Fís ic a A p li c ad a àRad io lo g ia SUMÁRIO 1 - Introdução Introdução .............. ............................... .................................. .................................. ................................. .................................. .................................. ............................. ............. 3 2 – Unidade Unidade de Medida Medida .................................. ................................................... ................................. ................................. .................................. .............................. ............. 4 2.1 - SISTEMA DE UNIDADES ................ ................................. ................................. ................................. .................................. .................................. ...................... ..... 4 2.2 - OUTROS SISTEMAS DE UNIDADES ............... ................................ ................................. .................................. .................................. ........................ ........ 6 2.2.1 - CGS .................................. .................................................. ................................. ................................. .................................. .................................. ........................ ........ 6 2.2.1 - Si st em a M K fS ..................................... ..................................................... ................................. .................................. .................................. ...................... ..... 6 2.2.3 - Po tên ci a d e Dez ................. .................................. ................................. ................................. .................................. .................................. ...................... ..... 6
2.3 - ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS ............... ............................... ................................. ................................. ................................. ............................... .............. 7 2.4 - OPERAÇÃO COM ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS .............. ............................... .................................. .................................. ...................... ..... 8 2.5 - NOTAÇÃO CIENTÍFICA ................ ................................ ................................. ................................. ................................. .................................. ......................... ........ 8 2.6 - CONCEITO DE FORÇA ................. ................................. ................................. ................................. ................................. .................................. ......................... ........ 8 E WTON ................. 2.7 - PRINCÍPIO DA MECÂNICA: AS TRÊS LEIS DE N EWTON .................................. ................................. ........................... ........... 8 2.8 - TRABALHO REALIZADO POR UMA FORÇA ............... ................................ ................................. .................................. ............................... ............. 9 2.9 - ENERGIA ............... ............................... ................................. .................................. .................................. ................................. ................................. ............................ ........... 9 2.10 - ENERGIA POTENCIAL E ATUAL ............... ................................ .................................. .................................. ................................. ......................... ......... 10 2.11 - POTÊNCIA .............. ............................... .................................. .................................. ................................. .................................. .................................. ...................... ...... 10 2.11.1 - U n id ad e d e Po tênc ia n o SI ................................. .................................................. .................................. .................................. ................. 10
3 - Carga Elétrica ......................................................................................................................... 11 3.1 - CAMPO ELÉTRICO ............... ................................. .................................. ................................. ................................. .................................. ............................. ........... 11 3.2 - CAMPO ELÉTRICO UNIFORME ................ ................................ ................................. ................................. ................................. ............................. ............ 11 3.3 - POTENCIAL ELÉTRICO ................ ................................ ................................. ................................. ................................. .................................. ....................... ...... 12 3.4 - CORRENTE ELÉTRICA ................. ................................. ................................. ................................. ................................. .................................. ....................... ...... 13 3.5 - POTÊNCIA DA CORRENTE ELÉTRICA ................. ................................. ................................. .................................. .................................. ................. 13 3.6 - IRRADIAÇÃO: ENERGIA RADIANTE............... ................................ ................................. .................................. .................................. ...................... ...... 14 3.7 - ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO ............... ................................ .................................. .................................. ................................. ......................... ......... 15 4 - Ondas Ondas.......................................... ........................................................... .................................. ................................. ................................. ................................. ......................... .........15 4.1 - CONCEITO ............... ................................. .................................. ................................. ................................. .................................. .................................. ...................... ...... 16 4.2 - NATUREZA DA ONDA ............... ............................... ................................. .................................. ................................. ................................. .......................... ......... 16 4.3 - ONDAS ELETROMAGNÉTICAS ................. ................................. ................................. ................................. ................................. ............................. ............ 17 4.4 - DIREÇÃO DE VIBRAÇÃO DA ONDA ............... ................................ ................................. .................................. .................................. ...................... ...... 17 4.5 - ONDAS PERIÓDICAS ................ ................................ ................................. .................................. ................................. ................................. .......................... ......... 18 4.6 - RAIOS X ................ ................................. ................................. ................................. .................................. ................................. ................................. .......................... ......... 18 4.6.1 - Pr o d uçã ução d e Rai o s X ................................. .................................................. ................................. ................................. ............................. ............ 19 4.6.2 - Pr o p ri ed ad es d os Rai o s X .................................. .................................................. ................................. .................................. .................... ... 19 4.6.3 – Efei to s e A p li caçõ cações d o s Ra io s X .................................. ................................................... .................................. ....................... ...... 20
5 - Radioativ Radioatividade idade.............................. ................................................ .................................. ................................. .................................. .................................. ...................... ..... 22 5.1 - RADIAÇÃO ALFA (Α) ................ ................................ ................................. .................................. ................................. ................................. .......................... ......... 23 5.2 - RADIAÇÃO BETA (Β) ............... ............................... ................................. .................................. ................................. ................................. .......................... ......... 23 Ê UTRONS (N) ................ 5.3 - INDUÇÃO POR N ÊUTRONS ................................ ................................. ................................. ................................. ............................. ............ 23 5.4 - RADIAÇÃO CÓSMICA ............... ............................... ................................. .................................. ................................. ................................. .......................... ......... 24 6 - Equivalência entre Massa e Energia ..................................................................................... 24 7 - Descoberta das Radiações e seus Efeitos ........................................................................... 25 1
Fís ic a A p li c ad a àRad io lo g ia 7.1 - RADIAÇÕES IONIZANTES - EFEITOS CONHECIDOS ............... ............................... ................................. .................................. .................25 7.1.1 - Carac ter íst ic as d os Efei to s B io lógi co s d as R adi ações Io ni zant es ......... .............. .......... ......... .... 26 7.1.2 - Efei to s B io lógi co s n os Div ers os Órg ãos do Ser Hu m an o............ o................. .......... ......... ......... .......... ....... 27
8 - Conceitos Básicos de Proteção Radiológica Radiológica .................. ......... ................... ................... ................... ................... .................. ............... ...... 28 8.1 - INTRODUÇÃO ............... ............................... .................................. .................................. ................................. ................................. ................................. .................... ... 28 8.2 - MÉTODOS DE CONTROLE DE EXPOSIÇÃO ÀS RADIAÇÕES ............... ................................ ................................. ...................... ...... 28 8.3 - EQUIPAMENTOS DE MONITORAÇÃO E DETECÇÃO DAS RADIAÇÕES IONIZANTES ...................... 29 8.3.1 8.3.2 8.3.3 8.3.4 8.3.5
-
Do si m etr o s Pes so ais ....................... ....................................... ................................. .................................. ................................. ...................... ...... 29 Fil m es Do si m é tr ic o s ................................ ................................................. ................................. ................................. ............................... .............. 30 Ter m ol u m in es ce n tes ................................ ................................................. ................................. ................................. ............................... .............. 30 Can et a Do si m é tr ic a .......................... .......................................... ................................. .................................. ................................. ...................... ...... 31 Det ec to re s d e Rad iação .............................. .............................................. ................................. .................................. ............................ ........... 31
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Fís ic a A p li c ad a àRad io lo g ia
1 - Introdução
fenômenos naturais, isto é, não altera a natureza da matéria. Queda Física é a ciência que estuda os fenômenos de um corpo, o movimento de um carro ao longo de uma estrada, dilatação de um corpo e a maioria dos fenômenos que ocorrem no dia-a-dia. Esses fenômenos são explicados por leis físicas. Devido ao grande número de fenômenos e em conseqüência um grande número de leis físicas que regem esses fenômenos, Divide-se a Física em vários ramos. Mecânica;
Termologia;
Óptica;
Ondulatória;
Eletromagnetismo;
Física moderna.
