ONDAS ELETROMAGNÉTICAS

Apresentação em tema: "ONDAS ELETROMAGNÉTICAS"— Transcrição da apresentação:

1 ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
As ondas eletromagnéticas são pulsos energéticos que se propagam no espaço transportando energia. São ondas transversais que se propagam sem precisar de meio material (se propagam no vácuo). As ondas eletromagnéticas se originam a partir de uma perturbação em um campo elétrico ou magnético (por exemplo pelo movimento de uma carga elétrica).

2 Algumas propriedades podem ser observadas em todos as ondas eletromagnéticas:
Os campos elétrico e magnético são perpendiculares à direção de propagação da onda; O campo elétrico é perpendicular ao campo magnético; Os campos variam sempre na mesma frequência e estão em fase; A velocidade de propagação dessas ondas no vácuo é c = m/s; Ao propagar em meios materiais, a velocidade obtida é menor do que quando a propagação ocorre no vácuo. O comprimento de uma onda eletromagnética é que determina seu comportamento. Ondas de alta frequência são curtas, e as de baixa frequência são longas.

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5 ONDA ELETROMAGNÉTICA NÃO IONIZANTE
Não possui energia suficiente para arrancar elétrons de um átomo Pode quebrar moléculas e ligações químicas Ultravioleta, Infravermelho, Radiofrequência, Laser, Microondas, Luz visível.

6 ONDA ELETROMAGNÉTICA IONIZANTE
Energia suficiente para arrancar elétrons de um átomo - produção de pares de íons. Ondas eletromagnéticas: Gama, Raios X.

7 Radiação, Radioatividade e Proteção Radiológica
RCB0204 Fundamentos de Física, Química e Matemática para Análise de Fenômenos Biológicos II Radiação, Radioatividade e Proteção Radiológica APOIO: Comitê de Proteção Radiológica HCFMRP; Serviço de Física Médica e Radioproteção HCFMRP Prof. Dr. Paulo Mazzoncini de Azevedo Marques Centro de Ciências das Imagens e Física Médica Departamento de Clínica Médica Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto - USP

8 CONTEÚDO ENVOLVIDO NA APRESENTAÇÃO
Radiação: definição, tipos de radiação Radiação Ionizante: tipos, origem, interação com a matéria Efeitos Biológicos da Radiação Ionizante Diretrizes Básicas da Proteção Radiológica Fatores Básicos para a Proteção Radiológica

9 Radiação? Tipos de Radiação
RADIAÇÃO: emissão e propagação de energia através de um meio. Khan MF. Structure of Matter. In: Khan MF. The Physics of Radiation Therapy, 2nda edição, Philadelphia: Lippincott Williams and Wilkins cap. 01, pp. 1-11 Tipos de Radiação Electromagnéticas Radiação Gama Radiação X Partículas Alfa Beta Prótons Elétrons Neutrons IONIZANTES Ultravioleta Luz visível Infravermelho Microndas Radiofrequência Corrente alternada Meson Pion Ions pesados

10 RADIAÇÃO IONIZANTE vs RADIAÇÃO NÃO IONIZANTE DIFERENÇA ? ENERGIA
é aquela que, ao interagir com átomos, pode produzir íons (átomos ionizados) através da retirada de elétrons. RADIAÇÃO IONIZANTE vs RADIAÇÃO NÃO IONIZANTE DIFERENÇA ? ENERGIA

11 RADIAÇÃO NÃO IONIZANTE
Não possui energia suficiente para arrancar elétrons de um átomo Pode quebrar moléculas e ligações químicas Ultravioleta, Infravermelho, Radiofreqüência, Laser, Microondas, Luz visível. RADIAÇÃO NÃO IONIZANTE

12 RADIAÇÃO IONIZANTE Energia suficiente para arrancar elétrons de um átomo - produção de pares de íons. Partículas carregadas: Alfa, Beta, Prótons, Elétrons Partículas não carregadas: Nêutrons Ondas eletromagnéticas: Gama, Raios X.

