos ou campo elétrico Radiação Gama = onda eletromagnética = fóton E n p e u 0 1 1 0 + + -+ _ Ei Ef E Y N-1 A Z+1 X A Z N Curso Básico de Radioproteção pag. 22 6.2 ELETROMAGNETISMO E ONDAS ELETROMAGNÉTICAS Geralmente, após a emissão de uma partícula alfa ou beta, o núcleo resultante desse processo, ainda com excesso de energia, procura estabilizar-se, emitindo esse excesso em forma de onda eletromagnética, da mesma natureza da luz, denominada radiação gama. RADIAÇÃO GAMA PARTÍCULAS E ONDAS Ondas Eletromagnéticas. Ondas eletromagnéticas consistem em oscilações de campos elétricos e magnéticos, conseqüentemente, o nome. Elas são geralmente representadas como uma simples onda senoidal Elas são caracterizadas por seus comprimentos de ondas (distância de um ponto do ciclo até o mesmo ponto do próximo ciclo) e sua freqüência (número de osculações por segundo). Todas as ondas eletromagnéticas viajam com a velocidade da luz(c). O comprimento de onda ( λ ) e a freqüência ( δ ) são relacionados pela equação: λ . δ =c. Isto é, verdade para toda radiação eletromagnética. Radiação eletromagnética é conhecida por vários nomes, e esses tipos diferem pela freqüência. A energia dessas ondas é relacionada pele freqüência pela equação: E = h . δ, onde h é constante de Planck, quanto maior é freqüência de onda, maior é a sua energia. O espectro Eletromagnético. Espectro electromagnético é o intervalo completo da radiação eletromagnética, que contém desde as ondas de rádio, as microondas, o infravermelho, a luz visível, os raios ultravioleta, os raios X, até a radiação gama. Uma carga em repouso cria à sua volta um campo radial e uniforme que se estende até ao infinito. Se esta carga for acelerada haverá uma variação do campo eléctrico no tempo, que irá induzir um campo magnético também variável no tempo (estes dois campos são perpendiculares entre si). Estes campos em conjunto constituem uma onda electromagnética (a direcção de propagação da onda é perpendicular às direcções de vibração dos campos que a constituem). Uma onda electromagnética propaga-se mesmo no vácuo. Quando Maxwell comparou a velocidade da luz com a velocidade das outras ondas electromagnéticas, concluiu que a luz visível é constituida por ondas http://pt.wikipedia.org/wiki/Radia%C3%A7%C3%A3o_eletromagn%C3%A9tica http://pt.wikipedia.org/wiki/Ondas_de_r%C3%A1dio http://pt.wikipedia.org/wiki/Microondas http://pt.wikipedia.org/wiki/Infravermelho http://pt.wikipedia.org/wiki/Luz_vis%C3%ADvel http://pt.wikipedia.org/wiki/Raios_ultravioleta http://pt.wikipedia.org/wiki/Raios_X http://pt.wikipedia.org/wiki/Radia%C3%A7%C3%A3o_gama Curso Básico de Radioproteção pag. 23 electromagnéticas, em tudo análogas às restantes, com a única diferença na frequência e comprimento de onda. Deacordo com a frequência e comprimento de onda das ondas electromagnéticas pode-se definir um espectro com várias zonas (podendo haver alguma sobreposição entre elas). Radiação gama: emitida por materiais radioativos e pelo Sol. Localiza-se no espectro eletromagnético antes dos raios X, ou seja, aquém de 1 ângstrom. Possui altas freqüências e, por isso, é muito penetrante (alta energia). Na prática, tem aplicações na medicina (radioterapia) e em processos industriais, principalmente na conservação de alimentos. Raios X: radiações cujas freqüências de onda estão acima das da radiação ultravioleta, ou seja, possuem comprimentos de onda menores. Esta denominação foi dada por seu descobridor, o físico alemão Wilhelm R6ntgen, em 1895, por não conhecer suas trajetórias. Os raios X surgem do interior da eletrosfera do átomo, por rearranjos eletrônicos. São muito usados em radiografias e em estudos de estruturas cristalinas de sólidos. Os raios X provenientes do Sol são absorvidos pelos gases na alta atmosfera. Radiação ultravioleta (UV): conjunto de radiações compreendidas na faixa espectral de 0,01 a 0,40).lm. Estas radiações são muito produzidas durante as reações nucleares no Sol. Entretanto, ao atingir o topo da atmosfera terrestre, são quase totalmente absorvidas pelo gás ozônio (03), O espectro do UV é dividido em três bandas: UV próximo (0,32 a 0,40 ).lm), UV distante (0,28 a 0,32 ).lm) e UV máximo (0,1 a 0,28 ).lm). Radiação visível (luz): conjunto de radiações eletromagnéticas compreendidas entre 0,39 e 0,70 ).lm. As radiações contidas nesta faixa de comprimento de onda, ao incidirem no sistema visual humano, são capazes de provocar uma sensação de cor 2 no cérebro. Isaac Newton provou que a radiação solar poderia ser separada (dispersa) em um espectro colorido, como acontece num arco-íris. Sua teoria foi mais tarde demonstrada ao decompor a luz branca através de um prisma. Além disso, as experiências também provaram que determinada cor 1 é constituída por várias energias de comprimento de onda diferentes. Por exemplo, todas as energias do espectro eletromagnético, com comprimentos de ondas entre 0,446 e 0,500 ).lm (ou 446 e 500 nm) provocam, no sistema visual humano, a sensação de cor azul. No entanto, há um comprimento de onda centrado em 0,450).lm (450 nm) que o azul mais puro (100%). Por outro lado, não existe um limite rígido entre duas cores do espectro visível. Os limites tabulados apresentados na literatura são apenas teóricos, para fins didáticos. Este fato é bem ilustrado na Figura 1.1, onde se percebe claramente que a transição entre duas cores é difusa. Curso Básico de Radioproteção pag. 24 Radiação infravennelha (IV): conjunto de radiações eletromagnéticas cujos comprimentos de onda variam de 0,7 a 1.000 mm. Situam-se no espectro eletromagnético