O estudo dos ramos da Física é feito com base na medidas de grandeza grandezass físicas: As grandezas Físicas Físicas são classificadas classificadas em:
Grandezas escalares: São aquelas que ficam bem caracterizadas por um número real, positivo ou negativo, acompanhado de uma unidade de medida.
Por exemplo: o comprimento de uma barra metálica, a massa de um corpo, a temperatura de um corpo, o tempo gasto em um passeio de carro e etc.
Grandezas vetoriais: São aquelas que para ficarem bem definidas, precisam de um número real denominado Módulo ou Intensidade, acompanhado de uma unidade de medida uma direção e um sentido.
Por exemplo: exemplo: a velocidade de um corpo, aceleração, força e etc. 3
Fís ic a A p li c ad a àRad io lo g ia
2 - Unidade de Medida
Medir uma grandeza física significa compará-la com outra grandeza de mesma espécie.
2.1 - Sistema de Unidades Dá-se o nome de sistema de unidades físicas ao conjunto de unidades utilizadas para medir todas as espécies de grandezas físicas. Para assegurar uma uniformidade na expressão das diversas grandezas físicas, adota-se na Brasil o Sistema Internacional de Medidas (SI). O Sistema Internacional de Unidade (SI) estabelece sete unidades como fundamental, cada uma delas correspondendo a uma grandeza fundamental. Verificou-se que as unidades de um sistema podiam ser definidas em função, explícita ou implícita, de pelo menos, seis unidades, desde que fossem convenientemente escolhidas. Estas unidades são escolhidas como as UNIDADES FUNDAMENTAIS OU BÁSICAS, do sistema, sendo definidas arbitrariamente, As outras unidades são consideradas DERIVADAS, ou secundárias, são definidas em função das fundamentais. Por extensão, as grandezas correspondentes às unidades fundamentais são denominadas grandezas fundamentais do sistema; as outras, grandezas derivadas. 4
Fís ic a A p li c ad a àRad io lo g ia Grandeza
Unidade
Símbolo
Comprimento
Metro
M
Massa
Quilograma
kg
Tempo
Segundo
s
Intensidade de corrente elétrica
Ampère
a
Temperatura termodinâmica
Kelvin
k
Quantidade de matéria
Mol
mol
Intensidade luminosa
Candela
cd
Na Mecânica, o SI é denominado MKS, que corresponde às iniciais dos símbolos das três unidades fundamentais usadas. Comprimento
Massa
Tempo
m
kg
s
MKS
Todas as unidades, quando escritas por extenso, devem ter inicial minúscula, mesmo que sejam nomes de pessoas. A unidade de temperatura da escala Celsius é uma exceção a essa regra. Algumas unidades não fazem parte do SI, porém são bem difundidas. Grandeza Tempo
Ângulo plano
Nome
Símbolo
Valor em unidades SI
minuto
min
1 min = 60 s
hora
h
1 h = 60 min = 3.600 s
dia
d
grau
°
minuto
‘
1 d = 24 h = 86.400 s 1° = π rad 180 1° = π rad 60 10 800 1’ = π rad 60 648 000
“
segundo Volume
litro
l
1 l = 1 dm3 = 10-3 m3
Massa
tonelada
t
1 t = 103 kg
A tabela a seguir mostra alguns prefixos, muito comuns na Física. Nome
Símbolo
Fator pelo qual a unidade é multiplicada
Mega
M
106 = 1.000.000
Quilo
k
105 = 1.000
Hecto
h
102 = 100
Deca
da
10’
Deci
d
10-1 = 0,1
Centi
c
10-2 = 0,01
Mili
m
10-3 = 0,001
Micro
µ
10-6 = 0,000.001
Nano
n
10-9 = 0,000.000.001
Pico
p
10-12 = 0,000.000.000.001
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Fís ic a A p li c ad a àRad io lo g ia
2.2 - Outros Sistemas de Unidades 2.2.1 - CGS
Comprimento - centímetro (cm)
Massa - grama (g)
Tempo - segundo (s)
2.2.1 - Sistema MKfS
Comprimento - metro (m)
De força - quilograma-força (kgf ou kg*)
Tempo - segundo (s)
2.2.3 - Potência de Dez Em Física, o valor de muitas grandezas pode ser muito maior que um ou muito menor que um. Escrevemos, na prática, o valor de uma grandeza com um número compreendido entre um e dez, multiplicado pela potência de dez convenientes. Quando um número é representado nesta forma dizemos que está em notação científica.
1º caso: O número é muito maior que um. 136 000 = 1,36 . 10 5 casas
Exemplos: 2 000 000 = 2 . 106 33 000 000 000 = 3,3 . 1010 547 800 000 = 5,478 . 108
O expoente de dez indica o número de vezes que devemos deslocar a vírgula para a direita.
2º caso: O número é muito menor que um. 0,000 000 412 = 4,12 . 10-7 7 casas
Exemplos: 0,0034 = 3,4 . 10-3 0,0000008 = 8 . 10-7 0,0000000000 517 = 5,17 . 10-11
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Fís ic a A p li c ad a àRad io lo g ia Quando o expoente do dez for negativo, a vírgula é deslocada o mesmo número de casas para a esquerda. A seguir, algumas grandezas físicas em notação científica: Velocidade da luz no vácuo
3 . 108 m/s
Velocidade de um próton
1,6 . 10-24 g
Raio do átomo de hidrogênio
5 . 10-9 cm
Número de Avogrado
6,02 . 1023
2.3 - Algarismos Significativos A precisão da medida de uma certa grandeza depende principalmente do instrumento utilizado.
Utilizando a régua centimetrada podemos dizer que o comprimento da barra está compreendido entre 9 e 10cm, estando mais próximo de 10 cm. O algarismo que representa a primeira casa depois da vírgula não pode ser determinado com precisão, devendo ser estimado. Desse modo, estimamos a medida do comprimento L em 9,6 cm.
→ Note que a algarismo 9 é correto e o algarismo 6 é duvidoso. Em toda medida os algarismos corretos e o primeiro duvidoso são chamados de algarismos significativos.
L = 9,6 cm, tem dois algarismos significativos, Na régua b (milimetrada) o comprimento da barra está compreendido entre 9,6 cm e 9,7cm. Nesse caso, estimamos L = 9,65 cm.
→ Observe, agora, que os algarismos 9 e 6 são corretos e o a lgarismo 5 é duvidoso. Portanto: L = 9,65 tem 3 algarismos significativos. O número de algarismos significativos depende da sensibilidade do aparelho de medição.
→ Os algarismos significativos de uma medida são os algarismos corretos e o primeiro duvidoso.
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Fís ic a A p li c ad a àRad io lo g ia
2.4 - Operação com Algarismos Significativos Ao efetuar com algarismos significativos, devemos apresentar o resultado com um número de algarismos significativos iguais ao do algarismo que possui o menor número de algarismos significativos, levando em conta a regra do arredondamento.
2.5 - Notação Científica Utilizar a notação científica significa exprimir um número da seguinte forma: N . 10 n Em que n é um expoente inteiro e N é tal que: 1 ≤ N < 10
2.6 - Conceito de Força FORÇA É A INTERAÇÃO ENTRE CORPOS CAPAZ DE PRODUZIR VARIAÇÃO DE VELOCIDADE OU DE FORMAÇÃO.
