4.FontesNaturaiseArtificiais_set_2013

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Fontes Naturais
e
Artificiais de Radiação
Se o Se o 
primeiro uso primeiro uso 
da energia da energia 
eleléétrica trica 
fosse nestas fosse nestas 
condicondiçções, ões, 
você seria a você seria a 
favor de seu favor de seu 
uso?uso?
Introdução
• A radioatividade não é uma criação do homem.
• A radiação é parte da Natureza. Todos os seres vivos estão
expostos a radiação. Onipresente.
• As Fontes de radiações podem ser divididas em duas
categorias:
• Fontes Naturais
• Fontes Artificiais
Fontes Naturais de Radiação
Distribuição da dose efetiva anual média, de acordo com sua origem, ao nível do mar, na população 
mundial. 
Fontes Naturais de Radiação
• A radiação natural de fundo pode ser dividida em:
Radioatividade cosmogênica (raios cósmicos)
• Irradiação Externa: 
Radioatividade na superfície terrestre e atmosfera
• Irradiação Interna: nuclídeos incorporados pelo
corpo através de mecanismo fisiológicos
Radioatividade Cosmogênica
(raios cósmicos)
raios cósmicos
Muitas das radiações cósmicas primárias são freadas pelo 
cinturão de magnético de Van Allen ou pela atmosfera terrestre 
Radiação Cósmica Secundária
-Constituída de partículas que resultam da interação dos raios cósmicos primários com a 
atmosfera terrestre, num efeito cascata: uma ionização primária produz cerca de 100 
milhões de ionizações secundárias.
-Composta de partículas de mais baixa energia tais como: pions, muons, elétrons, 
prótons, nêutrons e também fótons.
-Além de interagir com os raios cósmicos a atmosfera e o campo magnético da Terra 
atuam como uma blindagem para os habitantes, atenuando bastante as radiações.
-A quantidade de radiação aumenta com a altitude e longitude, ou seja, as pessoas que
habitam as montanhas recebem mais radiação que as que vivem ao nível do mar; os
habitantes das regiões próximas aos pólos são mais expostos sque os da região 
equatorial.
Os raios cósmicos detectados na superfície da Terra são, na maioria, 
partículas secundárias (Radioatividade Cosmogênica)
• Originada dos corpos celestes
• 91% prótons, 8% alfa, restantes 4<Z<26 
(1 GeV ou mais – acima de 1020 eV)
• Origina os radionuclídeos cosmogênicos na 
atmosfera, como 14C, 3H, 36Cl, 22Na e ainda 
RS elétrons, p, n, meson, gama.
• A atmosfera reduz a quantidade de raios 
cósmicos que atingem a superfície da Terra 
sendo que esta quantidade é aumentada com 
a altitude e com a longitude (0,05% alcança o 
nível do mar). 
Produção do 14C 
1n + 14N→ 14C + 1H 
14C → 14N + β– + νe
14C / 12C = 1.2×10–12 no 
organismos vivos. 
1 g = 12 decaimentos/min, 
t1/2 = 5730 anos
Organismo morre, 14C/12C taxa
diminui.
Datação até 50.000 anos
Datação com carbono 14. Todos os organismos vivos absorvem carbono radioativo,
forma instável de carbono com uma vida média de cerca de 5.730 anos. Durante sua vida, um
organismo renova continuamente sua provisão de radiocarbono ao respirar e ao comer. Após sua
morte, o organismo converte-se em um fóssil e o carbono 14 se desintegra sem ser substituído.
Para medir a quantidade de carbono 14 restante em um fóssil, os cientistas incineram um
fragmento pequeno para convertê-lo em gás de dióxido de carbono. Utilizam-se contadores de
radiação para detectar os elétrons emitidos pela desintegração de carbono 14 em nitrogênio. A
quantidade de carbono 14 é comparada com a de carbono 12, forma estável do carbono, para
determinar a quantidade de radiocarbono que se desintegrou e, assim, datar o fóssil.
Sistema de Contagem – Cintilação LíquidaSistema de Contagem – Cintilação LíquidaSistema de Contagem – Cintilação Líquida
Radioatividade na superfície terrestre
Radiação Terrestre
Concentração média dos elementos químicos componentes da crosta terrestre
Quando a Terra foi originalmente formada, 
muitos elementos radioativos foram formados 
junto com os elementos estáveis
Rochas (Urânio) são radioativas. 
Assimtambémo carvão e materiais de 
construção, tal comoo granito
Radiação Terrestre
• Primeiros metros da atmosfera são
dominados por radiação gama produzida
pelos solos e rochas. 
• Radionuclídeos naturais presentes na 
crosta terrestre (solo, rocha), em materiais 
de construção, água, ar, alimentos, etc
(radionuclídeos primordiais). Ex: 238U, 
232Th e 40K.
- A exposição natural varia por um fator de 3 
e áreas de alta radioatividade natural 
podem exceder a exposição média por um 
fator de 10 a 100.
ELEMENTOS RADIOATIVOS NATURAIS
FAMÍLIAS RADIOATIVAS
SÉRIES RADIOATIVA PARCIAIS DO
238U (50%)
232Th (80%)
235U (0,7%)
Os passos sucessivos através dos quais o 238U decai para tornar-se 206Pb estável 
Elemento Símbolo Meia-Vida Tipo de Radiação
Urânio 23892U 4,55 x 109 anos α 
Tório 23490Th 24,1 dias β , γ 
Protactinio 23491Pa 1,14 min β , γ 
Urânio 23492U 2,69 x 105 anos α 
Tório 23090Th 8,22 x 104 anos α , γ 
Rádio 22688Ra 1 600 anos α , γ 
Radônio 22286Rn 3,8 dias α 
Polônio 21884Po 3,05 min α 
Chumbo 21482Pb 26,8 min β , γ 
Bismuto 21483Bi 19,7 min α , β , γ 
Polônio 21484Po 1,5 x 10-4 seg α 
Chumbo 21082Pb 22,2 anos β , γ 
Bismuto 21083Bi 4,97 dias β 
Polônio 21084Po 139 dias α , γ 
Chumbo 20682Pb Estável ---- 
 