entre a luz vermelha e as microondas; às vezes recebem a denominação de radiação térmica. Esta radiação é dividida em três faixas espectrais: IV próximo (0,7 a 1,1 fim), IV médio (1,1 a 3,0 fim) e IV distante (3,0 a 1.000 fim). Microondas: radiações eletromagnéticas que se estendem pela região do espectro de 1.000 fim até cerca de 1 x 10- 6 fim (1 m). São mais comumente referenciadas em Hertz e seus múltiplos, estando, neste caso, compreendidas entre 300 GHz a 300 MHz. Ondas de rádio: conjunto de radiações com freqüências menores que 300 MHz (comprimento de onda maior que 1 m). Estas ondas são utilizadas principalmente em telecomunicação e radiodifusão. O conjunto de todas estas radiações, desde os raios gama até as ondas de rádio, forma o espectro eletromagnético, que nada mais é do que a ordenação destas radiações em função do comprimento de onda e da freqüência. OO EESSPPEECCTTRROO EELLEETTRROOMMAAGGNNÉÉTTIICCOO OO eessppeeccttrroo eelleettrroommaaggnnééttiiccoo éé aa ddiissttrriibbuuiiççããoo ddaa iinntteennssiiddaaddee ddaa rraaddiiaaççããoo eelleettrroommaaggnnééttiiccaa ccoomm rreellaaççããoo aaoo sseeuu ccoommpprriimmeennttoo ddee oonnddaa oouu ffrreeqqüüêênncciiaa.. CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 25 O tipo de radiação eletromagnética que mais interessa para a radiografia é a radiação gama ou raio – X . Como se pode ser facilmente visto, essas radiações são muito mais energéticas do que as ondas de radio e a luz visível. E é essa energia relativamente alta que faz os raios gama e X , ferramentas úteis na radiografia e potenciais riscos em proteção radiológica. Conforme foi descrito, as radiações nucleares podem ser de dois tipos: a) partículas, possuindo massa, carga elétrica e velocidade, esta dependente do valor de sua energia; b) ondas eletromagnéticas, que não possuem massa e se propagam com a velocidade de 300.000 km/s, para qualquer valor de sua energia. São da mesma natureza da luz e das ondas de transmissão de rádio e TV. A identificação desses tipos de radiação foi feita utilizando-se uma porção de material radioativo, com o feixe de radiações passando por entre duas placas polarizadas com um forte campo elétrico. 6.3. PENETRAÇÃO DA RADIAÇÃO EEnneerrggiiaa NNuucclleeaarr PPeenneettrraaççããoo ddaa RRaaddiiaaççããoo CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 26 6.4. SIMBOLOGIA Alcance relativo das radiações nucleares na matéria CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 27 Novo símbolo de perigo da radiação adotado pela A.I.E.A. O símbolo deverá ser usado para fontes categoria 1, 2 e 3 da A.I.E.A., definidas como fontes perigosas capazes de causar mortes ou ferimentos sérios, incluindo os irradiadores de alimentos, irradiadores para tratamento do câncer e unidades de radiografia industrial. O Símbolo deve ser colocado no dispositivo que contém a fonte, como um aviso para que o equipamento não seja desmontado ou para que não se aproxime do mesmo. O símbolo não será colocado em portas de acesso a sala do equipamento, embalagens para transporte ou em containeres. Muitos fabricantes de fontes planejam usar o símbolo nas novas fontes de grande intensidade. 6.5. RESUMO RADIAÇÃO Energia que se desloca através do espaço ou da matéria. RADIAÇÃO IONIZANTE Decorre de partícula ou onda eletromagnética que, ao interagir com a matéria, torna instável a carga elétrica (direta ou indiretamente) de seus átomos ou moléculas. A energia da radiação: • Tem origem nuclear; • A desintegração pode ser: Por partículas de alta velocidade Por radiação eletromagnética CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 28 • NATURAL (Radiação alfa (α), Beta (β) e gama (γ); ARTIFICIAL (Radiação X); • As radiações naturais são espontâneas; • O átomo busca sua estabilidade 7. GRANDEZAS E UNIDADES DE RADIAÇÃO 7.1. ATIVIDADE Bequerel é a quantidade de material radioativo que sofre uma desintegração por segundo ou ainda que 1 Bq é equivalente a 1 átomo se desintegrando por segundo. UNIDADE INTERNACIONAL: BECQUEREL - (Bq) 1Bq = 1 dps Dps – desintegração por segundo UNIDADE DE REFERENCIA: CURRIE - (Ci) 11 CCii == 3377 GGBBqq CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 29 8. APLICAÇÃO DAS RADIAÇÕES IONIZANTES NA INDÚSTRIA E NA MEDICINA INSPEÇÃO DE SOLDAS MEDIÇÃO DE DESGASTES, ESPESSURA, DENSIDADE E NÍVEL DETECÇÃO DE VAZAMENTOS CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS ESTERILIZAÇÃO DE MATERIALCIRURGICO E DE USO DIAGNÓSTICO DE DOENÇAS RADIOTERAPIA (TELETERAPIA, BRAQUITERAPIA) OTIMIZAÇÃO DE ESPÉCIES VEGETAIS (MUTAÇÕES GENÉTICAS, TRAÇAGEM DE NUTRIENTES, CONTROLE / ELIMINAÇÃO DE INSETOS) ANÁLISE LABORATORIAL (CONSTITUIÇÃO DE AMOSTRAS, PERÍCIA POLICIAL, ANÁLISE MINERALÓGICA) ESTUDOS DA POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA COLORAÇÃO DE CRISTAIS DATAÇÃO ( C14 , U238 ) TERMOLUMINESCÊNCIA PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA Diagnóstico com uso de radioisótopo CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 30 RADIOTERAPIA (TELETERAPIA CO60 ) UUssoo ddee MMaatteerriiaaiiss RRaaddiiooaattiivvooss EEnneerrggiiaa EEllééttrriiccaa IInnddúússttrriiaa ee AAggrriiccuullttuurraa MMeeddiicciinnaa ee PPeessqquuiissaa 74 a 296 TBq = 5 anos e CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 31 9. DECAIMENTO RADIOATIVO OU MEIA VIDA FÍSICA É o tempo necessário para que a atividade de uma fonte radioativa caia pela metade Vimos que certos isótopos eram submetidos ao decaimento radioativo, pela emissão de partículas do núcleo. Eles são conhecidos como radioisótopos. Cada radioisótopo tem uma propriedade