INTERAÇÃO DA RADIAÇÃO COM A MATÉRIA ESCALA DO TEMPO

Interação da radiação com a matéria 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 g) Partículas carregadas (e-, a, 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 MeV ou 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 a, 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. 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 Z do absorvedor 60 40 Efeito Compton dominante 20 0,01 0,05 0,1 0,5 1 5 10 50 100 Energia do fóton, MeV

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  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 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 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 Antiga Nova Símbolo Relação 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 Relação 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

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 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 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 DIAS Ser homem solteiro 3500 Homem fumante 2250 Doenças do coração 2100 Ser mulher solteira 1600 Ter sobrepeso em 30% 1300 Ser mineiro de carvão 1100 Ter câncer 980 Ter sobrepeso em 20% 900 Escolaridade (8a. Série) 850 Mulher fumante 800 Ser pobre 700 Hemorragia cerebral 520 Viver em estado desfavorável 500 Fumar charutos 330 Acidentes em trab. arriscado 300 Fumar cachimbo 220 Comer 100 cal/dia A MAIS 210 Acidentes com veículos mot. 207 Pneumonia – gripes 141 Alcoolismo 130 Acidentes domésticos 95 Suicídios 95 Diabete 95 Homicídios 90 Uso impróprio de drogas 90 Acidentes de trabalho 74 CAUSA DIAS Afogamento 41 Trab. ocup. com mat. rad. 40 Quedas 30 Acidentes com pedestres 37 Trab. seguro – acidentes 30 Fogo – queimaduras 27 Geração de energia 24 Uso ilícito de drogas 18 Envenenamento (sol. – líq) 17 Sufocamento 13 Acid. com armas de fogo 11 Radiação natural 8 Raios X médicos 6 Envenenamento (gás) 7 Café 6 Anticoncepcionais 5 Acidentes c/ bicicletas, motos 5 Combinação de todas catástrofes 3,5 Bebidas dietéticas 2 Acidentes com reatores 2 Radiação da ind. nuclear 9 Teste papanicolau p/ mulher -4 Alarme de fumaça nos lares -10 Sistema protetor em carros -50 Melhoria em segurança (1966-1976) -110 Unidade 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