O conceito de força é primitivo. Nós o fomos adquirindo, pouco a pouco, desde muito pequenos, ao puxar, empurrar, levantar, amassar, esticar e arremessar os primeiros brinquedos. Ele nos veio através da sensação de esforço muscular oriundo do nosso sentido sinestésico. A força é uma grandeza física vetorial, sendo, portanto, caracterizada pelos elementos: módulo (ou intensidade), direção e sentido.
2.7 - Princípio da Mecânica: As Três Leis de Newton a) Primeiro princípio ou 1ª lei de Newton . “A resultante das forças que agem sobre um corpo em equilíbrio é nula.”
É também conhecido “P rincípio de Kepler ” ou “princípio da iné r cia”. b) Segundo princípio ou 2ª lei de Newton . “A aceleração adquirida por um corpo é proporcional à resultante das forças que agem sobre o corpo e inversamente proporcional à massa do corpo, tendo à mesma direção e o mesmo sentido da força resultante.” F = ma
É também chamado “princípio fundamental da Dinâmica”. 8
Fís ic a A p li c ad a àRad io lo g ia c) Terceiro princípio ou 3ª lei de Newton . “Quando um corpo exerce uma força sobre outro, este reage e exerce sobre o primeiro uma força de mesmo módulo, mesma direção e sentido contrário.”
É também chamado “princípio de Newton” ou “princípio da ação e reação”.
2.8 - Trabalho Realizado por uma Força A significação do termo trabalho, em Física, é bem diferente da que lhe é atribuída na vida diária. Para uma força realiza um trabalho, é necessário que ela se desloque e que, além disso, admita uma componente na direção do deslocamento. O trabalho realizado da força F entre dois pontos da trajetória da partícula é definido por: = F . s . cos
Sendo F o módulo da força F, s o módulo do deslocamento e o ângulo que a força forma com o deslocamento. Como F e s não tem sinal (módulos), o sinal do trabalho é dado pelo sinal de cos .
2.9 - Energia Energia é trabalho, tudo aquilo que possa ser produzido do trabalho ou convertido em trabalho. Existem várias espécies de energia: Mecânica;
Química;
Térmica;
Elétrica;
Luminosa;
Nuclear;
Etc.
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Fís ic a A p li c ad a àRad io lo g ia
2.10 - Energia Potencial e Atual Uma determinada espécie de energia está em estado Potencial quando, no momento considerado, ainda não está sendo utilizada. É o mesmo que dizer energia armazenada ou em estado de reserva. Estado atual quando, no momento considerado, ela já está sendo utilizada (energia útil). Um pedaço de carvão pode ser queimado para aquecer água que se transforma em vapor, este ao se expandir, realiza um trabalho. Logo, o carvão tem energia (química), entretanto, num momento determinado, esta energia poderá estar sendo utilizada (energia atual) ou não (energia potencial).
2.11 - Potência A potência P de um sistema que realiza um trabalho durante um intervalo de tempo t é definida por: P = /
t
Esta definição só é válida se a potência permanecer constante durante o intervalo de tempo considerado.
2.11.1 - Unidade de Potência no SI Watt (W) Watt é a potência constante de um sistema que realiza em cada segundo, um trabalho igual a um joule.
Equivale ao J /s.
O conceito de potência é muito cômodo. Sabida a potência P de uma maquina, torna-se muito fácil determinar o trabalho que ela realiza durante um certo intervalo de tempo t: basta multiplicar P por t depois de: P = / t , tiramos = P . t
Daí surgiu uma unidade híbrida de grande uso na vida diária: o quilowatt -hora (kwh), observado quando você paga a conta de energia elétrica consumida num mês. Kwh = kw . h = 103w . 3600s 1kwh = 3,6 . 106 J
Observe que w . s = J
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3 - Carga Elétrica
Carga elétrica é um conceito primitivo, tal como tempo, a temperatura etc. Isto é, não se pode definir carga elétrica. O que fizemos foi caracterizá-la por um efeito seu. A carga elétrica é algo que permite ao corpo atritado manifestar a propriedade de atrair outros corpos. Carga elétrica do elétron (negativa) Carga elétrica do próton (positiva)
Qualquer carga elétrica q pode ser expressa pelo produto: Q = n . e
Onde e é a carga elementar (carga do elétron ou próton). e = 1,6 . 10 - 19 C (C o u l o m b )
Daí, dizemos que a carga elétrica é uma grandeza quantificada e que a carga do elétron (ou próton) é o quantum de carga elétrica.
3.1 - Campo Elétrico Uma carga Q colocada em uma região do espaço modifica o espaço em torno de si, cri ando “algo” deferente nesse espaço. “Algo” que não existia, antes dela ter sido colocada ali. Em suma: Q cria em torno de si um campo elétrico. Diz-se existir um campo elétrico em um ponto do espaço sempre que uma carga elétrica, colocada neste ponto, fique solicitada por uma força de origem elétrica. O campo elétrico poderá ser criado por uma só carga ou por um conjunto de cargas. A força elétrica tem intensidade: F = q . E
Onde q é a carga de prova e E a intensidade do vetor campo elétrico.
3.2 - Campo Elétrico Uniforme Em uma região do espaço existe um campo elétrico uniforme quando, em qualquer ponto da região considerada, o vetor campo elétrico tem a mesma intensidade, a mesma direção e o mesmo sentido. Um campo elétrico rigorosamente uniforme seria o existente na região compreendida entre duas placas planas e paralelas, de dimensões infinitas, uniformemente eletrizadas. 11
Fís ic a A p li c ad a àRad io lo g ia
Vista em Perspectiva
Vista em Perfil
3.3 - Potencial Elétrico Quando uma carga elétrica e abandonada num campo elétrico, ela fica sabre a ação de uma força elétrica exercida pelo campo. O trabalho da força exercida pelo campo elétrico ao deslocar uma carga elétrica entre dois pontos quaisquer do campo, independe da trajetória descrita pela carga ao passar de um ponto para o outro.
=F. s
Para F = q . E vem:
= q . E . s logo: /q = E . s Onde E . s = constante U (tensão elétrica). /q = U para U = VA - VB 12
Fís ic a A p li c ad a àRad io lo g ia Onde VA – VB = diferença de potencial elétrico (ddp) /q = VA - VB
3.4 - Corrente Elétrica Corrente elétrica é um movimento ordenado de cargas elétricas. Se durante um intervalo de tempo t passar por uma determinada seção de um condutor uma carga elétrica q, a intensidade de corrente elétrica i que atravessa este condutor será definida pela equação: i = q /
t
Unidade no SI: ampère (A) Usamos mA = 10-3A mili ampère A = 10-6A micro ampère
Corrente Contínua: Quando o movimento de uma espécie de carga elétrica sempre se processa num mesmo sentido. Corrente Alternada (CA): O movimento ora se processa num sentido ora no sentido oposto.
Observação : Quando o tempo de duração de uma corrente elétrica é muito curto, ela costuma ser chamada de descarga elétrica (é o caso do raio em dias de tempestade). Sentido Convencional da Corrente: O sentido convencional de uma corrente elétrica é aquele em que se deslocam às cargas positivas.
Observação : Quando o tempo de duração de uma corrente elétrica é muito curto, ela costuma ser chamada de descarga elétrica (é o caso do raio em dias de tempestade).
