Origem da Radiação Radioatividade Interação da Radiação com …qa.ff.up.pt/radioquimica/Bibliografia/Diversos/radioprotecao_aula2.pdf · química de um elemento; • Elétrons,

Origem da RadiaçãoRadioatividadeInteração da Radiação com a MatériaGrandezas Dosimétricas

Fernando Mecca – Físico Médico

M I N I S T É R I O DA S A Ú D E

INSTITUTO NACIONAL DE CÂNCERM I N I S T É R I O DA S A Ú D E

INSTITUTO NACIONAL DE CÂNCER

Estrutura da Matéria

++ +

Núcleo

Nêutrons

Prótons

Elétrons

O átomo

Modelo AtualModelo para nosso

entendimento

Nosso átomo

Matéria

A matéria éconstituída de

estruturas de átomos

Estrutura da Matéria

Revisão Básica• Um átomo é a menor unidade

química de um elemento;

• Elétrons, prótons e nêutrons constituem o átomo;

• Os elétrons podem se mover para órbitas mais externas quando absorvem quantidades discretas de energia, deixando o átomo excitado;

• Átomos excitados liberam suas energias na forma de radiação eletromagnética;

� Os elétrons podem ser completamente removidos do átomo quando absorvem energias que excedem as energias de ligação, deixando o átomo ionizado;

Onde A – número de massa;Z – número atômico ;X – é o símbolo do elemento

químico;

AZ X

• Fórmula básica :

O átomo

• Isóbaros , isótopos , isótonos

Explosão de Supernova

Formação dos elementosFormação dos elementos

Conceito de Radioatividade • Podemos encontrar átomos com mesmo

números de massa e diferentes números de prótons e neutrons;

• Porém a razão entre entre esses números édiferente, portanto Z/N

• Exemplo:28Si 28Al 28P

Prótons: 14 13 15Neutros : 14 15 13

Conceito de Radioatividade • No exemplo citado somente o Si é estável;• O Al e o P buscam a estabilidade através

de um transmutação ou decaimento;• Todos os átomos na natureza buscam a

estabilidade. Este processo envolve a emissão do excesso de energia do núcleo e é denominado decaimento radioativo;

Conceito de Radioatividade

• Radioatividade é a alteração espontânea de um tipo de átomo em outro com a emissão de radiação para atingir a estabilidade ;

Radiação ≠ Radioativo

• Átomos radioativos são aqueles que emitem radiação

+

++

+

++

+

++

+

++

+

++

+

++

+

++

+

++

+

++

+

antineutrino

++

antineutrino

-

neutrino--

neutrino

4He Nucleo

Raio Gama

Radiações Nucleares Nome dado às partículas ou ondas eletromagnéticas emitidas pelo núcleo durante o processo de restruturação interna, para atingir a estabilidade

Decaimento radioativo

n = número de átomos radioativos no instante (t)n0 = número de átomos radioativos no instante (t = 0)λ = constante de decaimentoT1/2 = meia-vidaτ= vida-média

Decaimento αααα

Decaimentoββββ

Emissão γγγγ

Decaimento Radioativo

DECAIMENTO ALFA“Quando o no. de p+ e n1 é elevado, o núcleo pode se tornar

instável devido à repulsão coulombiana entre os p+, que pode superar a força nuclear atrativa”

Emissão de PartículaAlfa(+2)

FilhoNucleoYPaiNucleoX

HeYX AZ

AZ

−⇒−++→ −

− Q42

42

Em geral os núcleos alfa-emissores tem Z elevado


Decaimento Alfa

• Mesmo a partícula alfa com maior energia (maior alcance) não consegue atravessar a camada morta de pele do corpo humano.

• Esta é uma das fontes mais danosas a saúde, no caso de contaminação interna, ou seja, no caso de ingestão, inalação ou cair na circulação sanguínea.