ELEMENTOS ALFA EMISSORES NATURAIS
 
M aiores en erg ia s( M eV ) e p orcen tagen s R ad ionu clíd eo N om e 
h istórico 
M eia v id a 
T 1 /2 α β γ 
238U 92 U rânio 4 ,51 x 10 9 a 4 ,15 (20 ,9% ) 
4 ,20 (79% ) 
 
2 34T h 90 U rânio X 1 24 ,1 d 0 ,2 (70% ) 
0 ,104 (19% ) 
0 ,103 (8% ) 
0 ,063 (4% ) 
0 ,093 (5% ) 
234P a 9 1 U rânio X 2 1 ,17 m 2 ,29 (98% ) 
1 ,23 (1% ) 
0 ,765 (0 ,3% ) 
1 ,001 (0 ,84% ) 
234P a 9 1 U rânio Z 6 ,75 h 
2 3 4U 92 U rânio II 2 ,47 x 10 5 a 4 ,72 (28% ) 
4 ,77 (72% ) 
0 ,47 (31% ) 0 ,95 (0 ,03% ) 
0 ,053 (0 ,2% ) 
2 30T h 90 Iô nio 8 x 10 4 a 4 ,62 (24% ) 
4 ,68 (76% ) 
 0 ,068 (0 ,4% ) 
226R a 88 Rád io 1602 a 4 ,60 (6% ) 
4 ,20 (94% ) 
 0 ,186 (4% ) 
2 22R n 86 Radô nio 3 ,823 d 5 ,49 (100% ) 0 ,510 (0 ,08% ) 
2 18P o 84 R ád io A 3 ,05 m 6 ,0 (100% ) 
2 14P b 82 
(99 ,98% ) 
R ád io B 26 ,8 m 1 ,03 (6% ) 
0 ,67 (49% ) 
0 ,72 (42% ) 
0 ,295 (19% ) 
0 ,352 (36% ) 
0 ,242 (7% ) 
214A t 8 5 
(99 ,98% ) 
A sta t ínio 2 s 6 ,65 (6 % ) 
6 ,7 (94 % ) 
 
