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Grandezas, Quantidades e Unidades usadas em protecção
contra as radiações
Maria Filomena Botelho
O que é a radiação / radioactividade?
O que torna a radiação perigosa?
Dose de radiação – quanto é demasiado?
Radiação de fundo – a exposição nunca é zero
Urgências
Como se recebe/manipula o material radioactivo
?
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O que é a radioactividade?Definição: um conjunto de átomos instáveis que se transformam espontaneamente em novos elementosUm átomo com um núcleo instável vai decair até se transformar num átomo estável, emitindo radiação à medida que o processo de deacimento decorreA “quantidade” de radioactividade (actividade) é o número de decaimentos nucleares que ocorrem por unidade de tempo (decaimento por minuto)
Radiação
Definição: energia na forma de partículas ou ondas
Tipos de radiaçãoIonizante: remove electrões de átomos
Partículas (alfa e beta)Ondas (gama e raios-X)
Não-ionizante (electromagnética): não remove electrões de átomos
Infravermelhos, visível, microondas, radar, ondas de rádio, lasers
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Durante uma exposição radiaoactiva há duas formas diferentes de exposição à radiação
Raios-X 1Gama 1Beta 1Protões 10Alfa 20Neutrões lentos 2Neutrões rápidos 10
1 Becquerel = 1 decay por seg1 Curie = 3,7 x 1010 dps
Dose de corpo inteiro 400 rem= LD50Público em geral 500 mrem/anoTrabalhadores da radiação 5 rem/ano
Dosimetria, Letalidade e Segurança
Unidades:1 Gy = 1 J/kg1 rad = 0,01 Gy
rem = rad × RBE
Exposição aguda Exposição crónica
Espectro Electromagnético
Comprimentos de onda da radiação em angstrom
108 106 104 102 1 10-2 10-4 10-6
Raios-XRádio Infravermelhos
Visible
LuzUltra-Violeta
Raios gama
Raios cósmicos
10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 1 102
Energia dos fótões em milhões de electrões volt (MeV)
22 4 10
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Ionização
Formação de um átomo carregado e reactivo
-
-
-
-
O átomo neutro absorventeadquire uma carga positiva
Radiaçãoincidente -
Campos coulombianosenvolvidos
Electrão ejectado
Dose exposição e Dose biológica
SI Unidade antigaUnidade de Exposição 1 Gy = 100 rad (=100 R)Dose Biológica 1 Sv = 100 rem (= Q × rad)
Gy: graySv: sievertR: roentgenrem: roentgen equivalent manrad: radiation absorbed dose
Sv, remDose Biological
QFactor de Qualidade
Gy, rad (R)Dse exposição
Bq, CiRadioactividade
unidadestipo
↓
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Unidades de actividade
1 Becquerel (Bq)
1 Curie (Ci)
1 Ci = 3,7 × 1010 Bq = 2,22 × 1012 dpm
número de desintegrações/seg que ocorrem num grama de 226Ra
1 desintegração/seg
Independente da natureza da radiação
Dose Exposição
1 Roentgen (R)
1 R = 2,58 x 10-4 C/kg
quantidade de raios-X ou γ necessária para produzir 2 x 109 pares de iões (ionização)
quando atravessa 1 cm3 de ar a 0oC
Só radiação ionizante de energia elevada
Quantidade de energia absorvida / massa de tecido→
1 C/Kg
+V
Ar secoFotão
Pares de iões
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Dose Absorvida (D)
1 Rad
1 rad = 1 R
corresponde à libertação de 100 ergde energia / g de material irradiado
Se radiação for de fotões
Quantidade de energia cedida / massa de tecido→
Se material for tecido de mamífero
dmdD ε
=
Dose Absorvida (D)
1 Rad
1 Gy = 100 rad
corresponde à libertação de 100 ergde energia / g de material irradiado
Independente do tipo de radiação
Quantidade de energia cedida / massa de tecido→
1 Gray (Gy)
Específica do materialDose absorvida para a água; para o ar; para o osso
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Valores típicos de D
Dose de radioterapia40 Gy no tumor (durante várias semanas)
LD(50/30)4 Gy corpo inteiro (single dose)
Dose de fundo anual2,5 mGy corpo inteiro
Radiografia ao tórax PA160 µGy à entrada
Dose no órgão - DT
εT – Energia total que atravessa um tecido ou órgão
mT – Massa do tecido ou órgão irradadoT
T
mDT
ε=
1 Gray (Gy)
A dose absorvida média num órgão ou tecido
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Dose efectiva (E)
Soma das doses equivalentes para cada tecido/órgão x factores de correcção para o órgão
1 Sievert (Sv)
∑=T
TT HwE .
