Grandezas, Quantidades e
Unidades usadas em protecção
contra as radiações
Maria Filomena Botelho
¾
O que é a radiação / radioactividade?
¾
O que torna a radiação perigosa?
¾
Dose de radiação – quanto é demasiado?
¾
Radiação de fundo – a exposição nunca é zero
¾
Urgências
¾
Como se recebe/manipula o material radioactivo
¾
?
1
O que é a radioactividade?
¾ Definição:
um conjunto de átomos instáveis
que se transformam espontaneamente em
novos elementos
¾ Um
átomo com um núcleo instável vai decair
até se transformar num átomo estável,
emitindo radiação à medida que o processo de
deacimento decorre
¾A
“quantidade” de radioactividade (actividade)
é o número de decaimentos nucleares que
ocorrem por unidade de tempo (decaimento
por minuto)
Radiação
¾Definição:
energia na forma de partículas ou
ondas
¾Tipos
¾
Ionizante: remove electrões de átomos
¾
¾
¾
de radiação
Partículas (alfa e beta)
Ondas (gama e raios-X)
Não-ionizante (electromagnética): não remove
electrões de átomos
¾
Infravermelhos, visível, microondas, radar, ondas de
rádio, lasers
2
Dosimetria, Letalidade e Segurança
Durante uma exposição radiaoactiva há duas
formas diferentes de exposição à radiação
Exposição crónica
Exposição aguda
Dose de corpo inteiro 400 rem= LD50
Público em geral 500 mrem/ano
Trabalhadores da radiação 5 rem/ano
rem = rad × RBE
Unidades:
1 Gy = 1 J/kg
1 rad = 0,01 Gy
Raios-X
Gama
Beta
Protões
Alfa
Neutrões lentos
Neutrões rápidos
1 Becquerel = 1 decay por seg
1 Curie = 3,7 x 1010 dps
1
1
1
10
20
2
10
Espectro Electromagnético
Comprimentos de onda da radiação em angstrom
10
8
6
10
Rádio
10
-10
4
Infra
vermelhos
-8
10
2
10
10
V
i
s
i
b
l
e
-6
10
Luz
Ultra-Violeta
-2
1
10
Raios-X
-4
10
-6
10
Raios cósmicos
Raios gama
-4
10
-2
10
1
2
10
10
4
Energia dos fótões em milhões de electrões volt (MeV)
3
Ionização
Formação de um átomo carregado e reactivo
Radiação
incidente
Electrão ejectado
-
-
-
Campos coulombianos
envolvidos
O átomo neutro absorvente
adquire uma carga positiva
-
Dose exposição e Dose biológica
=
Ë↓ Ì
tipo
unidades
Radioactividade
Bq, Ci
Dse exposição
Gy, rad (R)
Factor de Qualidade
Q
Dose Biological
Sv, rem
Unidade de Exposição
Dose Biológica
SI
Unidade antiga
1 Gy = 100 rad (=100 R)
1 Sv = 100 rem (= Q × rad)
Gy: gray
Sv: sievert
R: roentgen
rem: roentgen equivalent man
rad: radiation absorbed dose
4
Unidades de actividade
1 Curie (Ci)
número de desintegrações/seg que
ocorrem num grama de 226Ra
1 Becquerel (Bq)
1 desintegração/seg
1 Ci = 3,7 × 1010 Bq = 2,22 × 1012 dpm
Independente da natureza da radiação
Dose Exposição
→
Fotão
Ar seco
Pares de iões
+V
Quantidade de energia absorvida / massa de tecido
1 Roentgen (R)
quantidade de raios-X ou γ necessária para
produzir 2 x 109 pares de iões (ionização)
quando atravessa 1 cm3 de ar a 0oC
1 C/Kg
1 R = 2,58 x 10-4 C/kg
Só radiação ionizante de energia elevada
5
Dose Absorvida (D)
→
Quantidade de energia cedida / massa de tecido
corresponde à libertação de 100 erg
de energia / g de material irradiado
1 Rad
D=
1 rad = 1 R
dε
dm
Se radiação for de fotões
Se material for tecido de mamífero
Dose Absorvida (D)
→
Quantidade de energia cedida / massa de tecido
corresponde à libertação de 100 erg
de energia / g de material irradiado
1 Rad
1 Gray (Gy)
1 Gy = 100 rad
Independente do tipo de radiação
Específica do material
Dose absorvida para a água; para o ar; para o osso
6
Valores típicos de D
„
Dose de radioterapia
„
„
LD(50/30)
„
„
4 Gy corpo inteiro (single dose)
Dose de fundo anual
„
„
40 Gy no tumor (durante várias semanas)
2,5 mGy corpo inteiro
Radiografia ao tórax PA
„
