Material Radiação

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Sumário 
 
Radioatividade ................................................................................................. 3 
1. Emissões radioativas .................................................................................. 3 
2. Interações das emissões com a matéria ..................................................... 4 
3. Detecção e registro da radioatividade ......................................................... 5 
 
Radiações ionizantes e excitantes ................................................................. 6 
1. Radiações X e ultravioleta .......................................................................... 6 
1.1. Raios X ................................................................................................. 6 
1.2. Luz ultravioleta ..................................................................................... 6 
 
Radiobiologia ................................................................................................... 8 
 
Isótopos, radioisótopos e radiações ............................................................ 10 
1. Uso de radioisótopos e radiação em biologia ........................................... 10 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Radioatividade 
 
 O fenômeno da radioatividade consiste na emissão espontânea de 
partículas (as mais comuns são alfa e beta) ou energia pelo núcleo de um átomo 
cuja energia é sempre radiação gama. Além disso, podem ocorrer fenômenos 
secundários nos elétrons orbitais, com ejeção de elétrons ou raio X orbital, dessa 
maneira, o comportamento desses átomos é denominado radioisótopos ou 
radionuclídeos. O fenômeno da radioatividade tem importância em várias áreas 
da ciência e também apresenta uma importância social. 
 Os nuclídeos radioativos possuem excesso de matéria ou energia, no 
núcleo. Esses elementos tendem a um estado mínimo de energia, ejetando o 
excesso de matéria ou energia. A radioatividade está presente em elementos 
químicos da natureza ou podem ser preparados artificialmente através de 
reatores atômicos e aceleradores de partículas. 
 Todos os elementos químicos apresentam prótons e nêutrons, porém 
alguns elementos possuem o mesmo número de prótons e diferentes números 
de nêutrons, assim, são denominados isótopos. Esses isótopos podem ser 
estáveis (não se modificam espontaneamente e não são radioativos) ou instáveis 
(emitem partículas ou energia pelo núcleo de forma espontânea e se denominam 
radioisótopos, radioelementos ou radionuclídeos). 
 Existem também elementos químicos que quase sempre são produzidos 
artificialmente, conhecidos como isômeros. Os isômeros possuem as mesmas 
partes constituintes, tendo mesmo número de prótons e nêutrons diferindo 
apenas no conteúdo de energia do núcleo. Estes isômeros estão presentes em 
dois estados: um com excesso de energia (metaestável) e outro que ocorre logo 
após a emissão da energia (estado fundamental). 
 
1. Emissões radioativas 
 
 As emissões de matéria e energia pelos radionuclídeos, podem ser 
emissões primárias (alfa, beta e gama) e emissões secundárias (captura de 
elétrons, transição isomérica e captura isomérica). 
 Na emissão alfa (α) a partícula é a mais pesada tendo massa 4 e carga 
elétrica +2. Por esse motivo, ela é altamente ionizante, tem uma mínima 
penetração e seu uso é proibido nos seres humanos. Na emissão beta (β) a 
partícula tem massa do elétron e pode ser negativa (negatron) ou positiva 
(pósitron), sendo que a positiva tem existência efêmera, apresenta massa ínfima 
em relação ao próton ou nêutron, tem uma maior penetração do que a emissão 
α e ionizam menos que a alfa. A radiação gama (γ) é formada pela interação 
entre a partícula β positiva e negativa e apresenta como características ser 
altamente penetrante e menos ionizantes entre as radiações. 
 Entre os constituintes da emissão secundária pode-se destacar suas 
principais características. A captura de elétrons consiste na captura de um 
elétron orbital pelo núcleo do átomo, isso ocorre devido o núcleo desses 
elementos possuírem deficiência de energia negativa no núcleo, capturando o 
elétron para compensar, como consequência dessa captura o núcleo emite 
radiação γ e pode emitir raio X orbital. No segundo tipo de emissão secundária, 
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a transição isométrica, consiste na emissão de raios γ após rearranjo energético 
das partículas intranucleares sem a ocorrência de emissão prévia imediata de 
partículas. Já na captura isomérica a radiação γ emitida pelo núcleo é absorvida 
por elétrons orbitais que são ejetados, assim a captura isomérica ocorre 
frequentemente associada com a transição isomérica. 
 Outros tipos de emissões podem ocorrer também. Por exemplo, os 
núclideos podem emitir prótons, nêutrons e deuterons e uma série enorme de 
subpartículas. É importante destacar que todas as emissões causam efeitos 
importantes nos sistemas biológicos. 
 As emissões radioativas possuem alta energia e não possuem carga 
elétrica. A energia das radiações é medida em elétron volts (eV) que é a energia 
cinética final que um elétron adquire quando é acelerado entre dois pontos cuja 
diferença de potencial é 1 volt (1 eV = 1,6·10-19 J). As energias emitidas por 
radioisótopos são capazes de interferir profundamente com as relações 
bioquímicas nos sistemas biológicos. 
 Assim como na termodinâmica, a radioatividade de um material qualquer 
diminui com o passar do tempo e essa diminuição é denominada decaimento. 
Para definir o tempo de decaimento convencionou-se especificar a meia vida 
(t1/2) de um radioelemento cuja definição de meia vida é o tempo que decorre 
para a radiotividade cair à metade. A meia vida está relacionada com outra 
constante, chamada de constante de decaimento (λ), desse modo, essa relação 
é definida como: 
𝑡1/2 =
0,693
λ
 
