Baixe Sumário Trabalho apresentado ao Instituto Federal de Educação, Ciên e outras Notas de estudo em PDF para Biologia, somente na Docsity! SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO PARÁ CAMPUS TUCURUÍ DISCIPLINA: BIOFISICA PROFESSOR: HELDER JOSE RIBAMAR DOS SANTSO SILVA TIPOS DE RADIAÇÕES E SUAS APLICAÇÕES, DIAGOSTICOS, TRATAMENTO EM SERES HUMANOS E SEUS PERIGOS TUCURUÍ 2013 INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO PARÁ CAMPUS TUCURUÍ JOSE RIBAMAR DOS SANTSO SILVA TIPOS DE RADIAÇÕES E SUAS APLICAÇÕES, DIAGOSTICOS, TRATAMENTO EM SERES HUMANOS E SEUS PERIGOS TUCURUÍ 2013. Sumário Trabalho apresentado ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará- Campus Tucuruí, sob orientação do Professor Helder na disciplina Biofísica, para obtenção parcial de nota final na referida disciplina. INTRODUÇÃO São ondas eletromagnéticas ou partículas que se propagam com alta velocidade e portando energia, eventualmente carga elétrica e magnética, e que, ao interagir podem produzir variados efeitos sobre a matéria. Elas podem ser geradas por fontes naturais ou por dispositivos construídos pelo homem. Possuem energia variável desde valores pequenos até muito elevados. As radiações eletromagnéticas mais conhecidas são: luz, microndas, ondas de rádio AM e FM, radar, laser, raios X e radiação gama. As radiações sob a forma de partículas, com massa, carga elétrica, carga magnética mais comuns são, feixes de elétrons, feixes de prótons, radiação beta, radiação alfa. Das radiações particuladas sem carga elétrica, a mais conhecida é o nêutron. A radioatividade é um fenômeno pelo qual algumas substâncias ou elementos químicos são capazes de emitir, espontaneamente ou não, através de seus núcleos, determinadas partículas e/ou ondas (que recebem a denominação genérica de ‘radiações’), as quais têm a propriedade de sensibilizar placas fotográficas, ionizar gases e substâncias, produzir fluorescência, atravessar corpos opacos à luz ordinária etc. A radioatividade é uma forma de energia nuclear e sua forma natural ocorre espontaneamente na natureza. Isto se deve, pois alguns átomos, tais como os do Urânio (U), Rádio (Ra) e Tório (Th) são naturalmente grandes e “instáveis”, perdendo (emitindo) constantemente radiações. Na área da saúde, esta propriedade dos núcleos atômicos é utilizada com diversas finalidades, sejam elas diagnósticas ou terapêuticas. De uma forma geral, a radioterapia (principalmente) e a radiologia são as áreas médicas que mais se beneficiam dos efeitos das radiações. Mapeamento com radiofármacos, radioterapia, braquiterapia, uso de aplicadores e radioisótopos são exemplos da utilização da radioatividade na medicina. Mas a aplicação da radioatividade vai muito além da saúde. Na indústria e na agricultura, por exemplo, diversos processos são realizados graças a esta propriedade atômica. Para se ter uma idéia da diversidade do seu uso na indústria, o controle de qualidade da textura e das partes soldadas de tubulações, chapas metálicas e peças 5 fundidas pode ser feito pelo processo de gamagrafia, uma espécie de radiografia industrial, onde ao invés de raios-X são utilizados radiação gama de média e alta energia. Outros exemplos são os medidores nucleares (p.ex., os medidores de nível - para realizar o controle do nível correto de uma bebida embalada num envólucro de alumínio utiliza-se uma fonte radioativa de baixa atividade (100 mCi) e um detector). As “latinhas” enfileiradas numa correia transportadora de alta velocidade interceptam o feixe de radiação que sai da fonte e é registrado no detector. Se o líquido estiver acima do nível estabelecido, o feixe será atenuado bastante em comparação com a presença só de gás, quando um pouco vazia. Quando não preencher o requisito, uma pequena alavanca retira a lata do roteiro de empacotamento), os irradiadores industriais de grande porte (para esterilização biológica) e os aceleradores de elétrons. Na agricultura, podemos citar a utilização de fertilizantes marcados com Fósforo-32 (32P) radioativo - que pode indicar a velocidade de captação dos nutrientes do solo pelas plantas -, além de processos que promovem a conservação de alimentos e insumos agrícolas por irradiação. Outras formas de utilização da radioatividade incluem a geocronologia e datação (p.ex., Carbono-14), e a geração de energia (reatores