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3.5 - Potência da Corrente Elétrica Pot = /
t
sabemos que = U . q
Logo, Pot = U . q /
t
como q / t = i
Temos que: Pot = Ui
3.6 - Irradiação: Energia Radiante Irradiação é a emissão de energia através do espaço, mesmo vazio, por meio de ondas eletromagnéticas. A energia que assim se propaga é chamada energia radiante. A propagação da caracterizado por uma freqüência. Energia radiante é um fenômeno periódico Radiação é o nome dado à energia radiante quando emitida com uma mesma freqüência. Isto é, radiação é qualquer componente homogenia de uma irradiação complexa. Cada radiação tem a sua freqüência característica. Quando uma radiação passa de um meio para o outro, a sua freqüência não se modifica. Radiador é qualquer corpo emissor de energia radiante. Um radiador só emite energia radiante em quantidade apreciável dentro de uma certa faixa de freqüência relativamente estreita. O radiador é seletivo. Receptor é o corpo que, ao receber energia radiante, permite constatar a sua existência. Os receptores também são seletivos: ele não reage igualmente a todas as radiações. A seletividade dos radiadores e receptores fez com que cada faixa de freqüências da energia radiante fosse descoberta independentemente das demais, recebendo, por isso, nomes diferentes: raios cósmicos, raios gama, raios-x, ultravioleta, luz (visível), infravermelho e ondas de radia-comunicação. Só mais tarde se percebeu que não se tratavam de entidades físicas distintas, mas de aspectos diferentes, que só diferiam pela freqüência, de uma única entidade física: a energia radiante. No vácuo, todas as radiações se propagam com a mesma velocidade: a mesma da luz (c = 299792,4 km/s 3,00 x 105km/s ou 3,00 x 108 m/s).
= v/f
A grandeza é chamada comprimento de onda. Em um meio material, cada radiação tem uma velocidade de propagação característica para aquele meio.
Conclusão: Uma radiação fica perfeitamente caracterizada pela sua freqüência, mas só podemos caracterizar uma radiação pelo seu comprimento de onda se especificarmos o meio. Se isto não for feito, ficará implícito que o meio em questão é o vácuo (ou, aproximadamente, o ar). As radiações visíveis têm, no vácuo (ou ar), comprimento de onda compreendido entre 4000 Ǻ e 7000Ǻ (para alguns autores, 8000Ǻ). 14
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3.7 - Espectro Eletromagnético É o nome dado ao conjunto de todas as radiações eletromagnéticas, ordenadas segundo as suas freqüências. Pela ordem das freqüências crescentes (e, conseqüentemente, dos comprimentos de ondas decrescentes), temos:
O termo é usado em dois sentidos:
Físico - Luz é o conjunto de radiações eletromagnéticas para as quais o olho humano é sensível. Psicológico - Luz é a sensação produzida em um observador quando sua retina é excitada.
“LUZ É A MODALIDADE DE ENERGIA RADIANTE PERCEBIDA POR UM OBSERVADOR MEDIANTE SENSAÇÕES VISUAIS ORIUNDAS DA RETINA.”
Pela Sociedade Americana de Ótica, psicofísica:
4 - Ondas
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4.1 - Conceito Onda é um fenômeno periódico por meio do qual a ENERGIA se propaga através de um meio material e do espaço vazio (vácuo).
4.2 - Natureza da Onda Ondas Mecânicas: São aquelas que precisam de um meio material para se propagarem. Ex: ondas em cordas e ondas sonoras. AS ONDAS MECÂNICAS NÃO SE PROPAGAM NO VÁCUO
Unidimensionais: São aquelas que se propagam em um plano apenas. Em uma única linha de propagação. Ex.: Ondas de corda.
Bidimensionais: São aquelas que se propagam em duas dimensões. Em uma superfície, geralmente. Movimentam-se apenas em superfícies planas. Ex.: Ondas na água.
Tridimensionais: São aquelas que se propagam em todas as direções possíveis. Ex.: Ondas de rádio.
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4.3 - Ondas Eletromagnéticas A onda eletromagnética é constituída de um campo elétrico e um campo magnético. Essas ondas surgem como conseqüência de dois efeitos: um campo magnético variável produz um campo elétrico, e um campo elétrico variável produz um campo magnético. Esses dois campos em constantes e recíprocas induções propagam-se pelo espaço (vácuo).
4.4 - Direção de Vibração da Onda
Transversais: São aquelas cujas vibrações são perpendiculares à direção de propagação.
Longitudinais: São aquelas cujas vibrações coincidem com a direção de propagação.
Mistas: São aquelas em que as partículas do meio vibram transversal e longitudinalmente, ao mesmo tempo. As ondas que se propagam na superfície de um líquido são ondas mistas.
UMA ONDA NÃO TRANSPORTA MATÉRIA. UMA ONDA PROPAGA APENAS ENEGIA UMA ONDA MECÂNICA (E, PORTANTO, O SOM) NÃO SE PROPAGA NO VÁCUO. UMA ONDA ELETROMAGNÉTICA (E, PORTANTO, A LUZ) PROPAGA-SE NO VÁCUO.
Observações Importantes: 1ª) A conclusão acima também é válida para as ondas eletromagnéticas, e, portanto, para as ondas luminosas. Pela definição de índice de refração (n = c /v), vemos que a uma menor velocidade de propagação corresponde um maior índice de refração (isto é, a um meio mais refringente). Logo: Quando o segundo meio é mais refringente que o primeiro, a luz se reflete com inversão. 2ª) Quando a onda sofre inversão ao se refletir, costuma-se dizer que a onda refletida fica defasada de 180º (ou rad) em relação a incidente. Também se diz: ocorre uma diferença de marcha igual /2. 17
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4.5 - Ondas Periódicas Se uma lâmina vibrante for posta a vibrar, sua extremidade executará um movimento periódico que, para amplitudes pequenas, pode ser considerado um MHS. Se uma corda flexível for fixada a essa extremidade da lâmina e esticada, observar-se-á a propagação de uma onda ao longo da corda, com a forma de uma onda cossenoidal. A fonte executa um MHS de amplitude (a), período (T) e freqüência (f ). À medida que onda se propaga, cada ponto da corda executa, com atraso, o mesmo movimento da fonte, isto é, um MHS de amplitude (a), período (T) e freqüência (f ). Esses valores constituem a amplitude, período e freqüência da onda em propagação .
Os pontos mais altos são chamados de cristas. Os pontos mais baixos de vale. A distância entre duas cristas adjacentes e entre dois vales adjacentes permanece constante ao longo da onda, constituem o comprimento de onda ( ). O comprimento de onda das ondas cossenoidais que se propagam num meio elástico é igual à distância entre duas cristas ou dois vales consecutivos.
4.6 - Raios-X A natureza desconhecida e misteriosa dos raios que o físico alemão Wilhelm Conrad Röntgen descobriu de forma quase acidental, e com a qual obteve uma fotografia da estrutura óssea da mão de sua esposa, levou-o a denominá-los raios-x. Röntgen descobriu os raios-x em 8 de novembro, data que se comemora o dia do Técnico em Radiologia,de 1895, quando estudava o fenômeno da luminescência produzida por raios catódicos num tubo de Crookes. Durante uma de suas experiências, o cientista colocou o tubo numa caixa de papelão negro, que foi guardada numa câmara escura. Por acaso, havia próximo à caixa um pedaço de papel recoberto de platino cianeto de bário. Röntgen notou então que, quando se fornecia corrente elétrica aos elétrons do tubo, era emitida uma
radiação que velava a chapa fotográfica. Observou também que vários materiais opacos à luz diminuíam, mas não extinguia a emissão de luz induzida pelos raios-x, o que indicava que eles atravessavam a matéria com relativa facilidade.