definida de desintegração com função do tempo. A medida do decaimento é proporcional à constante de decaimento e também ao número de átomos que estão presentes nesse radioisótopo. A partir dessa constante de decaimento, um termo conhecido como meia vida radioativa pode ser determinada matematicamente. A Meia Vida, T (1/2) é definida como o tempo requerido para que a metade dos átomos de uma amostra radioativa decaia ou desintegre. Por exemplo, certa amostra contem uma grama de Ir 192 . A meia vida desse isótopo é aproximadamente da 75 dias. Após 75 dias restará na amostra 0,5 grama de Ir 192 . Após 150 dias da data inicial, somente 0,25 gramas de Ir 192 restará. Após um período de dez meias vida, a quantidade de isótopo remanescente será desprezível em comparação com a amostra inicial. A Atividade de uma amostra é o termo utilizado para descrever a medida do decaimento. A unidade da Atividade é o Becquerel (Bq), sendo definida como desintegração por segundo 444 GBq de uma fonte de Ir serão submetidos a 444 bilhões de desintegrações em um segundo. Um miolo de fonte com essa atividade será 1,6 mm de diâmetro e 1,6 mm de altura. EXEMPLO: FONTE = 100 GBq 1ª MV = 50 GBq 2ª MV = 25 GBq 3ª MV = 12,5 GBq 4ª MV = 6,25 GBq CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 32 É difícil obter-se uma amostra de isótopo puro por diversas razões. Entretanto, uma outra unidade é utilizada para descrevê-la, a Atividade Específica da fonte radioativa. Ela é a razão da Atividade da amostra pela massa sendo dada em unidade de Becquerel por grama. Um exemplo de alta Atividade Específica do Co 60 seria 14,43 TBq/g Meia-vida, portanto, é o tempo necessário para a atividade de um elemento radioativo ser reduzida à metade da atividade inicial. Isso significa que, para cada meia-vida que passa, a atividade vai sendo reduzida à metade da anterior, até atingir um valor insignificante, que não permite mais distinguir suas radiações das do meio ambiente. Dependendo do valor inicial, em muitas fontes radioativas utilizadas em laboratórios de análise e pesquisa, após 10 (dez) meias vida, atinge- se esse nível. Entretanto, não se pode confiar totalmente nessa receita. E sim numa medida com um detector apropriado, pois, nas fontes usadas na indústria e na medicina, mesmo após 10 meias-vidas, a atividade da fonte ainda é geralmente muito alta. UM EXEMPLO PRÁTICO Vejamos o caso do iodo-131, utilizado em Medicina Nuclear para exames de tireóide, que possui a meia-vida de oito dias. Isso significa que, decorridos 8 dias, atividade ingerida pelo paciente será reduzida à metade. Passado mais 8 dias, cairá à metade desse valor, ou seja, ¼ da atividade inicial e assim sucessivamente. Após 80 dias (10 meias vida), atingirá um valor cerca de 1000 vezes menor. Entretanto, se for necessário aplicar-se uma quantidade maior de iodo-131 no paciente, não se poderia esperar por 10 meias-vidas (80 dias), para que a atividade na tireóide tivesse um valor desprezível. Isso inviabilizaria os diagnósticos que utilizam material radioativo, tendo em vista que o paciente seria uma fonte radioativa ambulante e não poderia ficar confinado durante todo esse período. Para felicidade nossa, o organismo humano elimina rápida e naturalmente, via fezes, urina e suor, muitas das substâncias ingeridas. Dessa forma, após algumas horas, o paciente poderá ir para casa, sem causar problemas para si e para seus familiares. Assim, ele fica liberado, mas o iodo-131 continua seu decaimento normal na urina armazenada no depósito de rejeito hospitalar, até que possa ser liberado para o esgoto comum. Na natureza existem elementos radioativos que realizam transmutações ou desintegrações sucessivas, até que o núcleo atinja uma configuração estável. Isso significa que, após um decaimento radioativo, o núcleo não possui, ainda, uma organização interna estável e, assim, ele executa outra transmutação para CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 33 melhorá-la e, ainda não conseguindo, prossegue, até atingir a configuração de equilíbrio. Em cada decaimento, os núcleos emitem radiações dos tipos alfa, beta e/ou gama e cada um deles é mais organizado que o núcleo anterior. Essas seqüências de núcleos são denominadas séries radioativas. No estudo da radioatividade, constatou-se que existem apenas 3 séries ou famílias radioativas naturais, conhecidas como: A Série do Actínio, na realidade, inicia-se com o urânio-235 e tem esse nome, porque se pensava que ela começava pelo actínio-227. As três séries naturais terminam em isótopos estáveis do chumbo, respectivamente. Os principais elementos das séries acima mencionadas são apresentados no quadro a seguir. CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 34 DESINTEGRAÇÃO OU TRANSMUTAÇÃO RADIOATIVA Cada elemento radioativo, seja natural ou obtido artificialmente, se transmuta (se desintegra ou decai) a uma velocidade que lhe é característica. Para se acompanhar a duração (ou a .vida.) de um elemento radioativo foi preciso estabelecer uma forma de comparação. Por exemplo, quanto tempo leva para um elemento radioativo ter sua atividade reduzida à metade da atividade inicial? Esse tempo foi denominado meia-vida do elemento. Alguns elementos radioativos têm meia-vida muito longa, como, por exemplo, os elementos iniciais de cada série radioativa natural (urânio-235, urânio-238 e tório- 232). Dessa forma, é possível explicar, porque há uma porcentagem tão baixa de urânio- 235 em relação à de urânio-238. Como a meia-vida do urânio-235 é de 713 milhões de anos e a do urânio-238 é de 4,5 bilhões de