nucleares, como os utilizados nas usinas de Angra I e II). HISTÓRICO O esquecimento de uma rocha de urânio sobre um filme fotográfico virgem, levou à descoberta de um fenômeno interessante: o filme foi queimado por alguma “coisa”, na época chamada de raios ou radiações. Essa descoberta foi chamada posteriormente de radioatividade e os elementos que apresentam essa propriedade foram chamados de elementos radioativos. A palavra radioatividade vem do latim: radius (= "raio") e é a desintegração espontânea do núcleo atômico de alguns elementos, resultando em emissão de radiação. A radiação é emitida por muitos outros elementos, além do urânio, - rádio, potássio, tório, carbono e iodo são apenas alguns desses elementos - chamados 6 radioativos. Toda a radiação pode ser prejudicial aos seres vivos (humanos e animais) porque danifica as células vivas. Quanto maior for o nível de radiação recebido, maior será o dano. As pessoas têm usado essa capacidade destrutiva da radiação para tratar de algumas doenças, como por exemplo, o câncer. No tratamento, uma determinada dose de radiação é aplicada ao paciente para matar as células cancerígenas. Em 1896, o físico francês Antoine-Henry Becquerel constatou que o sulfato duplo de potássio e uranila (K2(UO2)(SO4)2), extraído do mineral pechblenda, também provocava velamento de chapas fotográficas envoltas de papel preto ou com lâminas finas de metal, num fenômeno semelhante ao observado com os raios- X. Becquerel atribuiu esta propriedade à emissão de algum tipo de raio capaz de atravessar a proteção e atuar sobre o filme (raios de Becquerel). Em 1897, o casal Marie e Pierre Curie extraiu e purificou o urânio do minério pechblenda (U3O8). Eles verificaram que as impurezas deste minério eram mais ativas que o próprio urânio. Dessas impurezas, foram isolados dois novos elementos: o Polônio e o Rádio, sendo este último muito mais ativo que os demais. O fenômeno de emissão de energia por estas substâncias foi, então, denominado radioatividade ("atividade do Rádio"). Já entre os anos de 1898 e 1900, Ernst Rutherford e Paul Villard, utilizando um dispositivo semelhante ao esquematizado ao lado (figura 1), descobriram, pelo comportamento frente às placas carregadas, que a emissão natural das substâncias radioativas podia ser de três tipos, assim denominadas: a) radiação alfa (α), de carga positiva e massa elevada, posteriormente identificada como núcleos de átomos de Hélio; b) radiação beta (β), de carga negativa e massa menor que da partícula alfa, identifica posteriormente como elétron; e c) radiação gama (γ), sem carga elétrica, identificada posteriormente como radiação eletromagnética, com frequência de aproximadamente 1021 Hz. Em 1934, o casal Frédéric Joliot e Irène Curie (filha de Pierre e Marie Curie) anunciou a descoberta da radioatividade artificial. Eles constataram que alguns núcleos atômicos bombardeados com determinados tipos de radiações de partículas tinham sua estrutura interna alterada e passavam a apresentar propriedades radioativas. Os procedimentos de transmutação artificial dos elementos químicos 7 nêutrons. O átomo com número atômico 90 não é mais o urânio, mas o tório. o isótopo formado é o 12Th234 Fonte: google 1- As partículas alfa são núcleos de hélio. Consistem em dois prótons e dois nêutrons que se comportam como uma partícula única. 2- O núcleo do rádio, no qual prótons e nêutrons se unem para formar uma partícula alfa. 3- A partícula alfa é emitida pelo núcleo. Radiação Beta Alguns núcleos radioativos emitem elétrons comuns, que tem a carga elétrica negativa. Há os que emitem pósitrons, que são elétrons positivamente carregados. As partículas beta se propagam com velocidade quase igual à da luz. Alguns podem penetrar mais de 1 cm de madeira. Quando um núcleo emite uma partícula beta, também emite um neutrino. Um neutrino não tem carga elétrica e quase não tem massa. Na radiação de partículas beta negativas, um nêutron no núcleo transforma-se em um próton, um elétron negativo e um neutrino. O elétron e o neutrino são emitidos no instante em que se formam, e o próton permanece no núcleo. Isto significa que o núcleo passa a conter mais um próton e menos um nêutron. Por exemplo, um isótopo de carbono, o 6C14, emite elétrons negativos. O C14, tem oito nêutrons e seis prótons. Quando se desintegra, um nêutron se transforma em um próton, um elétron e um neutrino. Após a emissão do elétron e do neutrino, o núcleo contém sete prótons e sete nêutrons. Seu número de massa permanece o mesmo, mas seu número atômico aumenta de um. O elemento com número atômico sete é o nitrogênio. Assim, o 6C14 transforma-se no 7N14 após a emissão de uma partícula beta negativa. 