18
Fís ic a A p li c ad a àRad io lo g ia Assim, o cientista resolveu fotografar corpos normalmente opacos e obteve, pela primeira vez na história da ciência, uma chapa fotográfica que revelava a estrutura interna da mão humana, com todas as suas formações ósseas. Os raios-x são emissões de natureza eletromagnética, com comprimento de onda extremamente pequeno, produzidas pela desaceleração de partículas carregadas ou pela transição de elétrons nos átomos. O comprimento de onda dos raios-x varia de 0,05 a centenas de angströns (um angströn equivale a 10-10m). Como outras formas de radiação, entre elas os raios gama, ultravioleta, a luz visível e as ondas de rádio, os raios-x apresentam fenômenos associados com sua natureza ondulatória, tais como interferência, difração e polarização. A difração dos raios-x por cristais determinou serem eles uma radiação eletromagnética de natureza idêntica à da luz, da qual difere apenas pelo comprimento de onda muito menor.
4.6.1 - Produção de Raios-X Os aparelhos produtor de raios-x denominam-se tubo de Coolidge, no qual um catodo incandescente produz um fluxo de elétrons puros que é acelerado por uma grande diferença de potencial e atinge o ânodo. Para fins de pesquisa pode-se utilizar qualquer metal, mas nos aparelhos comerciais, o ânodo é feito de tungstênio, material com alto ponto de fusão, pois é grande a quantidade de calor gerada no processo. Além disso, o ânodo é oco, o que permite resfriá-lo mediante a circulação de água ou óleo em seu interior. Dentro do tubo cria-se um vácuo para evitar o enfraquecimento ou o desvio de elétrons do feixe original. Os raios-x se produzem quando o feixe de elétrons, de grande energia, atinge um alvo, com o que os elétrons são rapidamente freados. A maioria dos elétrons do feixe colide com as partículas de material de tal forma que perdem apenas pequena parte da energia original. Como resultado de inúmeras colisões desse tipo, os elétrons são paulatinamente freados e sua energia é entregue aos átomos do alvo, que se aquece (cerca de 99% da energia do feixe se dissipa no alvo,sob forma de calor) . A rápida desaceleração de uma carga elétrica provoca a emissão de um pulso de radiação eletromagnética, fenômeno conhecido pelo nome alemão Bremsstrahlung , que quer dizer radiação de freio. Devido a todas as possíveis formas de colisão em que o elétron não perde a totalidade da energia num único choque, o espectro da radiação emitida conterá uma gama variada inicial do feixe incidente, mas não do material do alvo. Para produzir raios x são necessários milhares de volts de potencial de aceleração.
4.6.2 - Propriedades dos Raios-X Os raios-x, que se deslocam à velocidade da luz, estão sujeitos aos fenômenos de reflexão, refração, difração, interferência e polarização. São altamente penetrantes e todas as substâncias, em maior ou menor grau, tornam-se transparentes a eles. Algumas delas, como o platino cianeto de bário e certos compostos de cálcio, emitem fluorescência quando por eles excitados. 19
Fís ic a A p li c ad a àRad io lo g ia Os raios-x ionizam os gases que atravessam, impressionam chapas fotográficas e se deslocam em linha reta, mas não são desviados pela ação de campos elétricos ou magnéticos. Além disso, descarregam os corpos eletrificados, qualquer que seja a polaridade da carga, com os foi demonstrado por Elihu Thomson em 1896. Alguns Efeitos dos raios-x, como sua ação sobre chapas fotográficas ou o aquecimento de uma lâmina de chumbo, podem ser empregados para medir sua intensidade. Os processos mais usuais de medição dos raios-x, no entanto, empregam os efeitos da propriedade que têm de ionizar os gases, numa câmara de ionização ou pelo uso de contadores Geiger-Müller .
4.6.3 - Efeitos e Aplicações dos Raios-X No homem, uma exposição demorada aos raios-x poderá causar vermelhidão da pele, empola mento, ulcerações e mesmo sérias lesões cancerígenas, com morte das células e leucemia. A tolerância do organismo humano à exposição aos raios-x é de 0,1 röntgen por dia, em toda a superfície do corpo (um -3 -3 röntgen é capaz de produzir, em 1,938 x 10 gramas de ar, a liberação, por ionização, de uma carga elétrica de 3,33 x10 C). Com finalidades terapêuticas, entretanto, essa radiação poderá elevar-se até cinco mil röntgens, sobre pequenas áreas do corpo, durante poucos momentos. Os raios-x têm grande uso na vida moderna. Em medicina, são empregados no tratamento de tumores cancerosos, pesquisas de fraturas ósseas, análise das condições dos órgãos internos, etc. Na indústria, utilizam-se os raios-x no exame de fraturas de peças, condições de fundição, além de outros empregos correlatos. Como sabemos, um elétron é uma partícula de pequena massa, dotada de carga elétrica negativa. Desta forma é fácil acelerar um elétron, usando uma diferença de potencial elétrico. Quando o movimento desse elétron é interrompido pelo choque com um obstáculo em sua trajetória, o elétron perderá emergia cinética que possui, de duas maneiras distintas: emitindo Radiação Térmica e Radiação X. A radiação x, obtida através do frenamento dos elétrons, é conhecida também por radiação de frenamento ou Bremstrahlung. A grande maioria dos equipamentos industriais e clínicos, que de alguma forma envolvem-se com a Radiação X, utiliza este princípio.