Sendo que a constante de decaimento, λ, pode ser considerada como a fração 
percentual de átomos que se decompõe por unidade de tempo. Na biologia, a 
meia vida de elementos deve ser sempre curta, para evitar danos da irradiação 
sobre os tecidos. 
 
2. Interações das emissões com a matéria 
 
 A interação radiação-matéria depende do tipo e energia de emissão, das 
propriedades do material que recebe a radiação e de vários outros fatores. De 
modo geral, a interação causa o efeito de a matéria que absorveu energia das 
emissões radioativas ficar ionizada. É justamente essa ionização que é 
responsável pelos desvios que ocorrem nas reações bioquímicas dos seres 
vivos, causando danos biológicos diversos. 
 Na interação α-matéria se define como as partículas α interagindo 
intensivamente, arrancando elétrons por atração, assim a trajetória de alfa se 
apresenta de modo retilíneo e aparece como um traço grosso nas auto-
radiografias (cuja objetivo é mostrar o percurso das partículas). 
 Na interação β-matéria há uma interação de três modos distintos: 
 Repulsão de elétrons: Os negatrons ao passarem perto dos orbitais, 
repelem elétrons pela energia cinética e carga negativa, deixando 
também átomos e moléculas ionizados. Ao perder energia cinética, esses 
elétrons se encaixam em órbitas que possuem vacância eletrônica; 
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 Aniquilação: Quando um pósitron β+ se choca com um megatron β-, a 
matéria se transforma em radiação gama de energia característica, 0,51 
MeV. Essas radiações saem do ponto de colisão em direções tais que o 
momento é conservado; 
 Radiação de frenagem: são os raios X e ocorrem em aparelhos onde 
elétrons são fortemente acelerados. 
 Na interação γ-matéria se faz de três modos que são: o efeito fotoelétrico 
em que se caracteriza por a energia da radiação sertotalmente absorvida por 
um elétron orbital, que salta para fora do domínio orbital, deixando o átomo 
ionizado; o efeito comptom em que a energia da radiação γ é superior àquela 
necessária para ejetar um elétron, e o excesso vai se distribuindo por outros 
elétrons, que se libertam dos orbitais; e a formação de par iônico consiste que 
quando a radiação γ passa perto de um núcleo ele interage e se transforma em 
um par de elétrons, um β+ e um β-. 
 
3. Detecção e registro da radioatividade 
 
 A detecção, em modo geral, é baseada nos efeitos resultantes da 
interação emissão-matéria e os métodos mais usuais em biologia são descritas 
abaixo. 
 A auto-radiografia foi o primeiro processo a registrar radiações e foi 
descoberto por Becquerel. Consiste em impressionar uma emulsão fotográfica 
através do poder ionizante das radiações. Essa técnica pode fazer análises 
macroscópicas e microscópicas. A duplicação do DNA foi demonstrada com esta 
técnica e a auto-radiografia é também usada em dosímeros de exposição que 
medem a quantidade de radiação que os indivíduos recebem. 
 Existe também o detector de ionização de tubo de Geiger-Müller que são 
mais apropriados para a contagem da radiação gama e existe o detector de 
ionização de diodo semicondutor que são indicados para raios X e gama, 
inclusive de baixa energia e tem a vantagem de ser miniaturizado a ponto de ser 
implantado em órgãos e tecidos. Porém, o detector mais eficiente é o de 
cintilação líquida que mede partículas e radiações. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Radiações ionizantes e excitantes 
 