10 Quando o núcleo emite um pósitron, um próton do núcleo transforma-se em um nêutron, um pósitron e um neutrino. O pósitron e o neutrino são emitidos no mesmo instante da sua formação, e o nêutron permanece no núcleo. Um isótopo de carbono, o 6C11, emite pósitrons. O C11 tem seis prótons e cinco nêutrons. Quando emite um pósitron, um próton se transforma em um nêutron, um pósitron e um neutrino. Após a emissão do pósitron e do neutrino, o núcleo contém cinco prótons e seis nêutrons. O número de massa permanece o mesmo, mas o número atômico cai de um. O elemento de número atômico cinco é o boro. Assim, o 6C11 transforma-se no 5B11 após a emissão de um pósitron e de um neutrino. Fonte: google As partículas beta são elétrons em alta velocidade emitidos por certos átomos radioativos. Os elétrons negativos formam-se pela desintegração de um nêutron. Os elétrons positivos formam-se pela desintegração de um próton. A partícula beta é arremessada no instante em que se forma. Um neutrino, uma partícula quase sem peso, também é emitida. Radiação Gama Os Raios Gama não têm carga elétrica. São semelhantes ao raio-X, mas normalmente tem um comprimento de onda mais curto. Esses raios são fótons (partículas de radiação eletromagnética) e se propagam com a velocidade da luz. São muito mais penetrantes do que as partículas alfa e beta. A radiação gama pode ocorrer de diversas maneiras. Em um processo, a partícula alfa ou beta emitida por um núcleo não transporta toda a energia disponível. Depois da emissão, o núcleo tem mais energia do que em seu estado mais estável. Ele se livra do excesso emitindo raios gama. Nenhuma transmutação se verifica pelos raios gama. 11 Fonte: google 1- Os raios gama são partículas, ou fótons, de energia eletromagnética. 2- Núcleo do radio. 3- Os raios gama são liberados quando um núcleo, após uma desintegração radioativa, fica num estado de alta energia. APLICAÇÕES DA RADIAÇÃO NA MEDICINA Radioterapia A radioterapia utiliza radiação no tratamento de tumores, principalmente os malignos, e baseia-se na destruição de tumor pela absorção de energia da radiação. O princípio básico utilizado maximiza o dano no tumor e minimiza o dano em tecidos vizinhos normais, o que se consegue irradiando o tumor de várias direções. Quanto mais profundo o tumor, mais energética deve ser a radiação a ser utilizada. Tubos de raios X convencionais podem ser utilizados no tratamento do câncer de pele. A chamada bomba de cobalto nada mais é que uma fonte radioativa de cobalto-60, utilizada para tratar câncer de órgãos mais profundos. As fontes de césio-137, do tipo que causou o acidente de Goiânia, já foram bastante utilizadas na radioterapia, mas estão sendo desativadas pois a energia da radiação gama emitia pelo césio-137 é relativamente baixa. A nova geração de aparelhos de radioterapia são os aceleradores lineares. Eles aceleram elétrons até uma energia de 22 MeV, que, ao incidirem em um alvo, produzem raios X com energia bem mais alta que os raios gama do césio-137 e mesmo do cobalto-60 e são, hoje em dia, bastante utilizados na terapia de tumores de órgãos mais profundos como o pulmão, a bexiga, o útero etc. Na radioterapia, a dose total absorvida pelo tumor varia de 7 a 70 Gy, dependendo do tipo do tumor. Graças à radioterapia, muitas pessoas com câncer são curadas hoje em dia, ou se não, têm a qualidade de vida melhorada durante o tempo que lhes resta de vida. Radiologia diagnostica 12 A radiografia é uma imagem obtida, após um feixe de raios X ou raios gama, atravessar a região de estudo e interagir com uma emulsão fotográfica ou tela fluorescente. Existe uma grande variedade de tipos, tamanhos e técnicas radiográficas. As mais conhecidas são as de radiologia oral (periapicais, panorâmicas e cefalométricas), radiologia de tórax (pulmão, trato gastrointestinal, sistema reprodutivo, bacia), de membros (braços, mãos, pernas), de crânio, cérebro e coluna. Para estas aplicações utilizam-se raios X com energia adequada, estabelecida pela kilovoltagem