160 µGy à entrada
Dose no órgão - DT
A dose absorvida média num órgão ou tecido
DT =
εT
mT
εT – Energia total que atravessa um
tecido ou órgão
mT – Massa do tecido ou órgão irradado
1 Gray (Gy)
7
Dose efectiva (E)
Soma das doses equivalentes para cada tecido/órgão x
factores de correcção para o órgão
E =
∑
w T .H
T
T
E =
∑ w .∑ w . D
T
T
r
T ,R
R
wT- tissue weighting factor
1 Sievert (Sv)
Valores típicos de E
„
Clister opaco = 7 mSv
„
TAC Abdominal = 10 mSv
„
Radiografia abdómen= 1 mSv
„
Radiografia ao tórax PA = 20 µSv
„
Limite da dose anual para trabalhadores da
radiação = 20 mSv
„
Dose anual de fundo = 2,5 mSv
8
Equivalente de Dose (HT,R)
Dose absorvida pelo tecido x factor de correcção da radiação
HT,R = DT,R . wR
1 Sievert (Sv)
Tipos de radiação
wR
Todos os fotões, electrões e muões
1
Neutrões
5-20 (dependendo da energia)
Protões
5
Partículas alfa
20
Raios-X
1 Gy = 1 Sv
Alfas
1 Gy = 20 Sv
Equivalente de Dose (HT,R)
Dose absorvida pelo tecido x factor de correcção da radiação
1 Sievert (Sv)
HT,R = DT,R . wR
Quando o campo de radiação é composto de radiação de vários tipos
ou de várias energias:
HT = ∑ DT,R .WR
R
9
Dose efectiva (E)
E = ΣT wT . HT
Tecido/órgão
WT
Tecido/órgão
WT
Gónadas
Medula vermelha
Cólon
Pulmão
Estômago
Bexiga
Mama
0,20
0,12
0,12
0,12
0,12
0,05
0,05
Fígado
Esófago
Tiróide
Pele
Superfícies osso
Restantes
0,05
0,05
0,05
0,01
0,01
0,05
Exemplo:
Se as gónadas sozinhas receberem 2 Gy, a dose efectiva é:
E = 2 x 0,20 = 0,4 Sv
Factor de correcção da radiação
(Radiation Weighting Factor - wR)
wR- Factor correctivo baseado no tipo e qualidade de radiação (que afecta externa e
internamente) e que é usado para contabilizar a eficiência relativa dos
diferentes tipos de radiação na indução dos efeitos na saúde
Tipos de radiação e intensidade
energética
Fotões, todas as energias
Factor de correcção para a
radiação WR
1
Electrões, todas as energias
1
Partículas alfa
20
Protões, energia > 2 MeV
5
Neutrões, energia < 10 keV
5
Neutrões, energia 10 a 100 keV
10
Neutrões, energia >100 a 2 MeV
20
Neutrões, energia > 2 MeV a 20 MeV
10
Neutrões, energia > 20 MeV
5
10
Factor de correcção do tecido
(Tissue Weighting Factor - wT)
„
Factor correctivo que prevê as diferentes sensibilidades
dos órgãos e tecidos à indução de efeitos estocásticos da
radiação (efeitos sem limiar, ex. Cancro induzido por radiação)
„
A relação entre a probabilidade de um efeito estocástico e
a dose equivalente varia com o tecido irradiado. A dose
equivalente corrigida para o tecido vai produzir o mesmo
grau de detrimento em saúde idependentemente do
tecido envolvido
„
A soma dos factores de correcção para os tecidos é 1
Factor de correcção do tecido
(Tissue Weighting Factor - wT)
wT- Factor correctivo baseado no tipo e qualidade de radiação (que afecta externa e
internamente) e que é usado para contabilizar a eficiência relativa dos
diferentes tipos de radiação na indução dos efeitos na saúde
Tecido ou órgão
Factor de correcção
para o tecido WT
Tecido ou órgão
Factor de correcção
para o tecido WT
Figado
0,05
Figado
0,05
Esófago
0,05
Esófago
0,05
Troide
0,05
Troide
0,05
Pele
0,01
Pele
0,01
Superfície do osso
0,01
Superfície do osso
0,01
Restantes
0,05
Restantes
0,05
11
Dose equivalente
→
Multiplicação do rad pela eficiência biológica relativa (EBR)
EBR = 10 para partículas α
EBR = 1 para partículas β
1 rem
quantidade de radiação capaz de transferir
2,4 x 10-3 cal de energia para 1 kg de tecido
1 Sievert (Sv)
1 Sv = 100 rem
Independente do tipo de radiação
Dose Letal
→
LD50
Relacionada com a dose equivalente
dose aguda de radiação que é fatal para
