Grandezas, Quantidades e Unidades usadas em protecção contra as radiações

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

?

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

¾

A “quantidade” de radioactividade (actividade)

é o número de decaimentos nucleares que

ocorrem por unidade de tempo (decaimento

por minuto)

Radiação

¾

Definição

:

energia na forma de partículas ou

ondas

¾

Tipos de radiação

¾Ionizante: remove electrões de átomos

¾Partículas (alfa e beta) ¾Ondas (gama e raios-X)

¾Não-ionizante (electromagnética): não remove electrões de átomos

¾Infravermelhos, visível, microondas, radar, ondas de rádio, lasers

Durante uma exposição radiaoactiva há duas formas diferentes de exposição à radiação

Raios-X 1 Gama 1 Beta 1 Protões 10 Alfa 20 Neutrões lentos 2 Neutrões rápidos 10

1 Becquerel = 1 decay por seg 1 Curie = 3,7 x 1010_dps

Dose de corpo inteiro 400 rem= LD₅₀ Público em geral 500 mrem/ano_{Trabalhadores da radiação 5 rem/ano}

Dosimetria, Letalidade e Segurança

Unidades: 1 Gy = 1 J/kg 1 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-X Rádio Infra vermelhos V i s i b l e Luz Ultra-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) 2

2 4

Ionização

Formação de um átomo carregado e reactivo

-O átomo neutro absorvente adquire uma carga positiva

Radiação incidente

-Campos coulombianos envolvidos Electrão ejectado

Dose exposição e Dose biológica

SI Unidade antiga Unidade de Exposição 1 Gy= 100 rad(=100 R) Dose Biológica 1 Sv= 100 rem(= Q × rad)

Gy: gray Sv: sievert R: roentgen

rem: roentgen equivalent man Sv, rem Dose Biological Q Factor de Qualidade Gy, rad (R) Dse exposição Bq, Ci Radioactividade unidades tipo

=

Ë ↓ Ì

Unidades de actividade

1 Becquerel (Bq)

1 Curie (Ci)

1 Ci = 3,7 × 10

10

_{Bq = 2,22 × 10}

12

_dpm

número de desintegrações/seg que

ocorrem num grama de 226_Ra

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 0}o_C

Quantidade de energia absorvida / massa de tecido

→

1 C/Kg

+V Ar seco Fotão Pares de iões

Dose Absorvida (D)

1 Rad

1 rad = 1 R

corresponde à libertação de 100 erg de energia / g de material irradiado

Se radiação for de fotões

Quantidade de energia cedida / massa de tecido

→

Se material for tecido de mamífero

dm

d

D

=

ε

Dose Absorvida (D)

1 Rad

1 Gy = 100 rad

corresponde à libertação de 100 erg de energia / g de material irradiado

Independente do tipo de radiação

Quantidade de energia cedida / massa de tecido

→

1 Gray (Gy)

Específica do material

Valores típicos de D

„

Dose de radioterapia

„ 40 Gy no tumor (durante várias semanas)

„

LD

_(50/30)

„ 4 Gy corpo inteiro (single dose)

„

Dose de fundo anual

„ 2,5 mGy corpo inteiro

„

Radiografia ao tórax PA

„ 160 µGy à entrada

Dose no órgão - D

_T

ε_T– Energia total que atravessa um tecido ou órgão

m_T –Massa do tecido ou órgão irradado

T T

m

D

T

ε

=

1 Gray (Gy)

Dose efectiva (E)

Soma das doses equivalentes para cada tecido/órgão x factores de correcção para o órgão

1 Sievert (Sv)

∑

=

T T T

H

w

E

.

D

w

w

T R R r T T

E

=

∑

.

∑

.

