Interacao da radiacao com a materia aula IV

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06/09/2017
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INTERAÇÃO DA RADIAÇÃO 
COM A MATÉRIA
ESCALA DO TEMPO
Interação da radiação com a matéria
Radiação
Ionização: remoção completa de um ou mais 
elétrons de valência
Excitação: os elétrons são levados a níveis com 
energias mais altas
Eletromagnética (raios X e g)
Partículas carregadas (e-, a, β etc)
Nêutrons
Interação com nêutrons
Classificação segundo a energia
lentos 0,03 eV < n < 100 eV
intermediários 100 eV < n < 10 eV
rápidos 10 keV < n < 10 keV
alta energia n > 10 MeV
ou
térmicos n  0,025 eV
epitérmicos 1 eV <n < 100 keV
rápidos n > 100 keV
Interagem por colisão direta com o núcleo
Interação com partículas carregadas
Pesadas a, β, d, etc
Leves e
Partículas pesadas tem menor velocidade que um 
elétron de mesma energia, portanto ionizarão um 
número maior de átomos ao longo de seu percurso que 
será aproximadamente linear.
Elétrons perdem energia através de uma série de 
colisões que defletam do processo original, causando 
uma série de ionizações secundárias.
elétron
incidente
absorvedor
Interação com raios X e g
Raios g são radiações eletromagnéticas que acompanham 
transições nucleares.
Raios X são radiações eletromagnéticas que companham 
transições eletrônicas. 
Principais processos competitivos
Efeito fotoelétrico
Efeito Compton
Produção de pares
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Efeito fotoelétrico
Acontece quando a radiação X,
transfere sua energia total para um
único elétron orbital ejetando-o do
átomo com velocidade (processo de
ionização). O processo de troca de
energia pela equação: Ec = h.f - Elig ,
sendo Ec a energia cinética, h.f a
energia do raio X incidente e Elig a
energia de ligação do elétron ao seu
orbital Este elétron expelido do átomo
é denominado fotoelétron e poderá
perder a energia recebida do fóton,
produzindo ionização em outros
átomos
A direção de saída do fotoelétron com
relação à de incidência do fóton, varia
com a energia deste.
Efeito Compton
Quando a energia da Radiação X 
aumenta, o espalhamento 
Compton torna-se mais 
freqüente que o efeito 
fotoelétrico. O efeito Compton é 
a interação de um raio X com 
um elétron orbital onde parte da 
energia do raio X incidente é 
transferida como energia 
cinética para o elétron e o 
restante é cedida para o fóton 
espalhado, levando-se em 
consideração também a energia 
de ligação do elétron. O fóton 
espalhado terá uma energia 
menor e uma direção diferente 
da incidente.
Produção de pares
A produção de pares ocorre somente quando fótons de energia igual ou 
superior a 1,02 MeV passam próximos a núcleos de elevado número 
atômico. Nesse caso, a radiação X interage com o núcleo e desaparece, 
dando origem a um par elétron-pósitron com energia cinética em 
diferente proporção. O pósitron e o elétron perderão sua energia 
cinética pela ionização e excitação. 
Energia do fóton nos processos competitivos
20
40
60
80
100
120
Energia do fóton, MeV
0,01 0,05 0,1 0,5 1 5 10 50 100
Efeito fotoelétrico
dominante
Efeito Compton
dominante
Produção de
pares
dominante
EFEITOS BIOLÓGICOS DA RADIAÇÃO
ESTOCÁSTICOS
São aqueles cuja probabilidade de ocorrer aumenta com a 
dose, sem porém a existência de um limiar de dose. 
Exemplos: efeitos hereditários, aparecimento de câncer
NÃO ESTOCÁSTICOS
São aqueles cuja severidade depende da dose e que 
apresentam um limiar de dose. Exemplos: mortalidade 
animal, distúrbios imunológicos.
Energia dos diferentes tipos de radiação 
Comprimento de onda Energia do fóton Radiação
(m) (eV)
superior a 3 x 10-1 inferior a 4,1 x 10-6 Ondas de
radiofrequência
3 x 10-1  3 x 10-3 4,1 x 10-6  4,1 x 10-4 Microondas
3 x 10-3  7,6 x 10-7 4,1 x 10-4  1,6 Infravermelha
7,6 x 10-7  4 x 10-7 1,6  3,1 Luz visível
4 x 10-7  10-8 3,1  123,2 Ultravioleta
inferior a 10-8 superior a 123,2 Raios X e g
A-400  320nm
B-320  290 nm
C-290  200nm
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Escala do tempo do dano da radiação
Estágio Tempo Ação Efeito Proteção e 
tratamento
Físico < 10-14 s Deposição de energia 
na água – orgânicos e 
inorgânicos na 
proporção 
aproximada das 
massas
Excitação dos 
compostos e 
absorção de 
luz
Nenhuma, 
somente 
blindagem 
externa como 
prevenção
Físico -
químico
10-14 a 
10-12 s
Quebra das ligações: 
S-H, O-H, N-H e C-
H.
Transferência de iôns.
Radiólise da água –
radicais livres –
emissão de luz das 
moléculas excitadas. 
Formação de H2O2
Começa o 
dano químico.
Radicais livres 
começam a 
reagir com os 
radicais 
metabólicos 
normais
Reparo parcial 
das ligações por 
compostos –SH 
presentes. 