anos, o urânio-235 decai muito mais rapidamente e, portanto, é muito mais consumido que o urânio-238. Com o desenvolvimento de reatores nucleares e máquinas aceleradoras de partículas, muitos radioisótopos puderam ser fabricados, utilizando-se isótopos estáveis como matéria prima. Com isso, surgiram as Séries Radioativas Artificiais, algumas de curta duração. CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 35 9.1. SÉRIES RADIOATIVAS NATURAIS SÉRIE DO URÂNIO SÉRIE DO ACTÍNIO SÉRIE DO TÓRIO Urânio-238 Urânio-235 Tório-232 4,5 bilhões de anos 713 milhões de anos 13,9 bilhões de anosTório-234 Tório-231 Rádio-228 24,6 dias 24,6 horas 5,7 anos Protactínio-234 Protactínio-231 Actínio-228 1,4 minutos 32.000 anos 6,13 horas Urânio-234 Actínio-227 Tório-228 270.000 anos 13,5 anos 13,5 anos 1,9 anos α Tório-230 Frâncio-223 Tório-227 Rádio-224 83.000 anos 21 min 18,9 dias 3,6 dias α Rádio-226 Rádio-223 Radônio-220 1.600 anos 11,4 dias 54,5 segundos Radônio-222 Radônio-219 . . . 3,8 dias 3,9 segundos α . . . . . . Polônio-212 0,0000003 segundos Polônio-210 Polônio-211 140 dias 0,005 segundos α Chumbo-206 Chumbo-207 Chumbo-208 estável estável estável α α α α α α α α α α α α α α β β β β β β CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 36 9.2. ELEMENTOS RADIOATIVOS – INFORMATIVO DE MEIA VIDA ELEMENTO NOME PRINCIPAL EMISSOR MEIA VIDA Am-241 Amerício ALFA 433 anos Cd-109 Cádmio GAMA ou X 462,6 dias Ca-45 Cálcio BETA 163 dias Cf-252 Califórnio ALFA 2,65 anos C-14 Carbono BETA 5.730 anos Cs-137 Césio BETA e GAMA ou X 30,2 anos Co-57 Cobalto GAMA ou X 272 dias Co-60 Cobalto GAMA ou X 5,27 anos Kr-85 Criptônio BETA e GAMA ou X 10,7 anos Cr-51 Cromo GAMA ou X 27,7 dias S-35 Enxofre BETA 87,5 dias Sr-90 Estrôncio BETA 28,2 anos Fe-55 Ferro GAMA ou X 2,68 anos P-32 Fósforo BETA 14,3 dias I-125 Iodo GAMA ou X 59,9 dias I-131 Iodo BETA e GAMA ou X 8,0 dias Ir-192 Irídio GAMA ou X 73,8 dias Mo-99 Molibdênio BETA 2,75 dias Au-198 Ouro GAMA ou X 2,7 dias Po-210 Polônio ALFA 138,4 dias K-42 Potássio BETA 12,4 horas Pm-147 Promécio BETA 2,6 anos Ra-226 Rádio ALFA 1.600 anos Na-24 Sódio BETA e GAMA ou X 15 horas Ti-201 Tálio GAMA ou X 3,04 dias Ti-204 Tálio BETA 3,8 anos Tc-99m Tecnécio GAMA ou X 6,0 horas H-3 Trício BETA 12,3 anos 9.3. CÁLCULO DA MEIA VIDA: CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 37 Método convencional: A = A0 . e λ . t ln2 t(1/2) Método simplificado: A0 2 t / t(1/2) onde: A – Atividade final da fonte radioativa A0 – Atividade inicial da fonte radioativa t – Tempo decorrido t (1/2) – Meia vida da fonte radioativ 9.4. EXERCÍCIOS: A = = λ = CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 38 1) Qual a atividade de uma fonte de Ir 192 , que a 150 dias tinha atividade de 100 Ci? Dado: t (1/2) do Ir 192 = 75 dias a) Resolução: Método Bom senso b) Resolução: Método Convencional c) Resolução: Método Simplificado 2) Qual será a atividade de uma fonte de Cs 137 daqui a 1 século e meio, sabendo-se que hoje ela está com atividade de 320 TBq? CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 39 Dado: t (1/2) Cs 137 = 30 anos 3) Qual será a atividade de uma fonte de I 131 daqui a 960 horas, sabendo que hoje ela tem uma atividade de 64 KCi? Dado: t(1/2) I 131 = 8 dias 4) Qual seria a atividade de uma fonte de P 32 que em 14.07. 2007 estava com 50MBq, em 14.12.2007? Dado: t(1/2) P 32 = 15 Dias CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 40 10. INTERAÇÃO DA RADIAÇÃO COM ORGANISMOS VIVOS CONTAMINAÇÃO IRRADIAÇÃO Por outro lado, a descontaminação consiste em retirar o contaminante (material indesejável) da região onde se localizou. A partir do momento da remoção do contaminante, não há mais irradiação. Importante: a irradiação por fontes de Césio-137, Cobalto-60 e similares não torna os objetos ou o corpo humano radioativos. Irradiação não contamina, mas contaminação irradia. 10.1. IRRADIAÇÃO A irradiação é a exposição de um objeto ou um corpo à radiação, o que pode ocorrer a alguma distância, sem necessidade de um contato íntimo. Irradiar, portanto, não significa contaminar. Contaminar com material radioativo, no entanto, implica em irradiar o local, onde esse material estiver. 10.2. CONTAMINAÇÃO A contaminação com materiais radioativos se dá pela incorporação da fonte no organismo, podendo ocorrer da seguinte forma: a) Ingestão CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 41 b) Inalação c) Absorção pelo corpo 11. EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL CCoonnttrroollee ddaa CCoonnttaammiinnaaççããoo oouu eexxppoossiiççããoo Seguir os procedimentos sempre Treinamento e Procedimento Equipamento de Proteção Individual Monitorar continuamente CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 42 Kit de emergência para atendimento Basicamente composto por: Cones Fitas zebradas Placas de sinalização Lanterna Mega fone Apito Barreiras de blindagem Proteção contra a Irradiação Interna Proteção Contra Contaminação Interna e Externa EPI´S de Corpo Inteiro CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 43 12. PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DE PROTEÇÃO CONTRA AS IRRADIAÇÕES: TEMPO DE EXPOSIÇÃO DISTÂNCIA BLINDAGEM CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 44 13. TAXA DE EXPOSIÇÃO E DOSE – CONCEITOS E CÁLCULOS 13.1. TAXA DE EXPOSIÇÃO (X) AUMENTO DA EXPOSIÇÃO NA UNIDADE DE TEMPO - X = dx / dt X = . A d 2 onde: = gamão (vide tabela l) A = atividade da fonte (Ci ou Bq) d = distância (m) Tabela de valores de gamão RRAADDIIOONNUUCCLLÍÍDDEEOO CC xx MM22 // KKgg xx BBqq xx hh RR xx mm22 // CCii xx hh