20
Fís ic a A p li c ad a àRad io lo g ia A parte do equipamento onde são gerados os raios-x é conhecido como Tubo de Raio-X. Ele consiste de uma ampola de vidro resistente a temperaturas elevadas, tipo PYREX dentro do qual se produz vácuo. No interior da ampola podemos distinguir duas partes: Cátodo e o Anodo. O catodo consiste de uma peça na forma de copo, dentro da qual está colocado o filamento. Todo esse conjunto se acha ligado ao pólo negativo de um circuito elétrico de alta tensão, que se localiza fora da ampola. O ânodo, por sua vez, é constituído por um bloco de metal (bom condutor de calor) e que possui na extremidade, que está voltada para o cátodo, uma placa, também metálica (tungstênio) denominada de Alvo. O ânodo, logicamente, estará ligado ao pólo positivo do circuito de alta tensão. Quando ligamos o aparelho, fazemos passar uma corrente elétrica pelo filamento do cátodo. Esse filamento é geralmente feito de tungstênio e é bastante semelhante ao filamento de uma lâmpada comum (incandescente). Com a passagem da corrente, o filamento se aquece e passa a emitir elétrons, pelo efeito termo jônico. Através do circuito de alta tensão, estabelecemos uma grande diferença de potencial (Voltagem) entre o cátodo e o ânodo. Como os elétrons são dotados de carga elétrica negativa, eles passam a ser rejeitados pelo cátodo e atraídos pelo ânodo, começando a se deslocar para este, com velocidade crescente. Quanto maior for à voltagem aplicada, maior será a velocidade que os elétrons em movimento irão atingir. Esse feixe de elétrons é focalizado pela peça em forma de copo, para que se dirijam contra o alvo, do ânodo. A desaceleração sofrida pelos elétrons ao se chocarem com o alvo produzirá, então, o feixe de Radiação X; denomina-se corrente do tubo ao fluxo de elétrons que se deslocam entre o cátodo e o ânodo. Uma característica importante na geração de Raios-X pelo método descrito acima, é o rendimento que esse processo apresenta. Sabemos que o elétron ao atingir o alvo possui certa energia, devido a sua massa e velocidade, que se denomina energia cinética. A porcentagem dessa energia do elétron que se transforma em Raios-X quando este colide com o alvo, é o que denominamos de Rendimento. Normalmente, apenas 0,01 a 10% de energia do elétron se transforma em Raio-X. O restante dessa energia se transforma em calor, que é cedido ao alvo. O rendimento da transformação de energia cinética em Raios-X, pode ser determinado pela fórmula: η = (1,4 . 10-9) . (Z) . (V)
Onde: η = Rendimento
Z = Número Atômico do Material de Alvo V = Voltagem aplicada entre o Cátodo e Ânodo Dessa forma, podemos determinar três características importantes do Material Alvo:
1. Deve ser um material com alto ponto de fusão, uma vez que, como a maior parte de energia do elétron é transformada em calor, o material do alvo deve ser capaz de absorver esse calor sem se fundir. 21
Fís ic a A p li c ad a àRad io lo g ia 2. Deve ser um material com alto número atômico, pois, quanto maior o número atômico do material do alvo, maior será o Rendimento da transformação de energia cinética em Raios-X. 3. Deve ser um material de alta condutividade térmica. Com base nesses três parâmetros, o material mais usado na condução de alvos é o tungstênio (W). Contudo, por maior que seja a condutividade térmica do material, esse não suportaria por muito tempo, a grande quantidade de calor, gerado pelo sistema, sendo necessário um dispositivo complementar para arrefecimento, utilizando, água, ar ou óleo.
5 - Radioatividade
Propriedade descoberta em 1896, pelo casal de cientistas Pierre e Marie Curie, segundo a qual, o núcleo de átomos de certos elementos químicos são capazes de emitir Radiações Ionizantes de maneira espontânea, tanto por meio de Ondas Eletromagnéticas (Radiação Gama), como através de Partículas Subatômicas. A este fenômeno deu-se o nome de Radioatividade.
Obs.: Embora existam em grande número na natureza – aproximadamente 40, são bem poucos os elementos radioativos naturais utilizados pelo homem. Assim sendo, foi necessário o desenvolvimento artificial de novos elementos químicos radioativos, de forma a atender as necessidades do mercado de consumo – indústria, pesquisa e medicina. 22
Fís ic a A p li c ad a àRad io lo g ia Das partículas subatômicas utilizadas no transporte de energia, podemos destacar as Partículas Alfa (α), Partículas Beta (β), os Nêutrons (n) e os Raios Cósmicos.
5.1 - Radiação Alfa (α) Ocorre quando a propagação da radiação se dá através das Partículas Alfa, que são partículas de carga elétrica (+) relativamente “pesadas” e que devido a este fato, sua velocidade em relação as demais partículas subatômicas é muito menor. Justamente por serem mais lentas, são as que possuem um maior Poder de Ionização. Desta forma, por perderem rapidamente toda sua energia com as ionizações, podem ser consideradas pouco penetrantes, ou de alcance bastante limitado. Assim sendo, uma simples folha de papel de alguns microns de espessura, já é matéria suficiente para absorver toda sua energia, barrando por completo sua progressão. Tal fato pode também ser conseguido com alguns centímetros de ar, ou mesmo pela própria pele humana. Podemos afirmar que, o real perigo para os seres vivos, em relação às Partículas Alfa está na contaminação, muito mais que pela irradiação. Velocidade
Energia
Alcance (ar)
Massa
14 a 22 mil km/
3 a 8 MeV
2 a 8 cm
6 x 5 10 -30g
5.2 - Radiação Beta (β) Ocorre quando a propagação da radiação se dá através das Partículas Beta, que são partículas de carga elétrica (-), bem mais leves que as Partículas Alfa - massa cerca de 7.000 vezes menor, possuindo assim, uma velocidade maior e, consequentemente um Poder de Ionização menor. Isso dará as Partículas Beta, em comparação com as Partículas Alfa, um Poder de Penetração bem maior. Dessa forma, é necessária a utilização de materiais mais espessos e/ou de maior densidade, para que consigamos sua total absorção.
Ex.: alumínio, plástico ou acrílico. Velocidade
Energia
Alcance (ar)
Massa
0,1 a 0,999 c (*)
0,1 a 5,0 MeV
0,1 a 10 m
9 x 10-35g
(*) Velocidade da Luz no Vácuo © + 300.000 k/s.
5.3 - Indução por Nêu tr o n s (n) Os Nêutrons são partículas sem carga elétrica e que não produzem ionização diretamente, mas o fazem de maneira indireta, transferindo energia para outras partículas carregadas – Próton, Elétrons, etc., que por sua vez, podem produzir ionização. Os Nêutrons percorrem grandes distâncias através da matéria, antes de interagir com o núcleo dos átomos que compõem o meio. 23
Fís ic a A p li c ad a àRad io lo g ia São muito penetrantes e podem ser blindados por materiais ricos em hidrogênio, como por exemplo, parafina e água pesada. Sabe-se também que sobre determinadas condições específicas de processamento, os Nêutrons são
capazes de provocar, na matéria irradiada, o fenômeno conhecido com “Ativação”. Trata-se da transformação da matéria estável, em matéria radioativa, ou seja, emissora de radiação ionizante.
5.4 - Radiação Cósmica Radiação formada por partículas altamente energéticas, que bombardeiam o nosso planeta constantemente. Sua origem deve-se as explosões nucleares ocorridas nas estrelas. Ex.: Sol. As partículas que chegam a atingir nossa atmosfera são Prótons, Partículas Alfa e, eventualmente, núcleos mais pesados, com a energia média na ordem de 2 GeV. O espectro de energia, porém, estende-se até a 10 7 GeV, sendo a única fonte conhecida de partículas tão energéticas. Do resultado da interação destas partículas com nossa atmosfera, dão a origem a diversas outras partículas nucleares, tais como Mésosn, Pions, etc.