Dww RTR
rT
TE ,..∑∑=
wT- tissue weighting factor
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
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Equivalente de Dose (HT,R)Dose absorvida pelo tecido x factor de correcção da radiação
HT,R = DT,R . wR1 Sievert (Sv)
20Partículas alfa
5Protões
5-20 (dependendo da energia)Neutrões
1Todos os fotões, electrões e muões
wRTipos de radiação
Alfas 1 Gy = 20 Sv
Raios-X 1 Gy = 1 Sv
Equivalente de Dose (HT,R)Dose absorvida pelo tecido x factor de correcção da radiação
HT,R = DT,R . wR
1 Sievert (Sv)
Quando o campo de radiação é composto de radiação de vários tiposou de várias energias:
RRTR
T WDH .,∑=
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Dose efectiva (E)
Exemplo:Se as gónadas sozinhas receberem 2 Gy, a dose efectiva é:
E = ΣT wT . HT
E = 2 x 0,20 = 0,4 Sv
0,05Mama0,05Bexiga0,12Estômago0,12Pulmão0,12Cólon0,12Medula vermelha0,20Gónadas
WTTecido/órgão
0,05Restantes0,01Superfícies osso0,01Pele0,05Tiróide0,05Esófago0,05Fígado
WTTecido/órgão
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
5Neutrões, energia > 20 MeV
10Neutrões, energia > 2 MeV a 20 MeV
20Neutrões, energia >100 a 2 MeV
10Neutrões, energia 10 a 100 keV
5Neutrões, energia < 10 keV
5Protões, energia > 2 MeV
20Partículas alfa
1Electrões, todas as energias
1Fotões, todas as energias
Factor de correcção para a radiação WR
Tipos de radiação e intensidade energética
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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)
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
0,01Superfície do osso
0,05Restantes
0,01Pele
0,05Troide
0,05Esófago
0,05Figado
Factor de correcção para o tecido WT
Tecido ou órgão
0,01Superfície do osso
0,05Restantes
0,01Pele
0,05Troide
0,05Esófago
0,05Figado
Factor de correcção para o tecido WT
Tecido ou órgão
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Dose equivalente
1 rem
1 Sv = 100 rem
quantidade de radiação capaz de transferir 2,4 x 10-3 cal de energia para 1 kg de tecido
Independente do tipo de radiação
Multiplicação do rad pela eficiência biológica relativa (EBR)→
1 Sievert (Sv)
EBR = 10 para partículas αEBR = 1 para partículas β
Dose Letal
LD50
LD50 = 5 Sv (500 rem)
dose aguda de radiação que é fatal para 50% da população exposta
Dose > 1 Sv (100 rem) produzem lesão no DNA
→ Relacionada com a dose equivalente
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OutrasEquivalente 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
Kerma
Quantidade de energia absorvida / massa de tecido→
1 J/Kg
+V
Ar secoFotão
Pares de iões
dmdEK tr=
1 Gray (Gy)
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
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Dose integral – usada em radioterapia
Energia total absorvida por um órgãoDose total recebida por um órgão
grama-rad g-Gy = dose * massa do órgão
Dose acumulada – dose recebida durante um período, mas g-Gy é a dose recebida num único tempo
grama-Gy
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...
