Química Nuclear - Aula 7

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Dosimetria e Proteção 
contra radiação ionizante e
Medidas preventivas 
• radiação ionizante é prejudicial para os 
tecidos biológicos 
• controle e diminuição a exposição 
– de pessoas 
– do meio ambiente. 
Dose de energia
• exposição à radiação ionizante é 
quantificada pela dose de energia D
(energia/massa) 
• unidade da dose de energia 
– gray (Gy) 
– dimensão 1 J kg-1 
dV
dE
dm
dE
D
ρ
==
Dose de íon 
• Dose de energia é difícil de determinar
• dosimétros determinam 
– dose de íon (J) 
• carga dQ dos íons de um tipo (cátion ou ânion) 
gerado por radiação ionizante no volume dV de ar 
com a massa dm
• a unidade da dose de energia é o roentgen (R) 
• dimensão 2,580⋅10-4 C kg-1 
dV
dQ
dm
dQ
J
ρ
==
Dose equivalente
• nocividade da radiação ionizante é medida 
pela dose equivalente H = Q × D
– considera a periculosidade pelo fator de 
qualidade Q para os diversos tipos de 
radiação ionizante. 
• unidade da dose de energia 
– sievert (Sv) 
– dimensão 1 J kg-1
Fator de qualidade
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Força de dose equivalente 
• força de dose equivalente considera 
– o tempo de exposição à radiação íonizante
• força de dose equivalente 
– função do tipo da fonte de radiação 
– distancia da fonte
– forma e da quantidade e do tipo de material de adsorção entre a 
fonte e o tecido biológico. 
• Para uma fonte pontual 
– A é a atividade do radionuclídeo, 
– k a constante de força de dose
– r a distância entre a fonte radioativa e o tecido. 
2
´
r
Ak
H
⋅
=
)/(´ sSv
dt
dH
H =
Constante de força de dose
Dose efetiva e fontes puntiformes
[h]exposiçãodetempo
[m]distância
h)]/(kBqm[mSvpuntiformefonteparaconversãodefator 
puntiformefonteumadeefetivadose
[kBq]fontedaatividade
2
2
=
=
⋅⋅=
=
=
⋅⋅
=
t
d
FC
D
A
d
tFCA
D
p
ef
p
ef
Esta equação não vale para distância menor que 0,5 m
Os fatores FCp para os núclideos importantes na dosimetria podem ser 
encontrados na Apostila Radioproteção e Dosimetria do IRD –CNEM 
(http://www.cnen.gov.br/seguranca/documentos/FundamentosCORv5.pdf) ou 
na página da IAEA (http://www-
pub.iaea.org/mtcd/publications/pdf/te_1162_prn.pdf)
Dose efetiva e atividade por 
unidade de área 
acontaminadáreanaanos50ou mêses2mês,1de tempoopermanece
quepessoaumaparaEfetivaDoseemáreadeunidadepor 
médiaatividadedaConversãodeFator 
][kBq/máreadeunidadepor médiaãoconcentraçou áreade
unidadepor médiaAtividade
[mSv]apermanencide tempono
pessoanaefetivaDose
,
2
,
=
=
=
⋅=
tsolo
solo
ef
tsolosoloef
FC
C
t
D
FCCD
Os fatores FCsolo,t podem ser encontrados em 
http://www.cnen.gov.br/seguranca/documentos/FundamentosCORv5.pdf) 
ou em (http://www-pub.iaea.org/mtcd/publications/pdf/te_1162_prn.pdf) 
Regras básicas para o trabalho 
com substâncias radioativas 
• O uso de um método radioquímico deve ser
– justificado 
– sempre ser substituído por um método adequado 
sem a necessidade de usar material radioativo;
• A exposição deve ser sempre tão baixa como 
pode ser realizada com medidas racionais
– se devem tomar tantas providencias para proteção 
que um aumento da proteção parece 
excessivamente.