Decaimento αααα

Decaimentoββββ

Emissãoγγγγ


Decaimento beta ( ββββ)Núcleos de massa pequena ou intermediária

ββββ++++

ββββ−−−−

Decaimento beta negativo ( ββββ-)

� Núcleos com excesso de nêutrons instáveis

� Transformação: n → p

� Elétron

� Energia → contínua

~ (eV a MeV)

� Alcance → perda de energia com a matéria

ββββ−−−−

νννν

Decaimento beta negativo ( ββββ-)Equação de Transformação:

131 13153 54I Xe Eβ ν−→ + + +

01 1 0n p e ν+ −→ + +

Decaimento beta positivo ( ββββ+)

� Núcleos com excesso de prótons instáveis

� Transformação: p → n

� Pósitron

� Energia → contínua

~ (eV a MeV)

� Alcance → perda de energia com a matéria

ββββ++++

νννν

Decaimento beta positivo ( ββββ+)

18 189 8F O Eβ ν+→ + + +

Equação de Transformação:

01 1 0p n e ν+ +→ + +

Decaimento αααα

Decaimentoββββ

Emissãoγγγγ


Emissão Gama

• Quando um núcleo decai por emissão de radiação alfa ou beta geralmente o núcleo residual tem seus núcleons fora de equilíbrio, ou seja, em estados excitados. Sendo assim para atingir o estado fundamental emitem a energia excedente em forma de radiação eletromagnética

O Radônio e o “Torônio”

• A maioria das rochas, solos, sedimentos e minérios contêm concentrações de Urânio e Tório. Portanto contêm também os radionuclídeos pertencentes à série radioativa;

• O Radônio (222Rn) e o Torônio (220Rn) são das séries radioativas do Urânio e Tório, respectivamente. Por serem gasosos eles emanam de materiais como cerâmica, granito, concreto, gesso, etc.

• Homens e animais incorporam esses radionuclídeos por inalação ou ingestão. Devido às meias-vidas curtas compatíveis com o metabolismo, esses radionuclídeos decaem no interior dos organismos, irradiando-os.

Radioatividade Natural

Exposição do Homem àRadiação Ionizante

Radiação Cósmica

• Raios cósmicos

– Radiação extraterrestre primária Partículas (80% prótons) de energia extremamente alta

– Radiação secundária

Partículas (ex: elétrons) e radiação eletromagnética

Radioatividade Natural

Fontes Artificiais de Radiação

• Geradores de Radiação

– Tubo de Raios X

– Aceleradores de Partículas

– Irradiadores com radioisótopos

– Fontes de Nêutrons

Tubo de raios X

• Invólucro de vidro• Catodo• Anodo• Capa focalizadora• Cabeçote• Óleo


Produção de Raios XProdução de Raios X

Existem dois processos de produção de Raios X

1-radiação de freamento (bremmstrahlung)2-radiação característica


Radiação de Freamento

Essa radiação é produzida quando um elétron, passa próximo a um núcleo de um átomo do alvo, sendo atraído na direção deste núcleo e desviado de sua trajetória inicial. com isso o elétron perde energia cinética, e emite essa energia parte em forma de calor , parte em forma de radiação x.

-99% em forma de calor- 1% produção de raios x


Produção de Raios X

Radiação de Freamento

e e --

(incidente)(incidente)

e e --

(freado)(freado)

BremsstrahlungBremsstrahlung


Fontes Artificiais de RadiaçãoFontes Artificiais de Radiação

Radiação Característica

Os elétrons incidentes, podem também remover elétrons de camadas eletrônicas dos átomos do alvo, deixando lacunas que sãoimediatamente preenchidas por elétrons de camadas mais externas. Acompanhando esse rearranjo, surge a emissão de raios-X característicos. A energia dos RX característicos corresponde à diferença entre as energias de ligação das camadas envolvidas noprocesso.

É chamada de radiação característica, porque sua energia, depende do material que a produz , sendo característica do mesmo

Fontes Artificiais de RadiaçãoFontes Artificiais de Radiação



Elétron Elétron incidenteincidente

Elétron Elétron ejetadoejetado

Elétron incidente Elétron incidente (após a interação)(após a interação)

I parte



Emissão de raio x Emissão de raio x característicocaracterístico


II parte



Acelerador de elétronsFontes Artificiais de Radiação

Bomba de Cobalto


Interação da Radiação com a Matéria

1 – Radiação Eletromagnética

• Efeito Fotoelétrico

• Efeito Compton

• Produção de Pares


Efeito Fotoelétrico


Efeito Fotoelétrico


Efeito Compton


Efeito Compton


Produção de Pares


Produção de Pares


Meios de Detecção• Emulsões Fotográficas;• Detectores a Gás;• Detectores a Cintilação;• Detectores a Cintilação Líquida;• Detectores utilizando Materiais

Semicondutores;• Calorímetros.