TT ½½ CÉSIO 137 2,30 x 10 -15 0,33 30,0 anos COBALTO 60 9,19 x 10 -15 1,32 5,3 anos IODO 125 4,87 x 10 -16 0,07 60,2 dias IODO 131 1,53 x 10 -15 0,22 8,0 dias IRÍDIO 192 3,34 x 10 -15 0,48 75 dias 13.2. DOSE ABSORVIDA (D) Quando a radiação atinge o corpo, ela deposita uma quantidade de energia. A energia depositada é medida em termos de dose absorvida. D = X . t Onde: X = taxa de exposição t = tempo Unidade R/h ou Rem/h CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 45 14. INSTRUMENTOS PARA MONITORAÇÃO DAS RADIAÇÕES 14.1. MONITORAÇÃO INDIVIDUAL Técnicas oficiais de controle: - Filme dosimétrico - Dosímetro Termoluminescente (TLD) - Anel dosimétrico - Pulseira dosimétrica Técnica de controle não oficial: - Caneta dosimétrica Filme dosimétrico É uma película de filme, não revelado, alojado em um receptáculo flexível e resistente, que protege contra a incidência de raios luminosos. Por ser sensível quando exposto a energia da radiação, o filme “vela”, uma vez revelado, tornar-se-á mais ou menos escuro de acordo com o nível de radiação exposta. A leitura calibrada da luminosidade que transpassa o filme revelado, determinará a dose de radiação a que esteve exposto o indivíduo dosimetrado. Dosímetro Termoluminescente (TLD) Geralmente constituído de cristais de fluoreto de lítio ou Fluoreto de Cálcio para medir a exposição de radiação. Sobre a ação de exposição da radiação, o TLD armazena energia nas camadaseletrônicas dos átomos. Sobre a ação de aquecimento do material, a energia é liberada em forma de luz visível. A quantidade de luz emitida é proporcional a quantidade de exposição da radiação. O TLD tem excelente resposta de energia sobre ampla faixa. A desvantagem do TLD é que se lendo a dose, destrói-se a informação. CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 46 Dosímetro de bolso ou caneta dosimétrica Outro tipo de instrumento para medida da radiação é necessário para auxiliar na minimização da exposição pessoal. O filme dosimétrico e dosímetro de bolso determina a quantidade de radiação que uma pessoa recebe, mas não é prático para determinar níveis de radiação diária. É importante conhecer os níveis de radiação de área, por diversas razões. Uma pessoa pode normalmente desejar trabalhar na área com menor nível de radiação, monitorando a área ele poderá escolher o melhor local para trabalhar. Instrumentos de medida devem também ser utilizado para determinar se uma fonte de radiação está em posição de armazenamento. CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 47 CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 48 14.2. MONITORAÇÃO DE ÁREA DETETORES DE IONIZAÇÃO A GÁS; CÂMARA DE IONIZAÇÃO; CINTILÔMETRO; CONTADOR GEIGER-MULLER; DETETOR PROPORCIONAL CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 49 Os dois principais tipos de instrumentos de levantamento radiométricos disponíveis são o contrator GEIGER MULLER e a Câmara de Ionização. Câmara de Ionização: Possui uma câmara de gás confinado com dois elétrons que são usados para criar um campo elétrico dentro da câmara. A radiação entre tanto na câmara, cria um íon par e esses íons carregados positivamente são atraídos pelo eletrodo oposto. Isto cria um pequeno fluxo de corrente através do circuito do medidor. Quando essa corrente é ampliada pelo circuito, pode ser medida e contada a quantidade de radiação entrando na câmara. Eles são disponíveis em modelos portáteis. O tempo de resposta é suficientemente pequeno para que o medidor possa dar uma quase imediata leitura do nível de radiação. Algumas câmaras de radiação vêm com a janela para “Beta”. Mas, para o uso em radiografia industrial, como a principal radiação é gama ou X, as mesmas facilmente penetram a caixa da câmara. As câmaras de ionização mais comuns são capazes de medir níveis de 2,58. 10 -7 C/kg até 2,58. 10 -4 C/kg. Alguns modelos medem níveis de até 0,129C/kg. h. Contador Geiger Muller (GM): Outro principal instrumento medidor é o contador GM. Também possui uma câmara de gás confinado com dois eletrodos, mas opera com princípio ligeiramente diferente. Ionização ocorre dentro de câmara, mas quando os íons são atraídos para os elétrodos, eles são acelerados, e na colisão com outras moléculas, criam mais íons. Esse processo é chamado de multiplicação do gás e acoplado a amplificação eletrônica, fornece a leitura do nível de radiação. Esses medidores também são disponíveis em modelos portáveis, portáveis, porém são mais eficientes para baixos níveis de radiação. Aferição: Instrumentos medidores devem ser aferidos no mínimo em dois pontos de cada escala. A aferição é realizada pela colocação do instrumento em um campo de radiação conhecido, assegurando que o instrumento esteja lendo corretamente. No instrumento deve-se ler mais ou menos 20% do nível real para ser considerado funcional. A aferição pode ser realizada usando-se uma só fonte, utilizando-se a lei do inverso do quadrado da distância, Uma fonte de 3,7. 