da máquina, e tempo de exposição apropriado para a corrente elétrica utilizada. As doses absorvidas de radiação dependem do tipo de radiografia, mas estão na faixa de 0,1 (crânio) a 10 miliGray (mGy) (intestino grosso). A dose absorvida é definida como a razão entre a energia absorvida e a massa do volume do tecido atingido pela radiação. Sua unidade é denominada de Gray (Gy)= Joule/kg. O miligray (mGy) é a milésima parte do Gray. O cuidado que se deve ter é que, devido ao caráter acumulativo da radiação ionizante para fins de produção de efeitos biológicos, não se deve tirar radiografia sem necessidade e, principalmente, com equipamentos fora dos padrões de operação. O risco de dano é maior para o operador, que executa rotineiramente muitas radiografias por dia. Para evitar exposição desnecessária, ele deve ficar o mais distante possível, no momento do disparo do feixe ou protegido por um biombo com blindagem de chumbo. Obviamente que, as pessoas submetidas a radiografias não ficam radioativas, e nem as salas de operação. Tomografia O princípio da tomografia consiste em ligar o tubo de raios X a uma filme radiográfico por um braço rígido que gira ao redor de um determinado ponto, situado num plano paralelo à película. Assim, durante a rotação do braço, produz-se a translação simultânea e homotética do foco (alvo) e do filme. Assim, os pontos do plano de corte dão uma imagem nítida, enquanto que nos demais planos, a imagem sai “borrada”. Desta forma, obtém-se imagens de planos de cortes sucessivos, como se observássemos fatias seccionadas, por exemplo, do cérebro. 15 A tomografia convencional não consegue diferenciar adequadamente tecidos moles e, consequentemente, muitas informações vitais não são obtidas. Na tomografia computadorizada esta deficiência é superada com a melhoria da colimação, introdução de centenas de detectores no lugar do filme radiográfico e vários recursos de melhoria, contrastes e reconstrução da imagem. Um dos principais problemas da tomografia computadorizada é que, durante o tempo de exame, (cerca de 5 minutos) o paciente não pode mover, por exemplo, a cabeça, sob pena de danificar a imagem. Máquinas modernas apresentam um tempo de exame mais reduzido com a adição de maior número e melhor qualidade de detectores e de mais feixes de raios X. Da mesma maneira que a radiografia, não apresenta riscos de acidente com a máquina, pois é operada por eletricidade, e o nível de exposição à radiação é similar. Não se deve realizar exames tomográficos sem necessidade, devido à acumulação de dose de radiação. A dose absorvida por um paciente numa tomografia da cabeça é cerca de 2 mGy e de tórax , cêrca de 8 mGy. Mamografia A mamografia constitui, hoje, um instrumento poderoso para a redução de mortes por câncer de mama. Como o tecido da mama é difícil de ser examinado com o uso de radiação penetrante, devido às pequenas diferenças de densidade e textura de seus componentes como, tecido adiposo e fibroglandular, a mamografia possibilita somente suspeitar e não diagnosticar um tumor maligno. O diagnóstico é complementado com o uso de biópsia e ultrasonografia. Com estas técnicas, permite a detecção precoce em pacientes assintomáticas e imagens de melhor definição em pacientes sintomáticas. A imagem é obtida com o uso de um feixe de raios X de baixa energia, produzidos em tubos especiais, após a mama ser comprimida entre duas placas. As características de operação do mamógrafo, da processadora e da combinação filme- écran, permite a obtenção de boas imagens. O risco associado à exposição à radiação é mínimo, principalmente quando comparado com o benefício obtido. A chance de acidentes é muito pequena devido 16 às características do feixe de raios X utilizado , a geometria de irradiação e por constituir um aparelho operado eletricamente. Mapeamento com radiofármacos. O uso de traçadores ou marcadores é comum. A marcação de aves e peixes pela fixação de anéis identificadores em seu corpo, é usado para estudar os seus hábitos migratórios e reprodutivos. Assim, é possível determinar para onde eles vão, como também, quantos migram para um determinado local. O traçador radioativo tem o mesmo objetivo, porém os elementos “marcados” são moléculas de substâncias que se incorporam ou são metabolizadas pelo organismo do homem, de uma planta ou animal. Por exemplo, o