1. Radiações X e ultravioleta 
 
 Essas radiações fazem parte do amplo espectro eletromagnético. As 
ionizantes são as radiações gama e os raios X, e possuem energia suficiente 
para ionizar a matéria. As excitantes são as radiações ultravioleta. O raio X ioniza 
enquanto o ultravioleta excita os materiais biológicos. 
 
1. 1. Raios X 
 
 Os raios X são produzidos por dois mecanismos que são raios X orbital e 
raios X de frenagem. De acordo com a capacidade de penetração dos raios X, 
eles são classificados em duros, pois penetram mais profundamente e são mais 
energéticos sendo capazes de atravessar os ossos; e os moles são poucos 
energéticos e penetram apenas em tecidos pouco densos. Assim, o uso de raios 
X se baseia na absorção diferencial dos tecidos nos sistemas biológicos, pois a 
absorção de radiação é proporcional à densidade estrutural dos tecidos, essa 
absorção diferencial dos tecidos são obtidos através da obtenção de chapas 
radiográficas. 
 Porém o uso de raios X para obtenção de chapas radiográficas faz com 
que ocorra a geração de radiações secundárias, devido o choque de raios X 
contra os sistemas biológicos. Essas radiações secundárias possuem um 
espalhamento que prejudica a imagem, dessa maneira, o uso de diagramas 
absorventes impede que esses raios espúrios atinjam o filme a ser impresso na 
chapa radiográfica. Além disso, é necessário o uso de filtros que consiste de uma 
placa de alumínio ou cobre para absorver os raios X pouco energético que não 
iriam transpassar o objeto e impressionar a chapa. Assim o uso desses filtros é 
importante, pois sem eles o único efeito desses raios seria aumentar a dose de 
irradiação do paciente. 
 
1. 2. Luz ultravioleta 
 
 Com a energização de átomos, os elétrons podem absorver a energia e 
saltar para orbitais mais externos. Na volta, a energia é devolvida como luz 
ultravioleta ou visível ou infravermelho, dependendo do salto energético do 
elétron. 
 A luz ultravioleta é excitante nos tecidos e havendo condições propícias 
pode até ionizar a matéria. Os átomos e moléculas que ficam sob o mecanismo 
de ação da luz ultravioleta, se tornam energizados e em estado de excitação. 
Essas substâncias participam, com mais facilidade, de reações bioquímicas, 
porém podem também gerar o aparecimento de novos caminhos metabólicos, 
que podem ser prejudiciais aos sistemas. 
 A luz ultravioleta tem ampla utilização, um desses usos é a aceleração de 
reações fotossensíveis, especialmente nas reações de fotólise, onde 
substâncias absorvem a luz, e usam a energia para quebrar outras moléculas. A 
luz ultravioleta também é usada para acelerar a polimerização de plásticos e é 
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bastante usado para a obturação de cáries e confecção de peças dentárias. Em 
laboratórios e hospitais, a luz ultravioleta é bastante usada para procedimentos 
de esterilização de materiais. Nos sistemas biológicos humanos, a luz 
ultravioleta proveniente do sol exerce uma importância muito grande, pois graças 
a ela há uma maior produção de vitamina D e é devido a isso que em países 
tropicais o raquitismo é uma doença rara. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Radiobiologia 
 