13 Estrutura Atômica e Nuclear da Matéria
Modelo Simplificado do Átomo Núcleo Prótons: 1,007 u.m.a. 1 carga positiva Número Atômico (z) - elemento químico Nêutrons: 1,008 u.m.a. Carga neutra Isótopos Nêutrons + Prótons = N.º de massa (U) Unidade de Massa Atômica (u.m.a) = 1/12 da massa de um átomo de carbono-12 em seu estado fundamental 1 unidade de massa atômica = 1, × microgramas

14 Estrutura Atômica e Nuclear da Matéria
Modelo Simplificado do Átomo Eletrosfera Elétrons orbitais: 5,48 x 10-4 u.m.a. 1 carga negativa Quanto mais externa a órbita, menor a energia de ligação Átomo não ionizado possui mesmo número de prótons e elétrons - carga total igual a zero. Unidade de Massa Atômica (u.m.a) = 1/12 da massa de um átomo de carbono-12 em seu estado fundamental 1 unidade de massa atômica = 1, × microgramas

15 Radiação X Não possui carga
Ondas Eletromagnéticas – produzidas pela desaceleração de elétrons incidentes em alvos metálicos (transformação de energia cinética em energia eletromagnética) Não possui carga Pequeno poder de ionização - produção de muito poucas ionizações Perde energia para o meio de forma muito lenta - grande alcance (centímetros de concreto) IMPORTANTE: a radiação X só existe enquanto o equipamento de raios-X está ligado, com a emissão de feixe acionada. Não existe radiação X residual e nem contaminação por radiação – X!

16 Produção dos Raios-X Catodo Anodo
Transformação de Energia Cinética (elétrons em movimento) em Energia Eletromagnética (fótons de raios-X) Catodo Anodo Elétrons acelerados Raios-X: radiação eletromagnética produzida quando elétrons em alta velocidade colidem com um alvo metálico. Raios X

17 Instabilidade Nuclear
O átomo é constituído basicamente por um núcleo onde se encontram os prótons (partículas positivas) e os nêutrons (partículas neutras), já a região ao seu redor chamada de eletrosfera (nuvem eletrônica) é constituída basicamente de espaço vazio orbitado por minúsculas partículas de carga negativa conhecidas como elétrons. Existem átomos com mesmo número de prótons mas com número de nêutrons diferentes, chamados isótopos (p.e. isótopos de urânio U-235 e U-238). O número atômico (Z) é determinado pela quantidade de prótons no núcleo, este determina o elemento, já a massa atômica (U) é determinada pela soma de prótons e nêutrons. Assim, todos os átomos de urânio têm 92 prótons, mas podem variar no número de nêutrons atingindo massas de 235 e 238 unidades, por exemplo. Em determinadas circunstâncias, naturais ou artificiais, um átomo pode ter um número elevado de partículas, ou um excesso de energia no seu núcleo, tornando-se instável. Para atingir um estado mais estável (menor energia) o núcleo emite energia em forma de partículas ou de radiação eletromagnética.

18 Instabilidade Nuclear
radioatividade é definida como a capacidade que alguns elementos fisicamente instáveis possuem de emitir energia sob forma de partículas ou radiação eletromagnética. É portanto uma propriedade da matéria, presente em alguns elementos chamados radioativos. O processo de emissão de partículas resultará na transformação de um elemento em outro (transmutação). Meia vida física de alguns radioisótopos P-32  14,8 dias S-35  87,0 dias C-14  anos H-3  12 anos I-125  60 dias Ca-45  dias Cr-51  27,8 dias Cs-137  anos Meia Vida - T1/2 é definida como o tempo necessário para que a atividade inicial (quantidade de radiação emitida por unidade de tempo) seja reduzida à metade. É uma característica física de cada isótopo radioativo. IMPORTANTE: materiais radioativos emitem radiação de forma continuada até que atinjam uma configuração estável e não devem ser manipulados sem o devido cuidado e proteção. A ingestão, aspiração ou manipulação inadequada de material radioativo pode causar contaminação.

19 Radiação Beta e Pósitron
Radiação Alfa Partículas com dois prótons e dois nêutrons (núcleo de gás hélio) - partícula pesada Possui duas cargas positivas Perde energia para o meio muito rapidamente - alcance pequeno (alguns centímetros no ar) Alto poder de ionização no tecido - produção de grande densidade de ionizações. Radiação Beta e Pósitron a radiação beta é originada de núcleos que transformam nêutrons em prótons (emitem partículas beta -) ou prótons em nêutrons ( emitem partículas beta +, ou pósitrons). Perde energia para o meio rapidamente - alcance médio (até alguns metros no ar) Pequeno poder de ionização - produção de pequena densidade de ionizações.