6 - Equivalência entre Massa e Energia
Assim como se escolheu a unidade da massa atônica (u.m.a.) como uma unidade conveniente e compatível com as massas nucleares, em Física Nuclear utiliza-se o elétron-volt como unidade de energia. O elétron-volt (simbolizado eV) corresponde à energia adquirida por um elétron ao atravessar um campo elétrico de 1 volt . Esta unidade de energia representa um valor muito pequeno, compatível com os processos atômicos ew nucleares. Sua relação com unidades macroscópicas é a seguinte: 1eV + 1,602 x 10-19 joule = 1,602 x 10-12 erg
Normalmente utilizam-se os múltiplos de elétron-volt : 3 1 quilo-el é tro n -v o lt = 1 keV = 10 eV 6 1 mega-el é tr o n -v o lt = 1 MeV = 10 eV 9 1 giga-el é tro n -v o lt = 1GeV = 10 eV
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7 - Descoberta das Radiações e seus Efeitos
No ano de 1895, um cientista alemão Wihlhem Conrad Röentgem, anunciou ao mundo a descoberta de raios misteriosos, capazes de atravessas materiais opacos a luz, denominando-se mais tarde de RaiosX. Ele descobria também, que estes raios podiam impressionar chapas fotográficas e que atravessavam facilmente materiais constituídos de certos elementos químicos leves, tais como o carbono, o nitrogênio e o hidrogênio, que são os principais constituintes da pele e músculos. Mas, no caso de elementos mais pesados, a exemplo do cálcio, elemento principal na constituição dos ossos, estes podiam ser parcialmente barrados. Estava assim, criado o conceito da Radiografia Médica. Mas em abril de 1896, apenas quatro meses após a sua descoberta, a capacidade da Radiação X de causar danos ás células, foi detectada. Através do relatório médico, o qual reportava queda de cabelo, como conseqüência de uma exposição acidental por parte de um operador de laboratório. Neste mesmo ano, houve a descoberta dos elementos radioativos e suas propriedades ionizantes (Rádio). Em 1897, ocorreram as primeiras tentativas de utilização das propriedades da Radiação lonizante para fins terapêuticos. Isto resultou, dois anos mais tarde (1889), no uso deste tipo de radiação no combate ao câncer de pele, dando-se assim o primeiro passo para a formalização da Radioterapia como possível tratamento para o câncer. Apenas 20 anos mais tarde, é que alguns pesquisadores do ramo da genética conseguiram demonstrar que as radiações ionizantes também podiam causar Mutações Genéticas em plantas, animais e possivelmente no homem. Desde então, diversos trabalhos de pesquisa aliados a alguns eventos que vieram a encher de forma catastrófica as Radiações lonizante, tais como: Hiroshima e Nagazaki, Tchernobvi , Goiânia e muitos outros, nos proporcionaram a obtenção de uma séria de conhecimentos sobre os efeitos biológicos nos seres humanos.
7.1 - Radiações Ionizantes - Efeitos Conhecidos Em última análise, podemos dizer que os efeitos biológicos causados pelas Radiações Ionizantes encontram-se fundamentalmente ligados aos seguintes requisitos.
Tipo de radiação ionizantes;
Poder de penetração e alcance desta radiação nos diversos tecidos; 25
Fís ic a A p li c ad a àRad io lo g ia
Poder de ionização;
Tipo de tecido atingido.
Com referencia a este último requisito, podemos aplicar a LEI DE BERGONIE E TRIBONDEAU , a qual nos diz que “a rádiosensibilidade das células é diretamente proporcional à sua capacidade de reprodução”, ou seja, células que se reproduzem constantemente no organismo dos seres vivos. São as mais sensíveis aos efeitos da radiação (Ex.: Células formadoras do sangue e células da pele).
Por outro lado, “a radiosensibilidade das células é inversamente proporcional ao seu grau de especialização”, ou seja, quanto mais especializada for a célula, mais resistente aos Efeitos da Radiação, ela será (Ex.: Células Nervosas), sendo o cérebro, o tecido do corpo humano, mais resistente a Radiação Ionizantes. Assim sendo, teremos efeitos diferentes para tecidos diferentes, quando este for exposto a radiação.
7.1.1 - Características dos Efeitos Biológicos das Radiações Ionizantes 1. Especificidade: As Radiações Ionizantes não provocam nenhum tipo de efeito ou enfermidades, que sejam características de sua condição. Todas as anomalias que se têm notícias a que comprovadamente, podem ser ligadas as Radiações Ionizantes, também aparecem por motivos outros. (Ex.: Anemia, Catarata, Esterilidade e principalmente o Câncer). 2. Reversibilidade: Os Efeitos Biológicos causados pelas Radiações Ionizantes, apresentam em certos casos, um caráter propício à reversão do dano. Porém, isto somente ocorrerá até certo ponto do desenvolvimento do efeito, daí para diante, a regeneração natural, estabelecida pelo organismo, não mais terá condições de competir com o dano. 3. Tempo de Latência: Entre o momento da exposição à Radiação e o aparecimento do efeito, é decorrido um período. A este período, damos o nome de Tempo de Latência. 4. Dose Limiar : Quando relacionamos a dose recebida por um indivíduo aos efeitos biológicos, constata-se que, certos efeitos somente se manifestam se uma dose mínima de radiação for ultrapassada. A esta dose damos o nome de Dose Limiar. 5. Transmissibilidade: A maior parte dos efeitos e anomalias causadas pelas Radiações Ionizantes, somente se manifestarão no indivíduo exposto. Porém, se determinadas células do corpo forem afetadas pelas radiações, estas poderão vir a alterar todo o material genético do 26
Fís ic a A p li c ad a àRad io lo g ia indivíduo, propiciando assim, efeitos em seus descendentes. A esses efeitos damos o nome de Efeito Genético.
6. Radiosensibilidade: “Lei de Bergonie e Tribondeau ”.
7.1.2 - Efeitos Biológicos nos Diversos Órgãos do Ser Humano 1. Gônadas: São as Glândulas Reprodutoras dos seres humanos (Testículos e Ovários). Nos tecidos que compõem estes órgãos, os efeitos observados são de tr ês tipos distintos:
Indução de Tumores (Baixa probabilidade);
Diminuição da Fertilidade e/ou Ocorrência da Esterilidade;
Efeitos ou Mutações Genéticas.
IMPORTANTE: Os efeitos biológicos causados pelas Radiações Ionizantes, não dizem respeito ao fator de Impotência Sexual, ou seja, o indivíduo que vier a ser exposto à Radiação Ionizantes, NÃO terá seu DESENPENHO SEXUAL alterado devido a fatores fisiológicos.
2. Mama: Dados recentes mostram que os tecidos das mamas durante a Fase de Procriação da mulher, são muito mais sensíveis do que qualquer outro tecido do corpo humano em termos de indução ao câncer. 3. Medula Óssea: Também conhecido corno órgão hematopoiético, é responsável pela produção do sangue e é extremamente sensível a Radiação lonizante. Também os gânglios linfáticos, o baço e fígado (no Embrião) são considerados órgãos hematopoiéticos. (Leucemia e Anemia). 4. Pele: É menos sensível a Indução de tumores, mas é crítico quanto a contaminações externas, podendo haver a formação de câncer cutâneo e outros efeitos não tão drásticos como, por exemplo: eritema, queimaduras, depilações, descamações, até chegar à necrose. 5. Cristalino: Lente natural, responsável pela passagem de luz para o interior de nossos olhos. Quando afetadas pela Radiação lonizante, toma-se opaca, ou seja, começa a perder sua transparência, até o impedimento completo da passagem da luz. (Catarata). 6. Cérebro: Órgão formado principalmente, por células nervosas, que são altamente especializadas e não se reproduzem. Desta forma, são extremamente resistentes aos ataques das Radiações lonizantes. Porém, uma vez danificado, o processo torna-se irreversível. 7. Tireóide: Este é um órgão crítico, no caso de contaminação interna, sobretudo se ocorrer com Iodo Radioativo. No entanto, verificou-se que, a mortalidade causada pelo câncer na tireóide, é bem menor que a mortalidade por leucemia. Isto se deve primeiramente ao surgimento de tratamentos clínicos, como também pelo tipo de tumor que ali se forma. 8. Outros Tecidos: Dentre estes tecidos, temos o estômago, o intestino, as glândulas salivares, fígado, etc. Por ser constituído por células sensíveis à radiação e por também tratar-se de uma via crítica de substâncias radioativas ingeridas, podemos apontar o Sistema gastrintestinal, como sendo o principal, no que se refere à sensibilidade.