50% da população exposta
LD50 = 5 Sv (500 rem)
Dose > 1 Sv (100 rem) produzem lesão no DNA
12
Outras
„
„
„
Equivalente de dose (Sv) – substituída pela dose equivalente
Equivalente de dose efectivo (Sv) – substituída pela dose
efectiva
Equivalente de dose ambiente (Sv) – dose a uma particular
profundidade (muitas vezes usada para os resultados dos dosímetros
pessoais)
„
Dose x área (Gy.cm2) – dose x dimensão do campo
„
Exposição (R ou C/kg) – carga produzida 1m 1 kg de ar
„
„
Kerma no ar (Gy) – energia libertada num kg de ar (os medidores
de dose normalmente lêem em kerma no ar)
Dose colectiva (Svhomem) – dose efectiva x nº de pessoas
expostas
Fotão
Kerma
→
Ar seco
Pares de iões
+V
Quantidade de energia absorvida / massa de tecido
K=
dE tr
dm
dEtr – soma das energias cinéticas iniciais de todas as
partículas carregadas ionizantes libertadas por acção de
partículas ionizantes não carregadas num material de massa dm
1 Gray (Gy)
1 J/Kg
13
Dose integral – usada em radioterapia
Energia total absorvida por um órgão
Dose total recebida por um órgão
grama-rad
g-Gy = dose * massa do órgão
grama-Gy
Dose acumulada – dose recebida durante um período,
mas g-Gy é a dose recebida num único tempo
Velocidades
„
„
„
∆x/∆t = Velocidade de exposição (R/hr)
∆D/∆t = velocidade de dose absorvida (Rad/hr)
∆DE/∆t = velocidade de equivalente de dose
absorvida (REM/hr)
… e as fracções,
„
„
„
„
mR/hr,
mRad/hr,
mREM/hr,
etc...
14
Detrimento em saúde para
efeitos estocásticos
„
Incluem estas quantidades
Probabilidade de canro fatal
„ Probabilidade corrigida de ter cancro não fatal
„ Probabilidade corrigida de ter efeitos
hereditários graves
„ A quantidade de esperança de vida perdida
„
Coeficientes de probabilidade
nominal para efeitos estocásticos
População exposta
Detrimento em saúde (102 Sv-1)
Cancro
fatal
Cancro
não fatal
Efeitos
hereditários
total
Trabalhador adulto
4,0
0,8
0,8
5,6
População Total
5,0
1,0
1,0
7,3
15
Dose equivalente Committed HT(τ)
A irradiação por parte de radionúclidos incorporados deve-se à sua
distribuição algum tempo depois da ingestão ou inalação do material
radioactivo, dependendo das suapropredades fisico-químicas e
biocinéticas
H T (τ ) =
t0 +τ
∫
.
H T ( t ) dt
t0
HT(τ) – é o tempo total ao longo do período T da velocidade de
dose equivalente que um tecido particular de um indivíduo
irá receber após a ingestão de material radioactivo
Integração durante um período τ de 50 anos
para os adultos e de 70 anos para as crianças
Dose efectiva Committed E(τ)
E(τ ) = ∑ wT . HT (τ )
T
E(τ) – é a soma das doses do órgão ou tecido committed
corrigida devida à ingestão de material radioactivo
Sievert (Sv)
J.kg-1
16
Dose efectiva colectiva - S
S =
∑
E i.N
i
i
S – é a medida da exposição à radição de uma população – a dose
total recebida por um grupo populacional
Ei – é a dose efectiva média num sub-grupo populacional i
Ni – número de indivíduos do sub-grupo i
homem.Sv
Equivalente de dose ambiente - H*(d)
„
Num ponto de um campo de radiação, é o equivalente
de dose que será produzida por um campo alinhado e
expandido na esfera do ICRU de profundidade d, num
raio oposto à direcção do campo alinhado
„
Apropriada para radiação fortemente penetrante
(Profundidade recomendada d=10mm)
17
Equivalente de dose direccional - H’(d)
„
Num ponto de um campo de radiação, é o
equivalente de dose que será produzida por
expandido na esfera do ICRU de profundidade
d, num raio num direcção específica
„
Apropriada para radiação fracamente
penetrante (Profundidade recomendada
d=0,07mm
Equivalente de dose pessoal Hp(d)
„