10 10 Bq de Ir 192 têm uma intensidade de 129 μC/kgh a um metro. Colocando-se u instrumento a um metro dessa fonte, a leitura no medidor será de 129 μC/kgh. Usando-se a lei do inverso do quadrado, o nível de radiação a 10 metros será de 1,29μC/kgh. No medidor deve-se ler mais ou menos 20% desse valor. CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 50 Se um medidor não puder ser lido entre dos limites especificados e deverá ser corrigido por um menor ajuste. Se isto não for possível, o medidor deverá ser enviado para manutenção e posterior manutenção. Calibração: Instrumentos medidores devem ser calibrados em intervalos que não excedam a um ano ou após cada manutenção, por intuições devidamente autorizadas pela CNEN. Registro da mais recente calibração deverá ser mantido pela empresa. Aconselha-se que os medidores sejam etiquetados com a data da calibração mais recente, para que os trabalhadores possam identificar a validade de uso. 15. A PRODUÇÃO DE RAIOS X PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO RAIO X DE INSPEÇÃO DE BAGAGENS 15.1. RAIOS X, PRODUÇÃO E PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO Os raios X utilizados nas aplicações técnicas são produzidos por dispositivos denominados de tubos de raios X, que consistem, basicamente, em um filamento que produz elétrons por emissão termoiônica (catodo), que são acelerados fortemente por uma diferença de potencial elétrica (kilovoltagem) até um alvo metálico (anodo), onde colidem. A maioria dos elétrons acelerados são absorvidos ou espalhados, produzindo aquecimento no alvo. Cerca de 5% dos elétrons sofrem reduções bruscas de velocidade, e a energia dissipada se converte em ondas eletromagnéticas, denominadas de raios X. Os eletrodos estão contidos numa ampola de vidro onde se fez vácuo, para evitar a sua oxidação. CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 51 Devido ao processo como são produzidos, são também denominados de radiação de freamento (bremsstrahlung), é bom observar que, ao se desligar uma máquina de raios X, ela não produz mais radiação e, portanto, não constitui um equipamento radioativo, mas um gerador de radiação. Qualquer material irradiado por raios X, para as aplicações mais conhecidas, não fica e nem pode ficar radioativo. Muito menos os locais onde são implementadas, como consultórios dentários, salas de radiodiagnóstico ou radioterapia. Raios X de alta energia podem ser obtidos por freamento de feixes de elétrons de alta energia, produzidos por aceleradores de partícula, ao colidirem com alvos metálicos. Para radiações acima de 10 MeV, efeitos de ativação de materiais podem ocorrer, devido a ocorrência de reações nucleares. Neste caso, a instalação deve ser bem blindada e os cuidados com a radioproteção mais intensificados. CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 52 DENTRE AS NOTIFICAÇÕES QUE CHEGAM A CNEN, GRANDE PARTE DIZ RESPEITO A APARELHOS DE RAIOS-X. OS CASOS MAIS COMUNS REFEREM-SE AO SEU ABANDONO EM FERROS-VELHOS, SUSPEITA DE MÁ OPERAÇÃO OU, AINDA, DESCONFIANÇA DE QUE OS MESMOS ESTARIAM “VAZANDO” RADIAÇÃO. ISSO OCORRE PORQUE AS PESSOAS JULGAM, ERRONEAMENTE QUE ESSES EQUIPAMENTOS POSSUAM EM SEU INTERIOR UMA FONTE CONTENDO MATERIAL RADIOATIVO, CAPAZ DE EMITIR RADIAÇÃO ININTERRUPTAMENTE. ANOTAÇÕES CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 53 APARELHOS DE RAIOS-X NÃO POSSUEM FONTE RADIOATIVA; SÃO ALIMENTADOS POR CORRENTE ELÉTRICA, NECESSITAM DE ALTA TENSÃO E CORRENTE APLICADA AO TUBO PARA QUE HAJA DISPONIBILIDADE DE PRODUÇÃO DE RAIOS-X; DESLIGADO O APARELHO NÃO EMITE QUALQUER TIPO DE RADIAÇÃO. 15.2. PERCENTAGENS DE CONVERSÃO DE ENERGIA DE RAIOS X EM CALOR VOLTAGEM DE OPERAÇÃO % DE CALOR % DE RAIOS X 60 KV 99,5 0,5 200KV 99,0 1,0 4 MV 60,0 40,0 20 MV 30,0 70,0 15.3. TABELA DE RENDIMENTO DE RAIOS X TENSÃO CORRENTE ENERGIA QDE RAIOS X CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 54 16. O SCANNER DE INSPEÇÃO DE BAGAGENS BAGAGENS MANUAIS (ACOMPANHADAS) BAGAGENS DESACOMPANHADAS (DESPACHADAS) CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 55 FFEEIIXXEE CCOOLLIIMMAADDOO DDEE RRAAIIOOSS XX ANOTAÇÕES ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................ CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 56 17. O ACIDENTE EM GOIÂNIA O acidente de Goiânia envolveu uma contaminação radioativa, isto é, existência de material radioativo em lugares onde não deveria estar presente. Uma fonte radioativa de Césio-137 era usada em uma clínica da cidade de Goiânia, para tratamento de câncer. Nesse tipo de fonte, o césio-137 fica encapsulado, na forma de um sal, semelhante ao sal de cozinha, e guardado. em um recipiente de chumbo, usado como uma blindagem contra as radiações. Após vários anos de uso, a fonte foi desativada, isto é, não foi mais utilizada, embora sua atividade radioativa ainda fosse muito elevada, não sendo permissível a abertura do invólucro e o manuseio da fonte sem cuidados especiais. Qualquer instalação que utilize fontes radioativas, na indústria, centros de pesquisa, medicina nuclear ou radioterapia, deve ter pessoas qualificadas em Radioproteção, para que o manuseio seja realizado de forma adequada. Locais destinados ao armazenamento provisório de fontes ou rejeitos devem conter tais fontes ou rejeitos com segurança, nos aspectos físicos e radiológicos, até que possam ser removidos para outro local, com aprovação da CNEN. A Clínica foi transferida para novas instalações, mas o material radioativo não foi retirado, contrariando a Norma da CNEN. Toda firma que usa material radioativo, ao encerrar suas atividades em um local, deve solicitar o cancelamento da autorização para funcionamento (operação), informando o destino a ser dado a esse material. A simples comunicação do encerramento das atividades não exime a empresa da responsabilidade e dos cuidados correspondentes, até o recebimento pela CNEN. Duas pessoas retiraram sem autorização. o equipamento do local abandonado, que servia de abrigo e dormitório para mendigos. A blindagem foi destroçada, deixando à mostra um pó azul brilhante, muito bonito, principalmente no escuro. E o pozinho brilhante foi distribuído para várias pessoas, inclusive crianças. O