214B i 8 3 
 
R ád io C 19 ,7 m 5 ,45 (53 ,9% ) 
5 ,51 (39 ,2% ) 
3 ,28 (18% ) 
1 ,9 (7% ) 
1 ,5 (34% ) 
1 ,4 (8% ) 
0 ,609 (47% ) 
1 ,12 (17% ) 
1 ,76 (15% ) 
2 ,2 (6% ) 
214 P o 84 
(99 ,98% ) 
R ád io C ’ 164 µ s 7 ,69 (100% ) 0 ,799 (0 ,031% )
210T i 82 
(99 ,98% ) 
R ád io C ” 1 ,3 m 4 ,2 (30% ) 
1 ,9 (24% ) 
0 ,296 (80% ) 
0 ,795 (100% ) 
2 10P b 81 
(0 ,04% ) 
R ád io D 21 a 0 ,016 (80% ) 
0 ,061 (20% ) 
0 ,047 (4% ) 
21 0B i 83 
 
R ád io E 5 ,01d 1 ,161 
(100% ) 
 
2 10P o 84 
(~ 100% ) 
R ád io F 138 ,4 d 5 ,305 
(100% ) 
 0 ,803 (0 ,001% )
208T l 85 
(2 x10 -4 % ) 
T álio 4 ,19 m 1 ,571 
(100% ) 
 