Detectores

Emulsões Fotográficas

• São constituídas de cristais (grãos) de haletoshaletos de de prataprata (normalmente brometo) dispersos em uma matrizmatriz de de gelatinagelatina ;

• Cada grão tem aproximadamente 1010 1010 áátomostomos de prata (Ag+);

• De certa forma, foi o primeiro detector utilizado para radiação. Em 19861986, BecquerelBecquerel descobriu a radioatividaderadioatividadenaturalnatural por acaso, ao guardar chapasfotográficas junto com material radioativo.

Detectores

Monitor Individual - FilmeDetectores

Detectores Termoluminescentes - TLD

• O volume sensível de um material termoluminescente consiste de uma pequenamassa (1 a 100mg) de um material cristalinodielétrico contendo ativadores convenientes.

• No Brasil, em geral utiliza-se Fluoreto de LítioLiF100(Mg,Ti);

• O material é escolhido de acordo com faixa de energia de trabalho, que deve estar dentro da região de linearidade do material.

Detectores

Detectores Termoluminescentes

Detectores

Detectores a Gás

• São os mais tradicionais e os mais difundidos;• A interação das radiações com os gases

provoca principalmente excitação e ionização de seus átomos;

• Na ionização são formados pares elétron-íonque dependem de características dos gases utilizados e da radiação ionizante;

• A coleta das cargas formadas no volume sensível de detector é feita por meio de camposelétricos e dispositivos apropriados;

Detectores

Detectores a Gás

•• Os Os eleléétronstrons arrancadosarrancados pertencempertencemnormalmentenormalmente ááss úúltimasltimas camadascamadas –– energiasenergiasde de ligaligaçãçãoo da da ordemordem de 10 a 20 de 10 a 20 eVeV..

•• Como ... Como ... nemnem todatoda interainteraçãçãoo resultaresulta ememionizaionizaçãçãoo e o e o nemnem sempresempre ssããoo osos eleléétronstrons da da úúltimaltima camadacamada queque interageminteragem ......

•• EnergiaEnergia mméédiadia parapara a a formaforma çãçãoo de um par de um par de de ííonsons (W) (W) emem um um ggááss::–– VariaVaria emem tornotorno de 20 a 45 de 20 a 45 eVeV –– parapara osos gases gases

maismais utilizadosutilizados..

Detectores

Regiões de Operação paraDetectores a Gás

Detectores

Exposição (X)

Essa Grandeza quantifica o total de cargas elétricas, de mesmo sinal, coletadas entre duas placas metálicas sob a ação de um potencial elétrico, com ar seco entre elas.

dm

dQX =

Grandezas Dosimétricas

Dose Absorvida (D)É a relação entre a energia absorvida e a massa do volume do

material atingido é a base da definição Dose Absorvida

Ela é definida como uma função em um ponto p.

dm

dD

ε= Gray = J/kg


Emissão

Fator dePeso da

RadiaçãowR

Fator dePeso do

TecidowT

FONTEdentroou fora

do corpo

DoseEfetiva

E(Sv)

DoseEquivalente

HT(Sv)

ÓRGÃOSÓRGAOS

DT(Gy)

DoseAbsorvida


Equivalente de Dose (H)Tipo da radiação Q

Raios X, Radiação gama e elétrons

1

Prótons e partículas com uma unidade de carga e massa de repouso maior

que uma unidade de massa atômica e de energia

desconhecida

10

Nêutrons com energia desconhecida

20

Radiação alfa e demais partículas com carga

superior a uma unidade de carga

20

Coeficientes nominais de probabilidade para efeitos estocásticos (por unidade de dose efetiva)

População exposta

Câncer fatal

Câncer não fatal

Efeito hereditário

Total

Detrimento (% por Sv)

• Adultos• População

inteira

4,0

5,0

0,8

1,0

0,8

1,3

5,6

7,3

FIM

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