 O estudo dos efeitos causados pelas emissões radioativas sobre a 
natureza, especialmente os seres vivos constitui o tema da Radiobiologia. Os 
seres vivos estão permanentemente expostos à radiação do ambiente, e essa 
radiação é conhecida como radiação de fundo. Uma das origens desse tipo de 
radiação é a radiação cósmica que são de alta energia e o sol é a principal fonte 
dessa radiação. Porém essa radiação é capturada pela atmosfera e são mais 
intensas em altas altitudes do que ao nível do mar. 
 O ser humano também descartou uma grande quantidade de dejetos 
radioativos com alta atividade no ambiente durante a Era Nuclear, principalmente 
na confecção de pilhas e reatores construídos nesta época. Assim, os rejeitos 
radioativos possuem uma grande dificuldade de descarte adequado, já que eles 
podem se espalhar pelo ambiente, em alguns casos os depósitos desses rejeitos 
são molhados para dissipar o calor gerado, evitando assim uma explosão 
térmica. 
 O motivo pelo qual as radiações agem sobre biossistemas é devido a 
interação radiação-matéria, fazendo com que a matéria dos sistemas biológicos 
se comporte da mesma forma como a matéria inerte. Há uma série de eventos 
ocorrendo quando um sistema biológico é atingido por emissões radioativas, 
esses eventos consistem em passagem e absorção das radiações, a formação 
de íons e radicais (radiólise) e a reação desses radicais em caminhos 
metabólicos diferentes normais. A partir desses eventos aparecem os resultados 
biológicos. 
 Entretanto, esse mecanismo do efeito radioativo sob os efeitos biológicos 
pode ter ação direta e ação indireta. Na ação direta, a radiação choca-se e age 
diretamente sobre moléculas biológicas, esse choque resulta na inativação de 
enzimas, quebra de ligações e formação de radicais complexos que impedem o 
funcionamento natural dessas moléculas. Na ação indireta, a radiação é 
absorvida pela água, que forma radicais muito reativos, esses radicais agem 
sobre as biomoléculas, lesando-as. 
 A razão pelas quais as emissões radioativas são tão eficientes em lesar 
os tecidos biológicos reside na sua alta energia, enquanto que as energias 
envolvidas nos processos biológicos são pequenas. Os efeitos biológicos das 
radiações podem ser observados em vários níveis nos organismos. É evidente 
que a lesão inicial é molecular e se alastra até sintomas de lesão no corpo inteiro, 
ademais, essas lesões podem ser reversíveis ou irreversíveis e também podem 
se limitar a determinadas estruturas. 
 Essas lesões podem ser transmitidas geneticamente que podem 
ocasionar mutações e se estender em várias gerações, já que as moléculas de 
DNA são as mais sensíveis a radiação. O DNA é a biomoléculamais crítica do 
ponto de vista de danos da radiação, pois o DNA é responsável pelo controle 
das funções celulares. Dessa maneira, fica evidente que as células e tecidos 
apresentam uma sensibilidade diferencial muito grande. A nível de sistemas, o 
sistema nervoso, devido a sua alta organização e baixa entropia, é o sistema 
mais sensível já que como tecido sofre danos críticos a radiação, então, como 
sistema é altamente prejudicado por fontes radioativas. 
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 Algumas espécies apresentam resistência a radiação, porém não há 
nenhuma espécie totalmente resistente aos efeitos da radiação. Em caso de 
holocaustos nucleares, por exemplo, a espécie humana tem menor chances de 
sobrevivência, entretanto, alguns animais como insetos, especialmente os que 
possuem carapaça de quitina, são muito resistentes. Algumas cepas de 
microrganismos são também resistentes, como exemplo o Micrococcus 
radiodurans. 
 Além disso, os sistemas biológicos em sua grande maioria são sistemas 
dependentes do oxigênio e o usam de algum modo. Sob a radiação, os sistemas 
biológicos sofrem mais com as radiações ionizantes já que o oxigênio aumenta 
esses efeitos, pois a maior parte dos radicais que aparecem na radiólise, são 
oxidantes. Os efeitos são bastante relacionados a quantidade de doses de 
radiação (que podem ser únicas ou acumulativas) e com a área irradiada (dose 
local ou no corpo inteiro). Assim é de fundamental importância que o uso de 
radiações seja utilizado em condições de eficiente proteção dos usuários. 
 No controle a exposição de radioatividade, dois fatores são 
indispensáveis. A distância da fonte é um desses fatores, é importante manter a 
maior distância possível já que a intensidade varia com o inverso do quadrado 
da distância. O tempo de exposição também deve ser considerado, pois as 
doses de radiação são cumulativas com o tempo. Dessa forma, a exposição deve 
ser mínima. 
 É comum o uso de barreiras em locais que usam a radiação. Essa barreira 
consiste em material que é geralmente de chumbo que serve como uma barreira 
absorvente altamente eficiente para partículas α e β. Já para a partícula γ, essa 
proteção dependerá da espessura da barreira. Em locais que armazenam 
substâncias radioativas é necessário que este armazenamento seja feito em 
depósitos de chumbo, chamados “castelos”. Além disso, para o manuseio 
dessas amostras luvas e aventais de chumbos são utilizados como blindagem e 
vidrarias espelhadas especiais auxiliam no manuseio correto. 
 A quimioproteção consiste no uso de quimioterápicos para diminuir os 
efeitos das radiações. As substâncias redutoras, normalmente é usado 
substâncias que contêm grupos orgânicos tioálcoois (―SH), atuam diminuindo 
os efeitos das radiações por dois mecanismos: elas se oxidam por irradiação 
direta ou se combinam com os radicais oxidantes gerados pela radiação. 
Entretanto, para serem mais efetivos, os quimioterápicos devem ser 
administrados antes da exposição às radiações, entretanto, não há proteção total 
contra as radiações. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Isótopos, radioisótopos e radiações 
 