Regras básicas para o trabalho 
com substâncias radioativas 
• Medidas concretas podem ser resumidas 
nos cinco pontos da regra do ABCDE 
(em alemão AAAAA): 
– Atividade pequena (Aktivität klein)
– Blindagem (Abschirmung)
– Curta exposição (Aufenthaltszeit kurz)
– Distância grande (Abstand)
– Evitar a inalação (Atemschutz)
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Regras básicas para o trabalho 
com substâncias radioativas 
• Atividade pequena (Aktivität klein)
– força de dose equivalente aumenta com a 
atividade do radionuclídeo 
2
´
r
Ak
H
⋅
=
Regras básicas para o trabalho 
com substâncias radioativas 
• Atividade pequena (Aktivität klein)
– Com a atividade aumenta
• Precisão do método radioquímico 
– Diminua
• tempo da medição 
– Importante para um método radioquímico é 
• a atividade e não a quantidade do material radioativo. 
– escolha de radionuclídeos com tempo de meia vida 
entre dias e semanas. 
• Transporte e manipilação no laboratório sem perdas 
grandes da atividade
• Depois do termino do experimento a atividade da amostra 
extingue-se em prazos relativamente curtos (≈ 10 tempos 
de meia vida)
• O material é inativo e pode ser descartado sem medidas 
especiais contra radiação ionizante 
Regras básicas para o trabalho 
com substâncias radioativas 
• Blindagem (Abschirmung)
– Radiação α e radiação β de baixa energia (< 100 
keV).
• Adsorção completa nas células mortas da primeira 
camada da pele 
• blindagem não é necessária
Regras básicas para o trabalho 
com substâncias radioativas 
• Blindagem (Abschirmung)
– radiação β com energias maiores (exemplo, 14C)
• completamente blindado por luvas de borracha 
• partículas β da maioria dos nuclideos aplicados na radioquímica 
são completamente adsorvidas em vidro acrílico com uma 
espessura de no máximo 1 cm. 
– Interação de radiação β com núcleos pesados gera 
grandes quantidades de raios-X (Bremsstrahlung) 
• blindagem de radiação β com finas folhas de chumbo é absurda,
• Bremsstrahlung gerado no chumbo não pode ser adsorvido 
• suposta blindagem é na verdade um gerador de raios-X. 
Regras básicas para o trabalho 
com substâncias radioativas 
• Blindagem (Abschirmung)
– Blindagem de radiação γ e de raios-X 
• necessita placas espessas de chumbo 
• Paredes grossas de concreto 
• radiação é somente atenuada e não completamente 
adsorvida 
Regras básicas para o trabalho 
com substâncias radioativas 
• Curteza da exposição (Aufenthaltszeit kurz)
– dose efetiva D aumenta com o tempo de exposição à fonte 
de radioatividade
– exposição curta diminua significativamente a dose 
equivalente recebida 
– Seres vivos não podem perceber radiação ionizante 
• portanto, o acesso a um laboratório radioquímico deve ser restrito 
ao pessoal treinando e consciente dos perigos iminentes 
)/(´ sSv
dt
dH
H =
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Regras básicas para o trabalho 
com substâncias radioativas 
• Distância grande (Abstand)
– força de dose equivalente é inversamente 
proporcional ao quadrado da distância entre fonte 
é tecido irradiado 
– Aumento da distância é importante para 
• radiação γ com alto alcance 
• radiação β de alta energia
2
´
r
Ak
H
⋅
=
Regras básicas para o trabalho 
com substâncias radioativas 
• Evitação da inalação (Atemschutz)
– Nuclídeos voláteis representam um perigo porque
• podem deixar a fonte 
• espalham a radioatividade em uma área com extensão desconhecida. 
– Cada nuclídeo que pode ser incorporada em compostos com pressão 
de vapor alta, 
• 131I (β-, t½ = 8,02 d) 
• 125I (ε, t½ = 60,14 d) 
– Nuclídeos com atividade α
• Energia de recuo pode deslocar o nuclídeo filha da fonte. 
• Núcleos filha são, geralmente, também nuclideos com atividade α e curto 
tempo de meia vida 
• agregação às partículas de pó dispersa que podem ser inaladas 
• A única proteção contra fontes voláteis são aparelhos de 
respiração isolados indispensáveis em casos de combate a 
incêndio na presença de fontes radioativas. 