iodo-131 é usado para seguir o comportamento do iodo -127, estável, no transcurso de uma reação química in vitro ou no organismo. A molécula da vitamina B-12 marcada com cobalto-57, glóbulos vermelhos marcados com cromo-51, podem ser identificados externamente por detectores, durante seu transcurso no organismo, uma vez que em termos metabólico tudo é igual ao material estável. Utilizando o radioisótopo Tecnécio-99m, em diferentes moléculas químicas, pode-se realizar exames de medula óssea, pulmão, coração, tireóide, rins e cérebro. Utilizando detectores de cintigrafia, gama-câmaras, pode-se obter com a aplicação de 600 MBq (megaBecquerel) do radiofármaco 99mTc-MDP imagens do osso e medula; com 830 MBq de 99mTc-MIBI, imagens do miocárdio; com 350 MBq de 99mTc-DTPA uma imagem dos rins; com 500 MBq de 99mTc-HMPAO do cérebro. Nestes exames, a irradiação da pessoa é inevitável, mas deve-se cuidar para que ela seja a menor possível. A dose de radiação é proporcional à atividade administrada que deve ser a suficiente para ser bem detectada externamente, nunca excessiva. O paciente fica emitindo radiação enquanto a atividade administrada nele for significativa. Por isso devem ser usados radioisótopos de meia-vida curta e tempo de residência pequeno. Os enfermeiros e pessoas que se aproximam também ficam sujeitos à irradiação. Braquiterapia Trata-se de uma radioterapia localizada para tipos específicos de tumores e em locais específicos do corpo humano. Para isso são utilizadas fontes radioativas emissores de radiação gama de baixa e média energia, encapsuladas em aço inox ou em platina, com atividade da ordem de dezenas de Curies. Os isótopos mais 17 As fontes apresentam uma atividade elevada, na faixa de 20 a 100 Curies, são encapsuladas em aço inox, com alta resistência a impactos mecânicos ou químicos, e possuem um pequeno volume. Por exemplo, as fontes dos irradiadores de Ir-192, são discos metálicos de 2 a 3 mm de diâmetro empilhados numa cápsula de 7 mm de altura, soldada a um cabo flexível de cerca de 15 cm (rabicho). O irradiador possui uma blindagem de urânio exaurido ou de chumbo, de espessura suficiente para blindar as radiações, de modo que o nível de exposição do lado externo seja o estabelecido por normas de radioproteção. A obtenção de uma gamagrafia obedece um procedimento bastante simples. Filmes radiográficos são fixados por adesivos no local a ser radiografado e o ponto de chegada da fonte é estabelecido fixando-se a extremidade de uma mangueira de malha metálica flexível (duto), que possui sua outra extremidade acoplada ao irradiador. Um cabo de aço, em seu interior, empurra ( ou puxa) o rabicho com a fonte radioativa, acoplado. Esta fonte se encontra alojada dentro da blindagem e só dela sai quando retiradas as travas, acoplado o duto guia da fonte, e o duto de 10 a 20 metros de comprimento, que retira ou recolhe a fonte por acionamento de manivelas. Durante a movimentação da fonte do irradiador até o alvo, o tempo de exposição do filme e o seu recolhimento, os operadores permanecem a uma grande distância, monitoram o nível de radiação continuamente e delimitam com barreiras físicas a área de operação. Esta operação de exposição e recolhimento é realizada para cada radiografia. Por ser um equipamento portátil e operar, em geral, em situações e ambientes inóspidos e quase sempre no período noturno de trabalho, pode produzir acidentes graves, por falhas do equipamento e de procedimento técnico. Mais de 75% dos acidentes com estas fontes foram provocadas por falhas humanas, como falhas na monitoração da fonte, perda e resgate do rabicho sem seguir os procedimentos adequados. Medidores nucleares São dispositivos que usam fontes de radiação associadas a um detector, numa geometria tal que permite por atenuação ou espalhamento da radiação, saber se o material medido está ou não presente no nível pré-estabelecido. 