_,

w_T- 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

Equivalente de Dose (H

_T,R

)

Dose absorvida pelo tecido x factor de correcção da radiação

H

_T,R

= D

_T,R

. w

_R

1 Sievert (Sv)

20 Partículas alfa 5 Protões 5-20 (dependendo da energia) Neutrões 1 Todos os fotões, electrões e muões

w_R Tipos de radiação

Alfas 1 Gy = 20 Sv Raios-X 1 Gy = 1 Sv

Equivalente de Dose (H

_T,R

)

Dose absorvida pelo tecido x factor de correcção da radiação

H

_T,R

= D

_T,R

. w

_R

1 Sievert (Sv)

Quando o campo de radiação é composto de radiação de vários tipos ou de várias energias: R R T T

D

W

H

=

∑

_,

.

Dose efectiva (E)

Exemplo:

Se as gónadas sozinhas receberem 2 Gy, a dose efectiva é:

E =

Σ

_T

w

_T

. H

_T E = 2 x 0,20 = 0,4 Sv 0,05 Mama 0,05 Bexiga 0,12 Estômago 0,12 Pulmão 0,12 Cólon 0,12 Medula vermelha 0,20 Gónadas W_T Tecido/órgão 0,05 Restantes 0,01 Superfícies osso 0,01 Pele 0,05 Tiróide 0,05 Esófago 0,05 Fígado W_T Tecido/órgão

Factor de correcção da radiação

(Radiation Weighting Factor - w

_R

)

w

_R

-

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

5 Neutrões, energia > 20 MeV

10 Neutrões, energia > 2 MeV a 20 MeV

20 Neutrões, energia >100 a 2 MeV

10 Neutrões, energia 10 a 100 keV

5 Neutrões, energia < 10 keV

5 Protões, energia > 2 MeV

20 Partículas alfa

1 Electrões, todas as energias

1 Fotões, todas as energias

Factor de correcção para a radiação WR

Tipos de radiação e intensidade energética

„ 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 - w

_T

)

Factor de correcção do tecido

(Tissue Weighting Factor - w

_T

)

w

_T

-

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

0,01 Superfície do osso 0,05 Restantes 0,01 Pele 0,05 Troide 0,05 Esófago 0,05 Figado Factor de correcção para o tecido WT Tecido ou órgão 0,01 Superfície do osso 0,05 Restantes 0,01 Pele 0,05 Troide 0,05 Esófago 0,05 Figado Factor de correcção para o tecido WT Tecido ou órgão

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 α EBR = 1 para partículas β

Dose Letal

LD

₅₀

LD

₅₀

= 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

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 (Sv_homem) –dose efectiva x nº de pessoas

expostas

Kerma

Quantidade de energia absorvida / massa de tecido

→

1 J/Kg

+V Ar seco Fotão Pares de iões

dm

dE

K

=

tr

1 Gray (Gy)

dEtr– soma das energias cinéticas iniciais de todas as partículas carregadas ionizantes libertadas por acção de

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}

Dose acumulada – dose recebida durante um período,

masg-Gyé 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...

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

7,3 1,0 1,0 5,0 População Total 5,6 0,8 0,8 4,0 Trabalhador adulto total Efeitos hereditários Cancro não fatal Cancro fatal Detrimento em saúde (102_Sv-1₎ População exposta

Dose equivalente Committed H

_T

(τ)

H_T(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

H

_T

H

_T

t dt

t t

( )

( )

.

τ

τ

=

+

∫

0 0

Integração durante um período τ de 50 anos para os adultos e de 70 anos para as crianças

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

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 H

_{T T}

T

( )

τ

=

∑

.

( )

τ

J.kg

-1

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 N_i–número de indivíduos do sub-grupo i

S

E

_i

N

_i

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)

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 H

_p

(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

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 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

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 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

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 10

10

_dps

Γ - depende do esquema de decaimento, energia, coeficiente de absorção no ar e a ionização específica dos electrões

Velocidade de exposição =

Γ.A/d

2

G

A - actividade

d – distância à fonte

Γ – velocidade de exposição constante (R.cm2_/hr.mCi)

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) =}

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= 5.4x10}10_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 22_{Na de 100 mCi (3.7 MBq) ?}

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 22_{Na 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 22_{Na 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 22_{Na 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}