Efeitos biológicos de radiação 
ionizante
Efeitos biológicos de radiação ionizante 
• experimento voluntário de Pierre Curie em 1901 
expondo seu braço a radiação de rádio 
“A pele se avermelhou na superfície de uma área de 6 cm2; a 
aparência é semelhante duma queimadura, mas a pele não 
está doendo. Depois de alguns dias a vermelhidão começou 
aumentar, sem se expandir: no 20º dia formaram-se crostas e 
depois um ferimento, que foi tratado com ligaduras; no 22º dia 
a pele começou desarar, a partir das bordas em direção ao 
centro e 52 dias depois da radiação restou uma área do 
ferimento de 1 cm2, que mostra um tom cinza, que deixa 
concluir que existe um ferimento mais profundo.
Efeitos biológicos de radiação ionizante 
• Marie Curie 
“As mãos mostram uma tendência geral à formação de escamas: os pontos de dedos, 
que tinham tocada as cápsulas contendo as substâncias altamente ativas, se 
endurecem e as vezes tornam-se muito dolorosos. Em um de nós a inflamação nos 
pontos de dedos continuou 14 diais e terminou com o endurecimento, mas a 
sensibilidade ao dor ainda não desapareceu depois de uma duração de dois meses.”
Efeitos biológicos de radiação ionizante 
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Efeitos biológicos de radiação ionizante 
Atuação de radiação ionizante em 
tecidos biológicos 
Atuação de radiação ionizante em 
tecidos biológicos 
Raios-X Radiação α
Atuação de radiação ionizante em tecidos biológicos 
Atuação de radiação ionizante em 
tecidos biológicos 
Tabela 47. Desenvolvimento temporal da ação biológica de 
radiação ionizante.
Fase Processo Duração
Fase física
Ionização e excitação de moléculas
Tempo de vida de pares de ions
< 10-15 s
Fase
química
Tempo de vida de radicais livres
Quebra de ligações químicas
10-15 – 10-6 s
< 10-13 s
Fase
bioquími
ca e
biológica
Reparo enzimático
Síndrome de radiação agudo
Tempo de latência para gênese de
carcinomas
1 min – 10 h
1 d – 1 a
≈ 2 – 40 a
Danos
• Danos determinísticos
– gravidade aumenta com a dose 
– depende de uma dose mínima 
– perda da capacidade de proliferação da célula 
– Tecidos com alta capacidade de proliferação são mais 
sensíveis 
• Danos estocásticos 
– probabilidade aumenta com a intensidade da radiação 
– gravidade não depende da dose. 
– defeitos singulares 
– não há relação temporal entre a exposição radiológica e a 
manifestação do dano 
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Unidades utilizados
• Dose de energia (D)
– o Gray (Gy) com a dimensão 1 J/kg 
• Dose equivalente (H = D × Q )
– O Sievert (Sv) com a dimensão 1 J/kg
O Fator de qualidade
Tabela 1. Fator de qualidade (Q) para determinação da dose equivalente
Tipo de radiação Energia Fator de qualidade
Fótons (raios-X, radiação γ) Todas as energias 1
Elétrons, radiação β e mions Todas as energias 1
Nêutrons*
< 10 keV 5
10 keV – 100 keV 10
100 keV – 2 MeV 20
2 Mev – 20 MeV 10
> 20 MeV 5
Prótons > 2 MeV 5
Radiação α, fragmentos de fissão, núcleos pesados Todas as energias 20
Danos determinísticos 
• Tecidos de alta proliferação mais sensíveis
Tabela 48. Proliferação de tecidos humanos.
Tipo de tecido Taxa de proliferação
109 células/d 1014 células/70 a
Pele 0,7 0,18
Estomago/Intestino 56 14,31
Eritrócitos 200 51,10
Linfócitos 20 5,11
Danos determinísticos 
Tabela 49. Dose mínima para efeitos clínicos em homens depois radiação corporal 
inteira de curto tempo
Dose (Gy) Órgão (tipo de dano/sintoma principal)
2 Medula óssea (atrofia); feto (morte)
3 Testículos, ovários (infertilidade permanente)
5
Olho (Catarata); pele, 100 cm2 (inflamação); couro cabeludo, 10 cm2
(queda temporária)
10
Couro cabeludo, 10 cm2 (queda permanente), peito, criança (distúrbios de
crescimento)
20 Pele, 80 cm2 (escamação); ossos, criança (distúrbios de crescimento)
40 Coração (inflamação), Pulmão (inflamação)
Danos determinísticos 
• Os efeitos de radiação corporal inteiro podem ser 
divididos em três formas:
– síndrome hematológica; a partir de 1 Sv
– síndrome gastrintestinal; a partir de 10 Sv;
– síndrome central nervosa; a partir de 50 Sv.