20 Existem muitos tipos de medidores e muitas aplicações. Os mais conhecidos serão descritos de modo resumido. Medidor de nível Para realizar o controle do nível correto de uma bebida embalada numa envólucro de alumínio utiliza-se uma fonte radioativa de baixa atividade (100 mCi) e um detector. As “latinhas” enfileiradas numa correia transportadora de alta velocidade, interceptam o feixe de radiação que sai da fonte e é registrado no detector. Se o líquido estiver acima do nível estabelecido, o feixe será atenuado bastante em comparação com a presença só de gás, quando um pouco vazia. Quando não preencher o requisito, uma pequena alavanca retira a lata do roteiro de empacotamento. O mesmo princípio de variação brusca da atenuação do feixe de radiação que atravessa as paredes do invólucro e do material de preenchimento é utilizado, para controle de níveis de silos de grande porte para grãos, refinarias, usinas de processamento de coque e materiais para alto-forno. Os parâmetros que variam são: tipo de fonte, atividade e tipo de radiação utilizada. Para materiais de grande espessura e dimensões, utilizasse fontes de maior atividade e radiação gama com maior energia. Por exemplo, Ra-226, Co-60, Cs-137, com atividade entre 1 a 5 Curies, para silos e depósitos. Para materiais de de baixa densidade e pequenas dimensões, como medidores de nível de latas, espessuras de papel, pesagem de cigarros, detectores de fumaça, utiliza-se o Am-241 e o Sr-90, com atividades entre 100 a 300 mCi, e as radiações gama de baixa energia, beta de alta energia ou alfa. Os riscos de acidentes são reduzidos devido à baixa atividade das fontes e os arranjos mecânicos de construção. Entretanto, não se pode ser negligente com fontes com atividade da ordem de Curie. Medidor de densidade e/ou umidade. Alguns dispositivos possuem uma fonte que emite a radiação em direção ao material sob controle e colhem, num detector, a radiação espalhada ou induzida por fluorescência. Com isto, se pode avaliar o teor de umidade de um material ou a sua densidade. Nestes medidores, a fonte e os detectores estão montados num único equipamento portátil e devidamente blindado. São utilizados, por exemplo, na 21 avaliação do nível de compactação durante o processo de concretagem de barragens em construção. Com o uso de fontes de nêutrons, os materiais mais hidrogenados como água, óleo, petróleo, podem espalhar e moderar melhor os nêutrons devido à igualdade das massas de nêutron e próton, nas colisões sucessivas. Assim, um detector de nêutrons térmicos diferencia as regiões e locais onde existe muita moderação de nêutrons e, portanto, a presença de materiais muito hidrogenados. Usinas de processamento de coque, contendo coque e gás, tem seus depósitos monitorados com fontes de nêutrons e detectores montados num mesmo lado do silo. Os sinais são enviados para uma central de controle. Os processos de espalhamento e moderação de nêutrons podem servir de indicadores de água, petróleo, durante a perfuração de um poço. Neste caso dispositivo com fonte e detector se encontram alojados na ponta do sistema de perfuração. Os riscos associados a estes medidores são pequenos, exceto por atuações negligentes no seu transporte , operação e manipulação. Eventualmente pode ocorrer perdas de fontes. Algumas necessitam ser resgatadas. Detectores de fumaça São dispositivos dotados de uma fonte radioativa emissora de radiação alfa, de baixa atividade, e um sistema de detecção que produz um sinal elétrico. Na presença de fumaça, atingindo um nível pré-estabelecido, ele pode iniciar um sinal de alarme ou mesmo disparar um sistema com spray de água. O risco associado a este tipo de medidor é mínimo. Detectores de contaminação Além dos detectores utilizados em instalações e laboratórios que utilizam materiais radioativos e nucleares para monitorar as superfícies, pessoas, objetos e fontes, existem outros, até mais sensíveis, em instalações da indústria convencional. Por exemplo em indústrias siderúrgicas que utilizam sucata e ferro velho, como matéria prima. Neste caso, como são cargas volumosas transportadas por carretas, os detectores de NaI(Tl) são granes, numerosos e dispostos em toda a extensão de um 22 Fertilizantes marcados com fósforo -32 radioativo podem indicar a velocidade de captação dos nutrientes do solo pelas plantas e avaliar o desempenho de cada tipo, medindo-se com um detector, a variação do nível de atividade das folhas e várias partes de uma planta. Nos laboratórios onde se realizam estas pesquisas, é muito importante para os técnicos o treinamento de manipulação correta e segura das soluções e produtos radioativos, sob pena de sofrerem contaminação. As atividades envolvidas nestes materiais radioativos se situam na faixa de 100 a 300 mCi. Assim, eles devem ser devidamente