2 06P b 82 
 
R ád io G estáve l 
 
Espectro gamma do ar após o acidente de Chernobyl 
SÉRIE RADIOATIVA PARCIAL DO 238U
226Ra222Rn α
AntesAntes
KRa=0
pRa=0
KRn>0
pRn>0
Kα>0
pα>0
MeV87,442
222
86
226
88 ++→ HeRnRa
→222 218 4 86 82 2Rn Po + He 
( ) 2radon poloniumQ = m - m - m cα
( )⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠
931MeVQ = 222.017574 u- 218.008930 u- 4.002603 u
u
Q = 5.587 MeV
 222 - 4K = Q = 5.486 MeV
222α
O Radioativo Radônio
O Radônio é um elemento gasoso radioativo
É um gás nobre – não se
liga quimicamente a outros
elementos – incolor e inodoroTem a capacidade de se 
difundir através do solo, 
materiais de construção 
(concreto, tijolos, cerâmicas) 
podendo emanar para o 
interior de ambientes.
Permeabilidade do solo- Fator que influência em uma 
grande mobilidade do gás no solo.
Como o Radônio adentra as edificações
A inalação de Rn
faz com que certa
dose de radioatividade
seja recebida pelo
aparelho respiratório
Os filhos do Rn
(Po-218, Pb-214, Bi-214
Po-214 metais de
curta meia-vida)
ficam retidos no
interior das vias
respiratórias
Irradiação Interna
• Pessoas expostas a radiação provenientes de materiais
radioativos dentro do corpo.
• Entrada por inalação – dispersão de material radioativo
no ambiente - ingestão – cadeia alimentar. 
• Elementos radioativos mais importantes:
• Potássio-40 presente na musculatura : 0,0119% A.I.
65 kg – 15 mg – Egama = 1,4 MeV (Ca ou Ar-40) –
dose anual 200 microSv para gonadas.
• Urânio e tório.
• C-14 – Todos os tecidos orgânicos – 10 microSv/ano
• Radônio ingestão e o acúmulo de seus p.d. (216Pb 
retido nos pulmões). Contribui em 55% de toda a dose 
a que o homem está exposto.
Radioatividade Natural em Alimentos
40K 226Ra
Bq/kg Bq/kg
Banana 130 0.04
Castanha (Brasil) 210 27 - 260 
Cenoura 130 0.02 - 0.07
Batata branca 130 0.04 - 0.1
Cerveja 15
Carne vermelha 111 0.02
Feijão 170 0.07 - 0.20
Àgua de potável 0 - 0.006
Concentração dos principais radionuclídeos presentes no corpo humano
Nuclídeos Massa total do 
nuclídeo no 
corpo
Atividade total 
do nuclídeo no 
corpo
Incorporação
anual
do nuclídeo
Urânio-238 90,0 µg 30,0 pCi (1,1 Bq) 1,9 µg
Tório-232 30,0 µg 3,0 pCi (0,11 Bq) 3,0 µg
Potássio-40 17,0 mg 120nCi (4,4 kBq) 0,39 mg
Rádio-226 31,0 pg 30,0 pCi (1,1 Bq) 2,3 pg
Carbono-14 95,0 µg 0,4 µCi (15 kBq) 1,8 µg
Trítio-3 0,06 pg 0,6 nCi (23 Bq) 0,003 pg
Polônio-210 0,2 pg 1,0 nCi (37 Bq) 0,6 µg
Dose anual devido a radiação interna : 0.2 mSv = constante
Fontes Artificiais de Radiação
Fontes Artificiais de Radiações
• a) Raios X médicos, odontológicos e industriais, 
utilizados em diagnósticos e em controles de soldas;
b) Aceleradores de partículas utilizados em 
pesquisas físicas;
c) Reatores nucleares, utilizados em pesquisas e 
geração de energia elétrica;
d) Irradiadores médicos e industriais, utilizados em 
terapias e em conservação de alimentos e materiais 
diversos;
e) Radioisótopos, utilizados em terapias médicas. 
Exemplo:
Aparelho de Raios-X
1. uma fonte de elétrons - um filamento ou cátodo; 2. um espaço evacuado no qual os elétrons são acelerados; 
3. um potencial positivo alto para acelerar os elétrons; e 4. um alvo, ou ânodo, no qual os elétrons
colidem para produzirem raios-X 
+
+ +
-
Fóton
-
+
+ +
+
+ +
+
+ +
+
+ +
+
+ +
Radiação de Freamento
Produção do Feixe de Raio-X
Tubo à vacuo
Filamento
Anodo - Alvo
(W) (Al)
Filtro
Catodo - Elétrons
Potência
Fuga do Tubo
O espectro de um alvo de tungstênio num tubo de raio-X
operado a 87 kVp
Universidade Federal do Rio de Janeiro
COPPE - Programa de Engenharia Nuclear - LNRTR
53
Universidade Federal do Rio de Janeiro
COPPE - Programa de Engenharia Nuclear - LNRTR
FIM54
55
Universidade Federal do Rio de Janeiro
COPPE - Programa de Engenharia Nuclear
56
Visão interna do Varian 2300 C/D
• Visão Interna • Componentes
- Feixe de elétrons
- Alvo de Tungstênio
- Colimador primário
- Câmara de ionização
- Flattening Filter
- Colimadores X e Y
- MLC
- Carcaça
Universidade Federal do Rio de Janeiro
COPPE - Programa de Engenharia Nuclear
57
A interação dos fótons no interior do acelerador
Irradiação Interna:
Nuclídeos incorporados pelo corpo
através de mecânismos fisiológicos
Desde o início da era atômica, as centenas de experiências