material que servia de blindagem foi vendido a um ferro velho. O material radioativo foi-se espalhando pela vizinhança e várias pessoas foram contaminadas. CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 57 A CNEN foi chamada a intervir e iniciou um processo de descontaminação de ruas, casas, utensílios e pessoas. O acidente radioativo de Goiânia resultou na morte de quatro pessoas, dentre 249 contaminadas. As demais vítimas foram descontaminadas e continuaram em observação, não tendo sido registrados, até o momento, efeitos tardios provenientes do acidente. Um dos atingidos, uma senhora, deu à luz uma criança perfeitamente sadia. É importante esclarecer a diferença entre contaminação radioativa e irradiação. Uma contaminação, radioativa ou não, caracteriza-se pela presença indesejável de um material em determinado local, onde não deveria estar. 17.1. FILME – CÉSIO 137 O PESADELO EM GOIÂNIA Comentários: CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 58 17.2. A DESCONTAMINAÇÃO EM GOIÂNIA Como foi mencionado, o pó brilhante foi distribuído para várias pessoas, inclusive crianças, o que resultou em irradiação dos envolvidos. Móveis, objetos pessoais, casas (pisos e paredes) e até parte da rua foram contaminados com césio-137. No caso das pessoas, procedeu-se a um processo de descontaminação, interna e externamente, o que foi feito com sucesso, com exceção das 4 vítimas fatais imediatas. Aquele que poderia ser a quinta vítima, por ter sido altamente contaminado (e que foi descontaminado), morreu de cirrose hepática e não em decorrência do acidente. Quanto aos objetos (móveis, eletrodomésticos etc.), foram tomadas providências drásticas, em razão da expectativa altamente negativa e dos temores da população. Móveis e utensílios domésticos foram considerados rejeitos radioativos e como tal foram tratados. Casas foram demolidas e seus pisos, depois de removidos, passaram também a ser rejeitos radioativos. Parte da pavimentação das ruas foi retirada. Estes rejeitos radioativos sólidos foram temporariamente armazenados em embalagens apropriadas, enquanto se aguardava a construção de um repositório adequado. A CNEN estabeleceu, em 1993, uma série de procedimentos para a construção de dois depósitos com a finalidade de abrigar, de forma segura e definitiva, os rejeitos radioativos decorrentes do acidente de Goiânia. O primeiro, denominado Contêiner de Grande Porte (CGP), foi construído em 1995, dentro dos padrões internacionais de segurança, para os rejeitos menos ativos. O segundo depósito, visando os rejeitos de mais alta atividade, concluído em 1997, deverá ser mantido sob controle institucional da CNEN por 50 anos, coberto por um programa de monitoração ambiental, de forma a assegurar que não haja impacto radiológico no presente e no futuro. CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 59 18. EFEITOS BIOLÓGICOS DA RADIAÇÃO CÉLULA TECIDO ÓRGÃO SISTEMA SER VIVO EFEITOS DA RADIAÇÃO DIRETO: Afeta diretamente as células e tecidos INDIRETO: Afeta a água, cujos radicais afetam as células e tecidos EXEMPLO: Água H2O INTERAÇÕES: 1º EFEITO FÍSICO 2º EFEITO QUÍMICO 3º EFEITO BIOLÓGICO O ORGANISMO HUMANO NÃO POSSUI MECANISMO SENSORIAL PARA DETECTAR A RADIAÇÃO; H2 O H2O2 PERÓXIDO DE HIDROGÊNIO (ÁGUA OXIGENADA) CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 60 OS EFEITOS BIOLÓGICOS SÃO FUNÇÃO: DO PODER DE PENETRAÇÃO; DA IONIZAÇÃO ESPECÍFICA; DO TIPO DO TECIDO IRRADIADO. O corpo humano é constituído por trilhões de células. A célula é a unidade básica da vida. A vida média de uma célula é mais curta quando comparada com a vida de uma pessoa. Células se reproduzem entre si através do processo conhecido como “mitoses”, ou divisão de células. Células que morrem são substituídas por novas células, produzidas através desse processo.Algumas células, tais como: a célula do sangue vermelho, não passam pelo processo de “mitose”. Assim que essas células morrem, são substituídas por novas células que são produzidas na medula óssea. Esse processo de substituição de células continua através da vida, mas ocorrendo mais rapidamente na infância. As características das células, tanto quanto aqueles do organismo que elas constituem, estão contidas nos cromossomos. Cada célula contém vinte e três pares, ou quarenta e seis cromossomos. Como uma célula é submetida a “mitose”, poderá dobrar o número de cromossomos de tal modo que cada célula filha conterá um conjunto completo de vinte e três pares. É através desse processo que cada célula tem as mesmas características básicas. Cada cromossomo é feito de um cordão de “genes”. Esses “genes” são a causa das diferenças e isso cria diferenças no corpo humano. Mudanças na estrutura do cromossomo ou químicas podem produzir sérios resultados. CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 61 Essas mudanças podem causar características que não existem previamente sendo conhecidas como mutações. Mutações que ocorrem nas células sexuais podem ser transmitidas para a geração próxima. Mutações que ocorrem em outras células são conhecidas como mutações somáticas e afetarão somente o indivíduo. A radiação danifica as células humanas principalmente por torná-las incapazes para produzirem-se. Notadamente, o corpo pode tolerar certa quantidade desse dano, desde que as células mortas sejam submetidas pelas filhas de outras células. O mecanismo através do qual esse dano ocorre é a ionização. Células são constituídas principalmente de água. A radiação pode causar ionização nas moléculas de água e produzir hidróxidos, dióxidos de hidrogênio e peróxido de hidrogênio. Essas são fortes bases químicas podendo ser muito reativas com outras moléculas nas células. A radiação pode causar danos para o controle das atividades da divisão de células de certas enzimas. Se células danificadas ocorrem em larga escala, o corpo pode ser capaz de tolerá-las e a substituição das células danificada não é realizada. Isto resulta na depreciação do organismo afetado e em muitos casos graves, resultando na morte. Os efeitos da radiação são considerados em duas partes; efeitos somáticos e efeitos genéricos. Efeitos somáticos são aqueles que se manifestam no próprio indivíduo; efeitos genéricos afetam as gerações. 