20 Radiação Gama Ondas Eletromagnéticas emitidas do núcleo de átomos em estado excitado de energia Não possui carga Perde energia para o meio de forma muito lenta - grande alcance (centímetros de concreto) Pequeno poder de ionização - produção de muito poucas ionizações – possui interação com a matéria similar a dos raios – X

21 O processo de emissão de partículas resultará na transformação de um elemento em outro (transmutação).

22 Efeitos Biológicos da Radiação Ionizante
A radiação perde energia para o meio provocando ionizações Os átomos ionizados podem gerar: Alterações moleculares Danos em órgãos ou tecidos Manifestação de efeitos biológicos

23 Efeitos Biológicos da Radiação Ionizante
Entre os danos que a radiação pode causar nas células, podem ocorrer: Morte prematura da célula; Incapacidade de se reproduzir; Transformação em uma célula viável, porém modificada (câncer). A cada possibilidade está associada uma probabilidade diferente de zero O fenômeno da indução de efeitos biológicos pela interação da radiação com organismos vivos é de natureza PROBABILÍSTICA.

24 CLASSIFICAÇÃO DOS EFEITOS BIOLÓGICOS
Classificam-se conforme sua variação quanto: à quantidade de energia depositada ao tipo de célula atingida ao tempo de manifestação

25 CLASSIFICAÇÃO DOS EFEITOS BIOLÓGICOS QUANTO À
QUANTIDADE DE ENERGIA DEPOSITADA: Efeitos Estocásticos: Ocorrem com doses pequenas de radiação Não apresentam um limiar de dose para sua ocorrência A probabilidade de ocorrência aumenta com o aumento da dose A gravidade do efeito independe da dose. Exemplo: câncer Por menor que seja a dose, está sempre associada uma probabilidade diferente de zero para a ocorrência deste tipo de efeito. Modelo loteria: quanto mais se aposta maior a chance de se ganhar, porém não se ganha necessariamente

26 CLASSIFICAÇÃO DOS EFEITOS BIOLÓGICOS QUANTO À
QUANTIDADE DE ENERGIA DEPOSITADA: Efeitos Determinísticos (não-estocásticos): Ocorrem com doses elevadas de radiação Apresentam um limiar de dose para sua ocorrência A gravidade do efeito aumenta com o aumento da dose. Exemplos: eritema, catarata. Modelo poupança: quanto mais se aplica certamente maior será o rendimento.

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28 CLASSIFICAÇÃO DOS EFEITOS BIOLÓGICOS QUANTO AO
TIPO DE CÉLULA ATINGIDA: Efeitos Somáticos: alterações provocadas pela interação da radiação ionizante com qualquer célula do organismo, exceto as reprodutivas manifestam-se no próprio indivíduo irradiado Exemplos: câncer, catarata. Efeitos Genéticos (hereditários): Alterações provocadas pela interação da radiação ionizante com as células reprodutivas do organismo. Manifestam-se nos descendentes do indivíduo irradiado Exemplos: mutações genéticas.

29 CLASSIFICAÇÃO DOS EFEITOS BIOLÓGICOS QUANTO AO TEMPO DE MANIFESTAÇÃO:
Efeitos Agudos: característicos de exposições a doses elevadas manifestam-se em, no máximo, dois meses (seres humanos) Exemplos: eritema, síndrome aguda. Efeitos Tardios: característicos de exposições a pequenas doses manifestam-se em anos ou dezenas de anos (seres humanos) Exemplo: câncer.

30 TIPOS DE FONTES DE RADIAÇÃO IONIZANTE
Equipamentos emissores de radiação ionizante: Precisam de energia elétrica para o funcionamento (p.e. aparelho de raios-X) Materiais Radioativos: Naturais ou produzidos artificialmente Emitem radiação continuamente. (p.e. geradores de Tecnécio e radiofármacos para medicina nuclear)

31 MODOS DE EXPOSIÇÃO A RADIAÇÃO IONIZANTE
Irradiação Exposição à radiação emitida sem contato com a fonte (p.e. em exames de raios-X ou na manipulação de fontes seladas na radioterapia) Contaminação Presença de material radioativo em local inadequado (p.e. contaminação de maçanetas ou assoalho com radiofármacos) Contaminação Interna Incorporação de material radioativo por ingestão, inalação ou absorção por contato direto com a pele. (p.e. exames de medicina nuclear, acidente com Césio-137 em Goiânia)

32 FILOSOFIA DA PROTEÇÃO RADIOLÓGICA
Proteção dos indivíduos, de seus descendentes, da humanidade como um todo e do meio ambiente contra os possíveis danos provocados pelo uso da radiação ionizante.

