INTERAÇÃO DA RADIAÇÃO COM A MATÉRIA ESCALA DO TEMPO.
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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 )Partículas carregadas (e-, , d, 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 MeVou
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 p, 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.
elétronincidente
absorvedor
Interação com raios X e
Raios são radiações eletromagnéticas que acompanham transições nucleares.
Raios X são radiações eletromagnéticas que companham transições eletrônicas.
Principais processos competitivos
Efeito fotoelétricoEfeito ComptonProdução de pares
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 competitivosZ
do
abso
rved
or
20
40
60
80
100
120
Energia do fóton, MeV
0,01 0,05 0,1 0,5 1 5 10 50 100
Efeito fotoelétricodominante
Efeito Comptondominante
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
A-400 320nmB-320 290 nmC-290 200nm
Escala do tempo do dano da radiaçãoEstágio Tempo Ação Efeito Proteção e
tratamentoFísico < 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 = 100 erg/g
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 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)/ , onde é a constante de decaimento
BEQUEREL unidade de atividade
1 bq = 3,7 x 10-10 Ci
ROENTGEN EQUIVALENT MAN unidade de dose que tenta expressar todos os tipos de radiação numa escala comum.
DREM = DRAD x QF
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 1 rad = 1cGy
Dose equivalente
rem sievert Sv 1 rem = 0,01 Sv
Radioatividade Ci bequerel Bq 1 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
Qual a exposição natural que sofremos diariamente?
Expectativa de perda de vida por diversos motivosCAUSA DIASSer homem solteiro 3500Homem fumante 2250Doenças do coração 2100Ser mulher solteira 1600Ter sobrepeso em 30% 1300Ser mineiro de carvão 1100Ter câncer 980Ter sobrepeso em 20% 900Escolaridade (8a. Série) 850Mulher fumante 800Ser pobre 700Hemorragia cerebral 520Viver em estado desfavorável 500Fumar charutos 330Acidentes em trab. arriscado 300Fumar cachimbo 220Comer 100 cal/dia A MAIS 210Acidentes com veículos mot. 207Pneumonia – gripes 141Alcoolismo 130Acidentes domésticos 95Suicídios 95Diabete 95Homicídios 90Uso impróprio de drogas 90Acidentes de trabalho 74
CAUSADIAS
Afogamento 41Trab. ocup. com mat. rad. 40Quedas 30Acidentes com pedestres 37Trab. seguro – acidentes 30Fogo – queimaduras 27Geração de energia 24Uso ilícito de drogas 18Envenenamento (sol. – líq) 17Sufocamento 13Acid. com armas de fogo 11Radiação natural 8Raios X médicos 6Envenenamento (gás) 7Café 6Anticoncepcionais 5Acidentes c/ bicicletas, motos 5Combinação de todas catástrofes
3,5Bebidas dietéticas 2Acidentes com reatores 2Radiação da ind. nuclear
9Teste papanicolau p/ mulher -4Alarme de fumaça nos lares -10Sistema protetor em carros -50Melhoria em segurança (1966-1976) -110Unidade móvel cardio-clín. -125
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