18.1. EFEITOS SOMÁTICOS Queimaduras (Eritemas): - Somente com alta dose ou quando houver toque da fonte Alteração do Hemograma: - Órgão crítico (tecidos hematopoiéticos) Efeitos Somáticos da radiação depende da quantidade de radiação recebida, a razão como foi recebida, e a parte do corpo que recebeu. Se uma pessoa recebe um nível de radiação relativamente baixa, através de um longo período de tempo, ainda que uma exposição total muito grande possa ser recebida, o corpo substituirá as células danificadas e não resultará em nenhum efeito observável. Uma pessoa pode receber uma dose de 50mSv por ano, durante 20 anos e as experiências não observaram nenhum efeito. Porém se ela receber esse 15v em uma exposição única, pode experimentar alguns sintomas de doença de radiação. CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 62 Os efeitos somáticos devem ser tratados como resultado de exposição crônica ou exposição aguda. Exposição crônica é a exposição de nível relativamente baixo e recebido durante um longo período de tempo. Exposição ocupacional é desse tipo. Tem se observados poucos casos de danos somáticos de radiação, atribuídos à exposição crônica. Conseqüentemente, uma relação direta entre a quantidade de exposição recebida por pessoas e a quantidade de danos causados não tem sido determinado. Cientistas realizaram experiências em animais, e baseado nesses danos tem feito previsões da quantidade de radiação necessária para causar danos nas pessoas. A radiação afeta diferentes partes do corpo de diferentes maneiras. Pode danificar o sangue e a medula óssea, prejudica a habilidade da pessoa se alimentar, desperdiçando os produtos e fazendo com que o corpo fique mais susceptível as doenças. Grandes doses de radiação para pele e couro cabeludo podem resultar em câncer de pele e calvície. Exposição da radiação no sistema digestivo pode prejudicar a digestão do fluído digestivo, causando vômitos, diarréia e úlceras. Danos da radiação podem prejudicar a habilidade do fígado e da vesícula biliar, do sistema digestivo. Produz efeitos no pulmão, danificando os sacos de ar. Nos olhos pode promover o desenvolvimento de cataratas. Os limites de exposição estabelecidos pela CNEN são somente uma pequena fração da quantidade de radiação prevista para causar efeitos observados. Trabalhadores com radiação que controlarem suas exposições dentro desses limites nunca experimentaram nenhum dos efeitos prejudiciais da radiação. É importante lembrar, contudo, que são Limites Máximos. Qualquer quantidade de radiação pode causar danos em algumas células. Cada trabalhador com radiação deverá estar constantemente interessado em que sua exposição diminua, no mínimo, da quantidade de radiação recebida. Exposição aguda é o nível de radiação relativamente alta, recebida em curto intervalo de tempo. Cientistas têm sido capazes de observar os efeitos desses tipos de exposição em grande número de pessoas, tais como os sobreviventes das explosões nucleares de Hiroshima e Nagasaki. Dados dessas observações têm habilitado os cientistas a predizerem o tipo de dano esperado para vários níveis de exposição aguda. CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 63 18.2. EFEITOS GENÉTICOS OU HEREDITÁRIOS Uma das maiores conseqüências de exposição da radiação é conhecida como efeito genérico. Esse dano causado nas células, cromossomos, e genes do sistema reprodutivo, causaram danos nas gerações futuras. Produção de mutações (OBS.: Doses de 50 Rem (0,5 Sv), dobra a probabilidade de ocorrer mutações) Efeitos sobre o feto - Síndorme de Down - Microcefalia - Leucemia - Má formação congênita - Etc. 18.3. LEI DE BERGONIÉ E TRIBONDEAU: “A radiossensibilidade das células é diretamente proporcional a sua capacidade reprodutiva e inversamente proporcional ao seu grau de especialização” CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 64 18.4. LIMITES DE DOSES ESTABELECIDAS (Norma CNEN NN-3.01) INDIVÍDUO OCUPACIONALMENTE EXPOSTO DOSE MÁXIMA ANUAL Dose em Rem Dose em mRem Dose em mSv 5 Rem / ano 5.000 mRem/ano 50 mSv/ano DOSE MÁXIMA EM 5 ANOS Dose em Rem Dose em mRem Dose em mSv 10 Rem 10.000 mRem 100 mSv IND. PÚBLICO DOSE MÁXIMA ANUAL Dose em Rem Dose em mRem Dose em mSv 0,1 Rem / ano 100 mRem / ano 1 mSv / ano Em circunstâncias especiais a CNEN poderá autorizar um valor de dose eftiva de até 5mSv em um ano para indivíduos do público, desde que a dose efetiva média em um período de 5 anos consecutivos não exceda a 1 mSv por ano. CURSO BÁSICO DE RADIOPROTEÇÃO 65 18.5. DOSE PARA MULHERES (OCUPACIONALMENTE EXPOSTAS): Para mulheres ocupacionalmente expostas = 1 mSv durante todo o restante do período da gestação, a partir da sua notificação 18.6. DOSE DE EMERGÊNCIA: Indivíduos com idade inferior a 18 anos não podem estar sujeitos a exposições ocupacionais; Não existem limites de dose para exposição médica. 18.7. LIMITES DERIVADOS DE TRABALHO INDIVÍDUOS OCPACIONALMENTE EXPOSTOS