33 No início não se conheciam os efeitos deletérios da radiação ionizante,
que era utilizada para os mais diversos fins, desde aplicações em equipamentos de imagens médicas, que não possuíam mecanismos de proteção para os pacientes e para os médicos, para obtenção de imagens para visualização do ajuste de sapatos nos pés, em convites de festas e noivados, exibindo o raios-X das mãos dos anfitriões, para alívio de dores de cabeça e até para se obter um barbear mais suave e duradouro.

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38 Porém as evidências da necessidade de se estabelecer diretrizes para a radioproteção começaram a aparecer...

39 Diretrizes Básicas da Proteção Radiológica - Princípio da Otimização –
- Princípio da Justificação – Qualquer técnica que faça uso da radiação ionizante tem que ser justificada em relação a outras técnicas de modo a produzir um benefício líquido positivo. (Solicitação de Exames). - Princípio da Otimização – As exposições à radiação ionizante devem ser mantidas “tão baixas quanto razoavelmente exequível” (Princípio ALARA - As Low As Reasonably Achievable), levando-se em consideração fatores econômicos e sociais.

40 Diretrizes Básicas da Proteção Radiológica
- Princípio da Limitação da Dose Individual – Os limites de dose estabelecidos por norma, tanto para trabalhadores ocupacionalmente expostos, quanto para indivíduos do público em geral, devem ser respeitados. Obs: esse princípio não se aplica aos pacientes, para os quais se aplicam os princípios da justificação e da otimização.

41 Atenção! MONITORAÇÃO PESSOAL
A monitoração dos indivíduos ocupacionalmente expostos é feita através do uso de dosímetros individuais e pela medição dos níveis de radiação no ambiente de trabalho. Em procedimentos intervencionistas é recomendado o uso de dois dosímetros: o de TÓRAX e o de EXTREMIDADE. Atenção! 1 - Os dosímetros não fornecem proteção para a radiação. Eles apenas registram as doses que o usuário recebeu. 2 - A unidade utilizada em radioproteção para quantificar a dose é o Sievert (Sv), medido em joule por quilograma (J/kg). Um sievert carrega com ele uma chance de 5,5% de eventualmente se desenvolver câncer.

42 Limites de dose Limites de Dose Anuais [a] Grandeza Órgão
Limites de Dose Anuais [a] Grandeza Órgão Indivíduo ocupacionalmente exposto Indivíduo do público Dose efetiva Corpo inteiro 20 mSv [b] 1 mSv [c] Dose equivalente Cristalino (Alterado pela Resolução CNEN 114/2011) 15 mSv Pele [d] 500 mSv 50 mSv Mãos e pés --- [a] Para fins de controle administrativo efetuado pela CNEN, o termo dose anual deve ser considerado como dose no ano calendário, isto é, no período decorrente de janeiro a dezembro de cada ano. [b] Média aritmética em 5 anos consecutivos, desde que não exceda 50 mSv em qualquer ano. (Alterado pela Resolução CNEN 114/2011) [c] Em circunstâncias especiais, a CNEN poderá autorizar um valor de dose efetiva de até 5 mSv em um ano, desde que a dose efetiva média em um período de 5 anos consecutivos, não exceda a 1 mSv por ano. [d] Valor médio em 1 cm2 de área, na região mais irradiada.

43 FATORES PARA RADIOPROTEÇÃO
Tempo: quanto menor o tempo de exposição, menor a dose. Blindagem (deve ser adequada ao tipo de radiação): Chumbo para Gama e Raios-X Acrílico ou Lucite para Beta A eficiência da blindagem depende da energia da radiação incidente. Distância Fator Geométrico - Lei do inverso do quadrado da distância (dobrando-se a distância da fonte reduz-se quatro vezes a exposição) . Atenuação no Ar Muito importante para radiação alfa e beta Não desprezível para radiação gama de baixa energia.

44 FATORES PARA RADIOPROTEÇÃO
DISTÂNCIA TEMPO BLINDAGEM Atenuação da radiação é baseada no inverso do quadrado da distância: 𝐷 1 𝑟 = 𝐷 2 𝑟 2 2 𝐷 1 ∝ 1 𝑟 1 2