guardados, blindados, manipulados em capelas apropriadas e em áreas controladas. Geocronologia e datação Utilizando isótopos radioativos de meia-vida bem grande, inclusive da ordem da idade da Terra, possuindo uma abundância razoável para permitir sua medição e o tipo adequado de radiação, pode-se determinar a idade de formação e modificação de elementos geológicos, como por exemplo, rochas, lavas, cristalização, mudança de eixo magnético da Terra, idade de fósseis e formação de petróleo, carvão. A datação de um animal ou planta com o C-14 se baseia no fato que, durante a sua vida, ele é absorvido junto com os alimentos, e assim, compensa, a quantidade que é perdida devido ao decaimento radioativo do isótopo. Em caso de morte, a absorção cessa abruptamente e, daí em diante só ocorre o decaimento em taxa fixas. Medindo-se a radioatividade restante na matéria orgânica morta, é possível calcular sua idade. A datação com carbono-14 mais polêmica foi a do Santo-Sudário. Os resultados indicaram uma idade correspondente à Idade Média, e não de 2000 anos atrás, época da morte de Cristo. Alguns defensores, argumentaram que, a datação foi dos fungos e produtos de contaminação do sudário e não das fibras do tecido de linho. Outros pesquisadores, acreditam que foi um elemento elaborado na Idade Média, época em que era muito comum a fabricação e venda de lembranças de eventos importantes, inclusive para fins de manipulação religiosa e comercial. Obviamente que esta datação não é conclusiva, mas indicativa. Geração de energia 25 Os radioisótopos podem ser utilizados como elementos para gerar energia térmica ou elétrica. Além das baterias que geram corrente elétrica em pequenas quantidades, existem os reatores nucleares que podem gerar até 1300. Megawatts por unidade. Os reatores que usam a fissão em cadeia do U-235, se baseiam na transformação da energia cinética dos fragmentos de fissão, em calor, dentro do elemento combustível. Desta forma, é bom esclarecer que, embora o U-235 seja um isótopo radioativo do urânio natural, sua radioatividade não contribui para o processo de geração de energia. Inclusive, se os seus fragmentos de fissão não fossem radioativos, após transferirem, por colisões sucessivas, sua energia cinética para a pastilha de urânio enriquecido , sob a forma de calor, o reator nuclear talvez fosse considerado uma máquina perfeita de geração de energia. Infelizmente, isto não ocorre e, assim, muitos dispositivos e trabalho associado são necessários para blindar as radiações (indesejáveis) e conter os rejeitos dos elementos combustíveis gastos. O princípio básico de operação de um reator é a obtenção da reação nuclear de fissão do núcleo do U-235, ao capturar um nêutron. A energia liberada em cada fissão é cerca de 200 MeV. Assim, utilizando uma massa e uma geometria adequada de combustível enriquecido de U-235, denominada massa crítica, busca-se estabelecer o processo de reação de fissão em cadeia, onde os nêutrons produzidos numa fissão, após moderação, atingem outros núcleos de U-235, fissionando-os. A manutenção da criticalidade da massa de combustível, permite a geração de grande quantidade de energia, sob a forma de calor que, posteriormente, é aproveitada para aquecer água e torná-la vapor num recipiente, denominado gerador de vapor. Este vapor aciona turbinas que, acopladas a geradores, geram eletricidade em grande escala. Como se pode observar, o reator é uma gerador termo-elétrico de energia, onde a fonte de calor está situada dentro do vaso de pressão. Ao invés de ser proveniente da queima de gás, óleo ou carvão, como nas usinas convencionais, o calor provém da reação nuclear de fissão. Devido ao baixo nível de enriquecimento do U-235, de 1 a 3%, um reator nuclear nunca pode explodir como uma bomba atômica. Esta tem um nível de enriquecimento isotópico acima de 26 90%. Explosões de caráter químico e desastres de supercriticalidade podem ocorrer, conforme ocorreu com o reator de Chernobyl e de Thre Mile Island. Acidentes em que ocorre a fusão do núcleo, por superaquecimento, acompanhado com uma explosão química que permite a liberação de grande quantidade de material radioativo ( fragmentos de fissão, produtos de ativação) para o ambiente, podem ocasionar a contaminação de extensas áreas, até países, e causar a morte de muitas pessoas. Daí a necessidade de um procedimento