 O uso de isótopos, em especial os radioisótopos, permite identificar e 
diferenciar um grupo de moléculas das outras e mostra os caminhos biológicos 
através de marcações de moléculas. Quando uma molécula marcada é 
radioativa, o processo atinge alta sensibilidade. Os radioisótopos podem ser 
usados sob duas formas: radionuclídeos e radiocompostos. Dessa forma, 
através da marcação é possível indicar o que aconteceu com determinado 
composto e seus derivados no processo metabólico. 
 Existem aspectos peculiares para o uso de radioisótopos como 
marcadores de moléculas, são elas: efeito isotópico de massa (como as reações 
químicas se processam em velocidade que depende da massa dos reagentes, a 
velocidade das reações com isótopos é dependente da massa); danos 
radioativos (nas marcações devem ser usadas doses mínimas necessárias e 
suficiente para obter dados, desta forma, os efeitos também são minimizados); 
a diluição isotópica (que tem a vantagem de o composto que foi dosado ser 
totalmente extraído do sistema que está sendo estudado); e meia vida biológica 
(importante para os estudos de cinética nos processos biológicos). 
 
1. Uso de radioisótopos e radiação em biologia 
 
 Dependendo da finalidade de estudo o uso de radioisótopos e radiação 
em biologia pode ter diferentes métodos que podem ser analítico, diagnóstico, 
terapêutico e ecológico. 
 No método analítico a principal finalidade é obter informações sobre os 
biossistemas e existem vários exemplos do uso deste método. É possível, por 
exemplo, seguir o caminho da substância radioativa para identificar o 
metabolismo, tanto na fase anabólica (síntese) como na catabólica 
(degradação). É feito também o radioimunoensaio na obtenção de dados 
diagnósticos. Através do decaimento radioativo pode-se determinar datas com 
precisão para datação de fósseis, sendo que um dos elementos mais utilizados 
é o 14C, já que esse participa do ciclo do carbono em seres vivos. Obtenção de 
auto-radiografias com a finalidade de obter impressão fotográfica em escala 
macroscópica e microscópica. 
 No método para uso diagnóstico o objetivo é fornecer informações que 
nem sempre são obtidas em outros processos e é amplamente utilizado para 
estudo do cérebro, funções renais e hepáticas e conhecimento do volume dos 
compartimentos intracelular, extracelular e vascular. 
 O uso terapêutico de radioisótopos e radiações é bastante empregado na 
contatoterapia (radioisótopos aplicados “in situ” ou bem próximas a lesões 
patológicas) e na teleterapia (implantação de agulhas de rádio ou cobalto em 
tumores para o tratamento de neoplasias). 
 O método para fins de uso ecológico possui inúmeras aplicações. Entre 
essas aplicações é possível estudar a migração de fauna, marcando-se 
indivíduos da mesma espécie; o controle populacional de insetos sazonais; e o 
controle de poluição por materiais orgânicos em rios e lagos pode ser feito pela 
contagem de pulsos do 14C.