Alguma 
proteção pode 
ser dada pela 
injeção de 
aditivos antes da 
irradiação
Escala do tempo do dano da radiação
Estágio Tempo Ação Efeito Proteção e 
tratamento
Químico 10-12 a 
10-7 s
Continua a 
reação dos 
radicais livres da 
água com 
biomoléculas. 
Quebra da 
ligações C-C e C-
N. Radicais 
secundários.
Produtos estáveis 
começam a 
aparecer.
Formação de 
produtos tóxicos
Começa o dano 
ao RNA e DNA. 
Enzimas são 
inativadas e 
ativadas.
Depleção de –
SH.
Peroxidação de 
lipídeos.
Dano em todas 
as biomoléculas. 
Toxicidade dos 
produtos é 
iniciada
Proteção parcial 
por ‘scavengers’ e 
antioxidantes. 
Catalase e 
glutationa 
peroxidase 
protegem contra 
H2O2.
RSH protege 
inativação de 
enzimas. Outros 
sistemas 
enzimáticos 
atuam. Terapia 
com estes agentes 
pode ser útil
Escala do tempo do dano da radiação
Químico e 
biológico 
coincidem
10-7 a 
10 s
Radicais 
secundários.
Peróxidos 
orgânicos.
Hidroperóxiodos 
H2O2 continuam a 
agir
Muitas reações 
bioquímicas são 
interrompidas. 
Começa reparo do 
DNA
Tratamento 
pós-irradiação 
deveria 
começar
Biológico 10 s a
10 h
A maioria das 
reações primárias 
são completadas. 
Reações 
secundárias 
continuam
Mitose das células é 
diminuída. Reações 
bioquímicas 
bloqueadas.
Rompimento da 
membrana celular.
Começa o efeito 
biológico
Tratamentos
Estágio Tempo Ação Efeito Proteção e 
tratamento
Escala aproximada do tempo dos eventos em 
química das radiações 
UNIDADES
RAD  unidade de dose absorvida sendo essa definida pela razão d/ dm, onde 
d é a energia média distribuída pela radiação à massa dm.
1 rad 
GRAY  nova unidade de dose absorvida usada em substituição ao rad.
1Gy = 100 rad
ROENTGEN  unidade de exposição e está relacionada à habilidade de raios X 
ionizarem o ar; para raios X e g, uma exposição de IR resulta 
numa dose absorvida de 1 rad em água ou tecido mole.
ELETRON VOLT  é a energia adquirida por um elétron ao atravessar uma 
diferença de potencial de 1 v.
1 eV= 1,6 x 10-12 J
CURIE  é uma unidade de taxa de decaimento radioativo de um nuclídeo que 
possui 3,7 x 1010 desintegrações/segundo.
1 Ci = 3,7 x 1010 desint./s
MEIA - VIDA  tempo médio para que metade dos átomos de um elemento 
radioativo decaiam.
T 1/2 = (ln2)/l , onde l é a constante de decaimento
BEQUEREL  unidade de atividade
1 bq = 3,7 x 10-10 Ci
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RELAÇÕES DE UNIDADE
DL50(30) (seres humanos): 4 Gy = 400 rad = 4 Sv (para radiação eletromagnética)
1 mSv = 0,1 rem = 0,1 rad = 0,1 cGy (para radiação eletromagnética)
Dose rad gray Gy 100 rad = 1Gy
Dose 
equivalente
rem sievert Sv 1 rem = 0,01 Sv
Radioatividade Ci bequerel Bq1 Ci = 3,7 x 1010 Bq
Antiga Nova Símbolo Relação
DOSES LIMITES
TRABALHADORES: 50 mSv/ano ou média de 
20mSv/5 anos
PÚBLICO: 1 mSv/ano
VALORES DE EXPOSIÇÃO NATURAL
RADÔNIO: 0,2 a 500 mSv/ano; (222Ra libera radônio)
BG NATURAL: 1 a 2 mSv/ano podendo chegar a 20 mSv/ano
MATERIAL DE CONSTRUÇÃO: 0,2 a 1 m Sv/ano
USINA NUCLEAR: 0,001 a 0,01 mSv/ano
RX DE TÓRAX: 0,05 a 0,2 mSv/exame
LEITE PODE CONSUMIR ATÉ : 100 Bq/l
CARNE PODE CONSUMIR ATÉ: 300 bq/kg (podendo chegar a 1000 
em alguns países)
Comparação das doses de exposição
Exposição humana à radiação - acidentes nucleares
73.884 Mortes
74.909 Feridos
11.574 Casas queimadas
5.509 Casa metade destruídas
50.000 Casas parcialmente 
destruídas
2 Mortos em 1 dia
29 Mortos em 2-120
200 Sobreviventes
400.000 Não afetados porém 
expostos
BOMBA DE NAGAZAKI ACIDENTE DE CHERNOBIL
45.000 Mortos em 1 dia 22.000
19.000 Mortos em 2-120 dias 17.000
72.000 Sobreviventes 25.000
119.000 Não afetados 110.000
255.000 População 174.000
BOMBA DE 
NAGAZAKI
BOMBA DE 
HIROSHIMA
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Qual a exposição natural que sofremos diariamente?
Energia da radiação para causar dano
O efeito 
biológico da 
radiação não 
se deve à 
quantidade de 
energia 
absorvida, mas 
ao tamanho do 
fóton ou a 
quantidade de 
energia 
armazenada
Atenuação das Radiações
Ocorre de maneira exponencial em função da espessura do 
material absorvedor.
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