• “O decurso temporal da síndrome de radiação agudo 
pode ser dividido em três fases:
– mau estar, vertigem; vômito;
– fase de incubação com bem estar relativa de três dias 
((dose > 50 Sv) até 6 semanas (dose de alguns Sv)
– cãibras, distúrbios de coordenação; tremores, distúrbios de 
consciência.
Danos determinísticos
Tabela 50. Sintomas clinicas do síndrome de radiação agudo.
Dose
(Gy) Incubação Sintoma principal Órgão Terapia
Prognostic
o
Risco
de
morte
(%)
1 > 5 h hemograma alterado
Medula
óssea desnecessário Muito bom 0
1 – 2 > 3 h Diminuição de leucócitos eplaquetas
Medula
óssea
Tratamento
sintomático Bom 0 – 10
2 –
10 0,5 – 2 h
Alterações graves do
hemograma, dor de cabeça,
fraqueza, febre, infecções,
cansaço, sangramento
interno, queda de cabelo
Medula
óssea
Transfusão de
sangue, antibiótica,
transplantação de
medula óssea
Incerto 0 – 90
10 –
15 0,5 h
Diarréia, Febre, vomito,
distúrbios dos eletrólitos Intestino
Remédios para
aliviar os sintomas Muito ruim
90 –
100
> 50 minutos Cãibras, tremor, distúrbios domovimento, hipersomnia
Sistema
nervoso
Tratamento
sintomático
Sem
esperança 100
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Danos estocásticos 
• defeitos singulares como mutações da 
DNA
• sem perda da possibilidade de 
proliferação da célula
• Resultam
– na gênese de um carcinoma (dano somático) 
– formação de doenças genéticas nos 
descendentes (dano genético). 
Danos estocásticos 
• resultam geralmente na danificação do DNA :
– defeito de base
– quebra de cordão singular;
– quebra de cordão dupla.
Danos estocásticos 
• Interação da radiação ionizante com o DNA
– indireto
– direto 
Interação indireta
Interação direta Danos estocásticos 
Tabela 51. Fatores influenciando os efeitos da radiação ionizante.
Fator Influência
Dose de energia e 
tipo de radiação
Probabilidade de danos aumenta com dose e poder de
ionização
Sensibilidade do
tecido
Aumenta com teor de DNA e com a taxa de proliferação
das células
Fatores do ambiente
Aumento com sensibilizadores (exemplo: cafeína),
dimunua com protetores (exemplo cisteina)
Processos de
conserto e
recuperação
Efetivo em tecidos de alta proliferação
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Mecanismos de reparo do DNA
• descobrir;
• eliminar;
• re-sintetizar;
• reconstrução
Mecanismos de reparo do DNA
• Tempo de reparo para diversos danos radiológicos:
– BS = defeito de base;
– ESB = quebra de cordão singular; 
– DSB = quebra de cordão dupla 
Mudanças no genoma (número dos 
cromossomos) Tabela 53. Diagnose e sintomas depois exposição a radiação ionizante.
Exame Observação tempo
Dose 
mínima 
(Sv)
Anamnese Mal estar, vômito Dentro de 48 h 1
Estado
Avermelhamento da pele, 
bolinhas
Queda de cabelo
Dentro de horas –
dias
Dentro de 2 – 3 
semanas 
3
3
Hemograma Linfócitos < 1000 mm3 Dentro de 24 h 0,5
Analise de 
cromossomo
s
Dicenter etc. Dentro de 24 h 0,1
Esperma > 20 milhoes/mL Depois 7 semanas 0,15
Radiação ionizante 
e radionuclídeos na 
Medicina
Raios-X 
• 1899 tratamento de carcinoma no nariz de 
uma mulher de 49 anos;
• 100 tratamentos durante 9 meses
• Paciente sobreviveu por 30
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Raios-X 
• 1899 tratamento de carcinoma do epitélio
• 50 tratamentos durante 30 meses.
