INTERAÇÃO DA RADIAÇÃO
COM A MATÉRIA
ESCALA DO TEMPO
Interação da radiação com a matéria
Radiação
Eletromagnética (raios X e g)
Partículas carregadas (e-, a, d, etc)
Nêutrons
Ionização: remoção completa de um ou mais
elétrons de valência
Excitação: os elétrons são levados a níveis com
energias mais altas
Interação com nêutrons
Classificação segundo a energia
lentos
intermediários
rápidos
alta energia
térmicos
epitérmicos
rápidos
0,03 eV < n < 100 eV
100 eV < n < 10 eV
10 keV < n < 10 keV
n > 10 MeV
ou
n  0,025 eV
1 eV <n < 100 keV
n > 100 keV
Interagem por colisão direta com o núcleo
Interação com partículas carregadas
Pesadas
Leves
a, p, d, etc
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
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
120
100
Produção de
pares
dominante
Efeito fotoelétrico
dominante
80
60
40
Efeito Compton
dominante
20
0,01
0,05 0,1
0,5
1
5
Energia do fóton, MeV
10
50 100
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
(m)
superior a 3 x 10-1
Energia do fóton
(eV)
inferior a 4,1 x 10-6
Radiação
3 x 10-1
 3 x 10-3
4,1 x 10-6  4,1 x 10-4
Ondas de
radiofrequência
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
4x
10-7

inferior a 10-8
10-8
1,6
3,1
 3,1
 123,2
superior a 123,2
Luz visível
Ultravioleta
Raios X e g
A-400  320nm
B-320  290 nm
C-290  200nm
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 CH.
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
Químico
Tempo
10-12 a
10-7 s
Ação
Efeito
Proteção e
tratamento
Continua a
reação dos
radicais livres da
água com
biomoléculas.
Quebra da
ligações C-C e CN. 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
H2 O2.
RSH protege
inativação de
enzimas. Outros
sistemas
enzimáticos
atuam. Terapia
com estes agentes
pode ser útil
Escala do tempo do dano da radiação
Estágio
Tempo
Ação
Efeito
Proteção e
tratamento
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
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 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
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)
Antiga
Nova
Símbolo
Dose
rad
gray
Gy
1 rad = 1cGy
Dose
equivalente
rem
sievert
Sv
1 rem = 0,01 Sv
Ci
bequerel
Bq
1 Ci = 3,7 x 1010 Bq
Radioatividade
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
BOMBA DE NAGAZAKI
ACIDENTE DE CHERNOBIL
73.884
Mortes
2
Mortos em 1 dia
74.909
Feridos
29
Mortos em 2-120
11.574
Casas queimadas
200
Sobreviventes
5.509
Casa metade destruídas
400.000
50.000
Casas parcialmente
destruídas
Não afetados porém
expostos
BOMBA DE
HIROSHIMA
BOMBA DE
NAGAZAKI
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
Qual a exposição natural que sofremos diariamente?
Expectativa de perda de vida por diversos motivos
CAUSA
Ser homem solteiro
Homem fumante
Doenças do coração
Ser mulher solteira
Ter sobrepeso em 30%
Ser mineiro de carvão
Ter câncer
Ter sobrepeso em 20%
Escolaridade (8a. Série)
Mulher fumante
Ser pobre
Hemorragia cerebral
Viver em estado desfavorável
Fumar charutos
Acidentes em trab. arriscado
Fumar cachimbo
Comer 100 cal/dia A MAIS
Acidentes com veículos mot.
Pneumonia – gripes
Alcoolismo
Acidentes domésticos
Suicídios
Diabete
Homicídios
Uso impróprio de drogas
Acidentes de trabalho
DIAS
3500
2250
2100
1600
1300
1100
980
900
850
800
700
520
500
330
300
220
210
207
141
130
95
95
95
90
90
74
CAUSA
Afogamento
Trab. ocup. com mat. rad.
Quedas
Acidentes com pedestres
Trab. seguro – acidentes
Fogo – queimaduras
Geração de energia
Uso ilícito de drogas
Envenenamento (sol. – líq)
Sufocamento
Acid. com armas de fogo
Radiação natural
Raios X médicos
Envenenamento (gás)
Café
Anticoncepcionais
Acidentes c/ bicicletas, motos
Combinação de todas catástrofes
Bebidas dietéticas
Acidentes com reatores
Radiação da ind. nuclear
Teste papanicolau p/ mulher
Alarme de fumaça nos lares
Sistema protetor em carros
Melhoria em segurança (1966-1976)
Unidade móvel cardio-clín.
DIAS
41
40
30
37
30
27
24
18
17
13
11
8
6
7
6
5
5
3,5
2
2
9
-4
-10
-50
-110
-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