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8 - Conceitos Básicos de Proteção Radiológica
8.1 - Introdução A proteção Radiológica ou Radioproteção tem como objetivo a proteção do homem e de seu meio ambiente contra os efeitos nocivos das Radiações Ionizantes. Sabemos que existem determinadas quantidades de radiação, que podem ser toleradas pelo organismo, sem que sejam esperados danos detectáveis, ou ainda, que superem aos benefícios relacionados ao seu uso. O homem, desde o seu aparecimento neste planeta, está constantemente exposto às radiações, oriundas do cosmo (Radiação Cósmica), ou então, originadas em seu próprio meio (solo, água, alimentos, etc.). Porém, estas radiações consideradas naturais, até então, não deixaram indícios de danos ao nosso organismo. Assim sendo, a preocupação quanto aos efeitos nocivos das radiações ionizantes, é maior para as chamadas Radiações Artificiais (produzidas pelo homem), principalmente, aquelas ligadas a produção, uso e controle da Energia Nuclear. As atividades que envolvem as aplicações de substâncias radioativas, ou seja, substâncias químicas que possuem a capacidade de emitir de maneira natural ou induzida radiações ionizantes, deverão sempre ser realizadas conforme os preceitos que envolvam a segurança e a proteção daqueles que as manipulam, bem como da população em geral. Por isso, a Radioproteção, jamais poderá deixar de estar nos processos que envolvam a manipulação de tais substâncias, assim como, no uso de equipamentos geradores de radiação (Raios-X Aceleradores, etc.).
8.2 - Métodos de Controle de Exposição às Radiações O propósito deste tópico é discutir os métodos empregados na redução e minimização das exposições à Radiação lonizante, sobre tudo, a iIrradiação, urna vez que na área industrial, o perigo de ocorrer uma contaminação individual e/ou ambiental, é praticamente inexistente, senão nulo. Desta forma, nosso objetivo principal será evitar ou então, reduzir ao máximo a Dose de radiação sofrida por um indivíduo no seu local de trabalho. Podemos destacar três elementos, que passaremos a considerar como fundamentais para a Proteção Radiológica:
1. Tempo: Quanto MENOR for o tempo de exposição a radiação. MENOR será a dose. 28
Fís ic a A p li c ad a àRad io lo g ia 2. Distância: Quanto MAIOR a distância até a fonte de radiação, MENOR será a dose. 3. Blindagem: Quanto MAIOR a blindagem separando a fonte emissora de radiação do meio ambiente, MENOR será a taxa de dose neste meio. Além deste, outros fatores poderão ir a ser de grande ajuda na manutenção da Segurança e Proteção Radiológica de uma Instalação. Tais fatores são:
Cumprimento das especificações contidas no Plano Geral de Radioproteção da empresa; Monitoração periódica individual e ambiental, utilizando para isso equipamentos adequados ao tipo característico de radiação existente na instalação; Sinalizações de Segurança Radiológica (Placas, Luminosos, Sirenes, etc...); Elaboração, Implantação e Cumprimento de procedimentos complementares, visando implementar a Segurança Radiológica da instalação;
Procedimentos Operacionais do (s) Equipamento (s);
Procedimentos de ‘Ma nutenção Preventiva e Corretiva;
Procedimentos de Emergência ou Situações Anormais;
Manutenção e Acompanhamento da Mão de Obra Especializada;
Treinamento Periódico dos Trabalhadores;
Avaliação Clínica e Psicológica dos Trabalhadores (Adicional);
Avaliação Clínica e Laboratorial (Exames Periódicos).
8.3 - Equipamentos de Monitoração e Detecção das Radiações Ionizantes (Monitores e Dosimetros Pessoais)
8.3.1 - Dosímetros Pessoais São dispositivos de leitura indireta usados para a avaliação da dose de Radiação, de um indivíduo ou de uma área especifica.
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Fís ic a A p li c ad a àRad io lo g ia Como o próprio nome diz se trata de um aparato de grande importância para a segurança radiológica, pois através dele, o controle sobre as radiações é realizado de forma confiável. Para os casos em que o dosímetros foi destinado a um individuo, este fica sob sua responsabilidade pessoal, devendo primar por sua integridade física, seu uso constante durante o trabalho, além dos cuidados rotineiros quanto à perda, roubo e principalmente, no que diz respeito à troca ou empréstimo, pois os dosímetros pessoais são intransferíveis. Podem ser de dois tipos distintos: Filmes Dosimétricos e Termoluminescêntes.
8.3.2 - Filmes Dosimétricos Constituído por uma película fotográfica que é protegida contra a entrada de luz e umidade, e inserida entre filtros especiais a fim de distinguir as diversas faixas de energia da radiação incidente. Tem como principal função, medir a dose acumulada durante um determinado período (30 dias). A vantagem deste tipo de dosímetro frente ao termoluminescênte (TLD), é que o registro da leitura permite que o resultado seja reavaliado quantas vezes se fizerem necessárias. Como desvantagem, apontamos para o fato de que este dispositivo, o filme somente poderá ser utilizado uma única vez, devendo ser substituído a cada período de leitura.
8.3.3 - Termoluminescentes Também conhecido como TLD possui a mesma função do filme dosimétrico, como também a mesma periodicidade de leitura. Porém, ao invés de filme fotográfico utilizam-se cristais de Sulfato de Cálcio ou Fluoreto de Lítio. Como principal vantagem pode apontar sua grande sensibilidade e versatilidade uma vez que cada cristal após o processo de leitura, poderá ser reutilizado, ainda por inúmeras vezes. Sua desvantagem é que uma vez efetuada a leitura, esta se perde, não podendo ser reavaliada se necessário.
Em ambos os casos, podemos ressaltar alguns aspectos importantes sobre sua utilização, tais como: 30
Fís ic a A p li c ad a àRad io lo g ia
Não permitem que seja efetuada leitura instantânea, sendo necessário seu envio a um laboratório especializado; São projetados para que sua utilização seja constante e que esteja sempre posicionado na altura do tórax; Não foram feitos para receber calor e umidade em excesso; São individuais e intransferíveis, ficando sobre responsabilidade do usuário, sua adequada conservação.
8.3.4 - Caneta Dosimétrica Dispositivo de leitura direta, a qual possibilitará a indicação instantânea da dose recebida, durante o tempo em que o indivíduo ou a área avaliada, estiverem expostos à radiação. É utilizada como um monitor pessoal, também conhecido como Dosímetro de Bolso. Porém, devido a sua fragilidade e imprecisão, não poderá de maneira alguma substituir ao Dosímetro Pessoal de Leitura Indireta.
8.3.5 - Detectores de Radiação Contador Geig er - Müller Equipamento eletrônico destinado a monitorar e detectar a presença da Radiação lonizante em um determinado ambiente. Trata-se do mais popular detector de radiação e que dentro de suas possibilidades limitadas, pode ser utilizado na detecção de partículas carregadas, assim como, radiações eletromagnéticas. Dentre suas inúmeras vantagem, pode destacar:
Versatilidade de suas Formas e Tamanhos;
Resistência a ambientes agressivos; e
Baixo custo.
Câmara de Ionização Equipamento eletrônico destinado a não somente detectar a radiação, mas também distingui-la, além de medir sua energia. São utilizadas principalmente no controle de Partículas Carregadas (Alfa e Beta) e Fragmentos de Fissão e Raios-X de baixa energia. 31
