RADIAÇÕES IONIZANTES
HISTÓRICO
Histórico da radiação
1) 08/11/1895 - Wilhem Konrad Roentgen observou
um fraco brilho esverdeado numa tela fluorescente
ativado por um tipo de emanação desconhecida de
um tubo de crookes exitado eletrostaticamente
2) 28/12/1895 - Roentgen escreve o primeiro
trabalho: “On a New Kind of Ray” para a
Bavarian Physical medical Society.
3) 05/01/1896 - O Viena Press publica um resumo e a
notícia se espalha rapidamente no mundo
4) Um dia após a chegada do relatório nos USA, Thomas
A. Edson começa a trabalhar no assunto.
5) Durante o ano de 1896, a revista Medical record (NY)
publica 28 referências sobre os Roentgen Rays ou X
Rays.
6) Antes do final do ano, trabalhadores sofrem severas
reações devido aos raios X. Uma assistente de T. Edson
- Clarence Doll - talvez tenha sido a primeira que
sabidamente morreu de câncer induzido por raios X.
7) No mesmo mês (nov/1895) da descoberta de Roentgen,
A. H. Becquerel descobriu que algum tipo de raio
similar ao raio X era continuamente emitido por
compostos de urânio natural.
8) Em 12/1898, Pierre e Marie Curie anunciavam, a partir
de compostos de urânio, a descoberta de um material
altamente radioativo, que chamaram de RADIUM. Era
constituído de três tipos de raio; um deles foi chamado
de Raios Gama - com menor energia, mas maior
capacidade de penetração.
9) Os Raios Gama pareciam atuar em tecidos vivos. Em
1901, Becquerel sofreu queimaduras por causa de um
frasco de Radium que levava no bolso; Pierre Curie
queimou sou braço intencionalmente. Estes fatos
levaram à idéia que o Radium tinha propriedades
medicinais. Curie levou Ra ao Hospital S. Louis (Paris),
onde se iniciou a aplicação em doenças dermatológicas.
10) A pesquisa mostrou que os raios do Ra tinham efeito
bactericida. Sementes perdiam o poder de germinação,
protozoários mostravam anormalidades e retardo no
desenvolvimento.
11) Histologias de tecidos irradiados foram estudadas por
Bergonie e Tribondeau, que elaboraram a lei: “células
imaturas em estado de divisão são mais sensíveis à
irradiação do que células adultas ou estacionadas.”
12) Em 1903, o efeito esterilizante dos RX foi observado.
Em mais alguns anos, Bardeen observou que ovos de rã
fertilizados por espermas e irradiados com RX
desenvolviam anormalidades.
13) Em 1927 H.J. Muller estudou em Drosophila que RX
e raios gama produziam mutações hereditárias.
14) Nas duas décadas seguintes, vários eventos
aconteceram: fontes poderosas de RX e Raios Gama;
gramas de Ra forma isoladas; fontes de alta voltagem
como Van der Graaff foram construídas; em 1961, E.
O. Lawrence e col. iniciaram o desenvolvimento do
acelerador linear, que levou à invenção de Cyclotrons;
os riscos do uso da radiação foram reconhecidos e
regras forma estabelecidas; radioisótopos como 198Au,
60Co, 137Cs, 90Sr tornaram-se disponíveis em larga
escala.
Primeira radiografia de parte do corpo humano
TIPOS DE RADIAÇÃO
ALFA
CORPUSCULARES
ELETROMAGNÉTICA
BETA
Raios X
GAMA
RADIAÇÕES
CORPUSCULARES
PARTÍCULA ALFA
NÚCLEO DE HÉLIO = 2 PROTONS + 2 NEUTRONS
CARGA POSITIVA
ALTA IONIZAÇÃO ESPECÍFICA
PARTÍCULA BETA
ELÉTRON COM CARGA NEGATIVA
MASSA 1/7000 DA PARTÍCULA ALFA
DESVIADAS POR CAMPO MAGNÉTICO
RADIAÇÕES
ELETROMAGNÉTICAS
SEM MASSA E SEM CARGA
NÃO SÃO DESVIADAS POR CAMPO MAGNÉTICO
ALTO PODER DE PENETRAÇÃO NA MATÉRIA
INTERAÇÃO DA RADIAÇÃO
COM A MATÉRIA
Interação da radiação com a matéria
Radiação
Eletromagnética (raios X e g)
Partículas carregadas (e-, a, p, 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, 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 acompanham
transições eletrônicas.
Principais processos de interação
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
PENETRABILIDADE
NA MATÉRIA
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 (1976)
1Gy = 1 J/kg = 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 ATIVIDADE de um radionuclídeo que
possui 3,7 x 1010 desintegrações/segundo.
1 Ci = 3,7 x 10 10 desintegrações por segundo
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 = 1dps = 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
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
Tempo e efeito radiação
Estágio
Tempo
Ação
Efeito
Físico
< 10-14 s
Deposição de energia na Excitação dos
água – orgânicos e
compostos e
inorgânicos na
absorção de luz
proporção aproximada
das massas
Físico químico
10-14 a 10-12 s
Quebra das ligações: SH, O-H, N-H e C-H.
Transferência de iôns.
Radiólise da água –
radicais livres – emissão
de luz das moléculas
excitadas. Formação de
H2O 2
Começa o dano
químico.
Radicais livres
começam a reagir
com os radicais
metabólicos
normais
Tempo e efeito da radiação
Estágio
Químico
Tempo
Ação
Efeito
10-12 a 10-7 s
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
Tempo e efeito da radiação
Estágio
Tempo
Ação
Efeito
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
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