A Terapia de Curie 
• Depois do descobrimento da ação de 
radiação ionizante P. Curie estuda 
junto com os médicos Bouchard e 
Balthazard á tecidos vivos
• Eles concluem que o rádio como raios-
X destrói as células de tumores
• Desenvolvem primeiros métodos de 
tratamento de câncer com rádio 
(Terapia de Curie)
1º tratamento de câncer com rádio em 1907
Desenvolvimento de industria de rádio
Desenvolvimento de industria de rádio
• 1912 preparação de 
um preparado (RaCl2)
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• Indicações
– Dores crônicas das 
articulações e da 
musculatura;
– Pressão arterial alta
– Inflamação de rins
– Anemia 
≈ 1 460 Bq por comprimido
• Compressas de 
rádio (0,1 mg Ra)
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Chocolate radioativa Creme dental radioativa
Radioemanator (2005) 
• 226Ra em matriz 
cerâmica 
• Libera 222Rnque se 
dissolve em água
• Água com 222Rn é 
adicionada ao banho
• Ainda em uso na 
antiga união 
soviética e no Japão
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Aplicação na Terapia de radônio 
• em forma de banhos de radônio 
–Absorção pela pele
• Inalação de radônio em galerias 
medicinais
–Absorção pela respiração
Terapia de radônio 
300 000 Bq/m³ 
Terapia de radônio 
• Observação empírica de alivio 
– de dores reumáticos
– doenças crônicas degenerativas ou 
inflamatórias das Articulações e entranhas do 
esqueleto
– Distúrbios climatérios e pre-climatérios 
– Moléstias geriátricas.
Terapia de radônio 
• Mecanismos terapêuticos 
–Retardação de inflamações
–Alivio de dores
–Modulação imunológica 
–Estimulação do mecanismo celular de 
reparo
–Retardação de proliferação das células
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Terapia de radônio 
• Hormesis (grego = impulso)
– Doses pequenos de radiação possuem efeito positivo
– Estimulação dos mecanismos reparatórios 
sobrecompensam os danos causados
• Adaptive response
– Resistência aumentada depois radiação com pequenas 
doses de radiação ionizante 
Radioterapia de câncer
Teleterapia
Radioterapia de câncer
• Tecidos cancerosos são mais sensíveis a efeito 
de radiação ionizante que tecidos saudáveis 
Radioterapia de câncer
• Teleterapia: do grego telos = longe
– Fonte de radiação externa
• Braquiterapia: do grego brachys = perto
– Fonte der radiação perto ou dentro do tumor
Radioterapia de câncer
• Teleterapia: do grego telos = longe
– Fonte de radiação externa
• Braquiterapia: do grego brachys = perto
– Fonte der radiação perto ou dentro do tumor
Radioterapia de câncer
• Teleterapia
– Redução da dose no tecido saudável por 
irradiação em direções diferentes
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Radioterapia de câncer
• Fontes de radiação para teleterapia
– 137Cs
• Produto de fissão 
6,183 % dos nuclídeos formados possuam A =137
– 60Co
• Produto de ativação por neutrons num reator 
nuclear
• 59?????????60Co (β-; t½ = 5,7 a; Eγ = 1332 keV)
Fontes de radiação
• 137Cs (t½ = 30,17 a; Eγ = 662 MeV do 137mBa)
Fontes de radiação
• 60Co (t½ = 5,272 a, Eγ = 1332 MeV)
• desde 2000 não é mais aplicada na Alemanha
Desde 1978 em funcionamento no 
Hospital universitário da UFPel Fontes de radiação
• Aceleradores lineares
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Fontes de radiação
• Aceleradores lineares
Fontes de radiação
• Aceleradores lineares
Previsto para UFPel em 
Agosto 2014?????
Radioterapia de câncer 
Brachiterapia
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http://www.schulphysik.de/java/physlet/applets/zyklotron.html
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