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Detrimento em saúde paraefeitos estocásticos
Incluem estas quantidadesProbabilidade de canro fatalProbabilidade corrigida de ter cancro não fatalProbabilidade corrigida de ter efeitoshereditários gravesA quantidade de esperança de vida perdida
Coeficientes de probabilidadenominal para efeitos estocásticos
7,31,01,05,0População Total
5,60,80,84,0Trabalhador adulto
totalEfeitos hereditários
Cancro não fatal
Cancro fatal
Detrimento em saúde (102 Sv-1)População exposta
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Dose equivalente Committed HT(τ)
HT(τ) – é o tempo total ao longo do período T da velocidade de dose equivalente que um tecido particular de um indivíduoirá receber após a ingestão de material radioactivo
H H t dtT Tt
t
( ) ( ).
ττ
=+
∫0
0
Integração durante um período τ de 50 anospara os adultos e de 70 anos para as crianças
A irradiação por parte de radionúclidos incorporados deve-se à suadistribuição algum tempo depois da ingestão ou inalação do material radioactivo, dependendo das suapropredades fisico-químicas e biocinéticas
Dose efectiva Committed E(τ)
E(τ) – é a soma das doses do órgão ou tecido committed corrigida devida à ingestão de material radioactivo
E w HT TT
( ) . ( )τ τ= ∑
J.kg-1
Sievert (Sv)
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Dose efectiva colectiva - S
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
S E Ni ii
= ∑ .
homem.Sv
Equivalente de dose ambiente - H*(d)
Num ponto de um campo de radiação, é o equivalentede 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)
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Equivalente de dose direccional - H’(d)
Num ponto de um campo de radiação, é o equivalente de dose que será produzida porexpandido na esfera do ICRU de profundidaded, num raio num direcção específica
Apropriada para radiação fracamentepenetrante (Profundidade recomendadad=0,07mm
Equivalente de dose pessoal Hp(d)
Equivalente de dose pessoal para radiação fortementepenetrante é o equivalente de dose no tecido mole numaprofundidade d =10 mm
Equivalente de dose pessoal para radiação fracamentepenetrante é o equivalente de dose no tecido mole numaprofundidade d = 0,07 mm
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Limites de dose individuais
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 durante5 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
Exposição ocupacional
Limites de dose individuais
Uma dose efectiva de of 1 mSv num único ano
Uma dose efectiva de 5 mSv num único ano emcircunstâncias 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
Exposição do público
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Compliance com os limites de dose
Os limites de dose aplicam-se ao somatóriodas doses obtidas por exposição externadurante um período de tempo específicocorrespondente a 50 anos (70 anos para as crianças) durante o qual são contabilizadosas exposições
Unidades antigas
100 rad = 1 Gy = 100 cGy
100 rem = 1 Sv
100 R ≈ 0.9 Gy
1 Bequerel = 1 desintegração por seg1 Curie = 3,7 x 1010 dps
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Γ - depende do esquema de decaimento, energia, coeficientede absorção no ar e a ionização específica dos electrões
Velocidade de exposição = Γ.A/d2
G
A - actividade
d – distância à fonte
Γ – velocidade de exposição constante (R.cm2/hr.mCi)
ExemploQual 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
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ExemploQual 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
ExemploAssumindo que o tecido mole absorve 93 erg/g por 1 R de raios gama, qual é a velocidade de dose recebida quandose trabalha a uma distância média de 50cm com umafonte de 22Na de 100 mCi (3.7 MBq) ?
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ExemploAssumindo que o tecido mole absorve 93 erg/g por 1 R de raios gama, qual é a velocidade de dose recebida quandose trabalha a uma distância média de 50cm com umafonte 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
ExemploAssumindo que o tecido mole absorve 93 erg/g por 1 R de raios gama, qual é a velocidade de dose recebida quandose trabalha a uma distância média de 50cm com umafonte 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
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ExemploAssumindo que o tecido mole absorve 93 erg/g por 1 R de raios gama, qual é a velocidade de dose recebida quandose trabalha a uma distância média de 50cm com umafonte 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
Velocidade de dose = 93 erg/g.R x 0,48 x10-3 R/hr = 0,045 erg/g.hr
100 erg/g = 0,01Gy