com material nuclear têm jogado quantidades enormes de 
resíduos radioativos na atmosfera. As correntes de ar, por
sua vez, se encarregam de distribuir este material para todas
as regiões da Terra. Com o tempo, a suspensão é trazida
para o solo e para os oceanos, onde será absorvida e 
incorporada pelos seres vivo
Precipitação Radioativa
Bomba atômica. Quando uma bomba atômica explode, a bola de fogo provoca ondas de choque e de calor 
que destroem as construções próximas à explosão. Ao subir, a bola de fogo aspira aos fragmentos e forma 
uma nuvem em forma de cogumelo. Os danos podem se estender sobre áreas enormes. Por exemplo, o raio 
de alcance pode chegar a cerca de 20 km no caso de uma explosão de 10 megatons. Os resíduos 
radioativos podem espalhar-se pelo mundo todo através dos processos atmosféricos.
Vemos que para cada fissão do 235U, nada menos que oito 
novos radioisótopos são criados o 93Nb (Nióbio) e o 141Pr 
(Praseodímio) são estáveis)
⇒ Podem surgir outros produtos de fissão, como por exemplo :
•Xe-140 e Sr-94 são radioativos
*Decaimento beta 
•Xenônio-140* → Cério-140 estável
140Xe54→ 140Cs55→ 140Ba56→ 140La57→ 140Ce58β-(14s) β-(64s) β-(13d) β-(40h)
•Estrôncio-94*
95Sr38→ 94Y39→ 94Zr40 (estável) β-(75s) β-(19min)
1 235 140 94 1
0 92 54 38 0n U Xe Sr 2 n+ → + +
Dos 26 principais produtos de fissão quatro são
de extrema gravidade para os seres vivos
131
53 I Xe + β + γ 13154
O iodo radiativo (I129; I131), outro perigoso poluente, aloja-se em 
especial na tireóide, reduzindo-lhe a atividade, além de provocar 
processos de cancerização nessa glândula.
Estrôncio 90
90Sr Y + β 90
Uma vez na corrente sangüínea, ele é confundido com o 
cálcio e absorvido pelo tecido ósseo, onde será fixado. Agora 
fazendo parte dos ossos, ele emite sua radiação e acabará
por provocar sérias mutações cancerígenas nos tecidos
formadores de sangue encontrados na medula óssea
Além de apresentar uma meia-vida relativamente alta, é um elemento
metabolizado pelo organismo de forma semelhante ao cálcio. Como 
"imitador" do cálcio, o estrôncio 90 - que pode ser adquirido pela ingestão 
de leite e ovos contaminados - aloja-se nos ossos, próximo à medida. A 
radiatividade emitida pode alterar a atividade da medula óssea na produção 
de células sangüíneas, com o perigo de levar o indivíduo a uma forte anemia 
ou mesmo a adquirir leucemia. 
De todos os elementos, contudo, o mais perigoso é o 
representado pela contaminação pelo césio-137 (maior 
produção) com especial avidez pelos tecidos nervosos e 
musculares e que, por isto mesmo, aumenta 
exponencialmente a incidência no homem dos cânceres de 
nervos e de músculos.
A captura de um nêutron lento pelo urânio 238 desencadeia o 
seguinte processo:
238U92 + n ---> [ 239U92 ] ---> 239Np93 + e- + ν + γ
239Np93 ---> 239Pu94 + e- + ν + γ
O plutônio 239 sofre decaimento α com uma meia vida de cerca de 25.000 
anos (e por isso pode ser útil como material fissionável):
239Pu94 −−−> 235U92 + 4He2
O plutônio-239, concentra-se nas gônadas, provocando defeitos
biológico congênitos e mau formação desde a primeira geração.
um único micrograma pode causar câncer fatal se inalado ou ingerido
Exposição do homem
à Radiações
Naturais
e
Artificiais
Fonte de exposição para a população do Planeta
Dose média = 2,4 mSv/ano
Exposição Total Fontes artificiais
Radonio
Interna 11%
Cósmica 8% Terrestre 6%
Artificial 18%
55.0%
Raio-X Médico
Medicina
Nuclear 4%
Produtos de
consumo 3%
Outras 1%
11 %
Fonte de exposição para a população do Planeta
Exposição do Homem à Radiação Ionizante
0.45%
30.7%
67.6%
0.6%
0.5%
0.15%
RADIAÇÃO NATURAL
IRRADIAÇÃO MÉDICA
PRECIPITAÇÃO
FONTES DIVERSAS
EXPOSIÇÃO OCUPACIONAL
EFLUENTES DE INSTALAÇÕESNUCLEARES
Urânio e Tório
Radônio e Torônio
Annual dose 
limit for 
radiation 
workers
Annual dose limit 
for the public 
Action levels 
(Public)
Evacuation
In case of incident
Ottawa U – I. E. - International Centre for Low-Dose Radiation Research (Jan 2002)
Natural background radiation
Radiation levels (average annual doses) from natural and man-made sources 
(adapted from Jaworowski Z, Radiation Risks and Ethics, Physics Today, Sept. 1999 –
Graph expended by Rockwell T. from UNSCEAR figures)
	Irradiação Interna
	Fontes Artificiais de Radiações