Equivalente de dose pessoal para radiação fortemente
penetrante é o equivalente de dose no tecido mole numa
profundidade d =10 mm
„
Equivalente de dose pessoal para radiação fracamente
penetrante é o equivalente de dose no tecido mole numa
profundidade d = 0,07 mm
18
Limites de dose individuais
Exposição ocupacional
„
Uma dose efectiva de of 50 mSv num único ano
„
Uma dose efectiva de 100 mSv em 5 anos consecuticos
(uma dose efectiva de 20 mSv por ano em média durante
5 anos consecuticos)
„
Uma dose equivalente no cristalino de 150 mSv num ano
„
Uma dose equivalente nas extremidades ou na pele de
500 mSv num ano
Limites de dose individuais
Exposição do público
„
Uma dose efectiva de of 1 mSv num único ano
„
Uma dose efectiva de 5 mSv num único ano em
circunstâncias especiais mas de modo que a média em 5
anos consecuticos não exceda 1 mSv por ano
„
Uma dose equivalente no cristalino de 15 mSv num ano
„
Uma dose equivalente nas extremidades ou na pele de
50 mSv num ano
19
Compliance com os limites de
dose
„
Os limites de dose aplicam-se ao somatório
das doses obtidas por exposição externa
durante um período de tempo específico
correspondente a 50 anos (70 anos para as
crianças) durante o qual são contabilizados
as exposições
Unidades antigas
„
100 rad = 1 Gy = 100 cGy
„
100 rem = 1 Sv
„
100 R ≈ 0.9 Gy
1 Bequerel = 1 desintegração por seg
1 Curie = 3,7 x 1010 dps
20
Velocidade de exposição = Γ.A/d2
A - actividade
d – distância à fonte
Γ – velocidade de exposição constante (R.cm2/hr.mCi)
Γ - depende do esquema de decaimento, energia, coeficiente
de absorção no ar e a ionização específica dos electrões
G
Exemplo
Qual é a dose absorvida em Gy no ar para 1 R de raios γ
A energia média para criar um
par de iões no ar é de 33.7 eV
1 R = (2,58 x 10-4 C/kg) / (1,6 x 10-19 C/electrão) =
= 1,6 x 1015 pares de iões/kg
21
Exemplo
Qual é a dose absorvida em Gy no ar para 1 R de raios γ
A energia média para criar um
par de iões no ar é de 33,7 eV
1 R= (2,58 x 10-4 C/kg) / (1,6 x 10-19 C/electrão) =
= 1,6 x 1015 pares de iões/kg
Energia necessária para criar um par de iões =
= 33,7 eV x 1,6 x1015 pares de iões/kg= 5.4x1010 MeV/kg
1 MeV = 1,6 x 10-13 J
D = 5,4 x 1010 MeV/kg x 1,6x10-13 J/MeV = 0,00867 J/kg = 0,00867 Gy
Exemplo
Assumindo que o tecido mole absorve 93 erg/g por 1 R de
raios gama, qual é a velocidade de dose recebida quando
se trabalha a uma distância média de 50cm com uma
fonte de 22Na de 100 mCi (3.7 MBq) ?
22
Exemplo
Assumindo que o tecido mole absorve 93 erg/g por 1 R de
raios gama, qual é a velocidade de dose recebida quando
se trabalha a uma distância média de 50cm com uma
fonte de 22Na de 100 mCi (3.7 MBq) ?
A velocidade constante de exposição a partir da nossa tabela é de:
Γ = 12,0 R.cm2/hr.mCi
Exemplo
Assumindo que o tecido mole absorve 93 erg/g por 1 R de
raios gama, qual é a velocidade de dose recebida quando
se trabalha a uma distância média de 50cm com uma
fonte de 22Na de 100 mCi (3.7 MBq) ?
A velocidade constante de exposição a partir da nossa tabela é de:
Γ = 12,0 R.cm2/hr.mCi
Velocidade de exposição = Γ.A/d2 = 12 x 0,1 mCi/(50cm)2 = 0,48 mR/hr
23
Exemplo
Assumindo que o tecido mole absorve 93 erg/g por 1 R de
raios gama, qual é a velocidade de dose recebida quando
se trabalha a uma distância média de 50cm com uma
fonte de 22Na de 100 mCi (3.7 MBq) ?
A velocidade constante de exposição a partir da nossa tabela é de:
Γ = 12,0 R.cm2/hr.mCi
Velocidade de exposição = Γ.A/d2 = 12 x 0,1 mCi/(50cm)2 = 0,48 mR/hr
100 erg/g = 0,01Gy
Velocidade de dose = 93 erg/g.R x 0,48 x10-3 R/hr = 0,045 erg/g.hr
24