rigoroso de licenciamento, inspecção e manutenção da qualidade, para evitar tais eventos. Pequenos reatores, podem ser feitos para acionar dispositivos que necessitam de energia elétrica em satélites e estações espaciais, bem como navios e submarinos com fins militares. Nestes dispositivos o importante é o controle dos efluentes e, no caso de satélites, a sua queda em ambientes habitados, causando danos e contaminação radioativa. Sanitização de esgotos O uso de fontes radioativas e de grande utilidade nas estações de tratamento de esgotos pois se sabe que a radiação ionizante mata bactérias e micoorganismos, sendo portanto de grande aplicação nessa área. Arqueologia, paleontologia e conservação de obras de arte. As radiações ionizantes também podem ser utilizadas no estudo de múmias uma vez que se torna possível observá-las ser ter que abrir seu envoltório. No que se refere à conservação de objetos antigos tais como livros e obras de artes, o uso das radiações ionizantes tem grande aplicação pois seu emprego destrói fungos e bactérias conforme pode ser visto na figura abaixo. Aplicações agronômicas Mediante o emprego da técnica de auto-radiografia pode-se estudar o modo como se distribuem os fertilizantes nas plantas. O método consiste em empregar fertilizantes que possuem na sua composição radionuclídeos que emitem radiação (por exemplo, o fósforo 32 que emite radiação b) e analisar a imagem obtida. 27 Efeitos biológicos: minutos-anos, é a resposta natural do organismo a um agente agressor, não constitui necessariamente em doença. Ex: redução de leucócitos. Efeitos orgânicos: são as doenças. Incapacidade de recuperação do organismo devido à freqüência ou quantidade dos efeitos biológicos. Ex: catarata, câncer, leucemia. Efeitos da radiação ionizante nos serem humanos Classificação dos efeitos Biológicos Classificação segundo a Dose Absorvida: Estocásticos ou Determinísticos Classificação segundo ao Tempo de Manifestação: Imediatos ou Tardios Classificação segundo ao Nível de dano: Somáticos ou Genéticos Efeito Estocástico Leva à transformação celular. Sua causa deve-se a alteração aleatória no DNA de uma única célula que continua a se reproduzir. Quando o dano ocorre em célula germinativa, efeitos genéticos ou hereditários podem ocorrer. Não apresenta limiar de dose: o dano pode ser causado por uma dose mínima de radiação. Tumores altamente malignos podem ser causados por doses baixas e outros benignos por doses altas. A severidade é constante e independente da dose; A probabilidade de ocorrência é função da dose; São difíceis de serem medidos experimentalmente, devido ao longo período de latência. Exemplos: câncer, (leucemia de 5 a 7 anos; tumores sólidos de 15 a 10 anos ou mais), efeitos genéticos. A severidade de um determinado tipo de câncer não é afetada pela dose, mas sim, pelo tipo e localização da condição maligna. Os resultados até o momento parecem indicar que, em indivíduos expostos, além de 30 câncer e tumores malignos em alguns órgãos, nenhum outro efeito estocástico é induzido pela radiação. Efeito Determinístico Leva à morte celular Existe limiar de dose: os danos só aparecem a partir de uma determinada dose. A probabilidade de ocorrência e a gravidade do dano estão diretamente relacionadas com o aumento da dose. Geralmente aparecem num curto intervalo de tempo; Exemplos: catarata, leucopenia, náuseas, anemia, esterilidade, hemorragia, eritema e necrose. A morte de um pequeno número de células de um tecido, resultante de exposição à radiação, normalmente não traz nenhuma consequência clínica observável. Para indivíduos saudáveis, dependendo do tecido irradiado, nenhum indivíduo apresentará dano para doses de até centenas ou milhares de miliSieverts. Acima de um valor de dose (limiar), o número de indivíduos manifestando o efeito aumentará rapidamente até atingir o valor unitário (100%). Isto decorre das diferenças de sensibilidade entre os indivíduos. Efeitos Somáticos e Genéticos Efeitos Somáticos são aqueles que ocorrem no próprio indivíduo irradiado. Podem ser divididos em efeitos Imediatos e efeitos Tardios. Nos Efeitos Genéticos os danos provocados nas células que participam do processo reprodutivo de indivíduos que foram expostos à radiação, podem resultar em defeitos ou mal-formações em indivíduos de sua descendência. Os Efeitos Somáticos das radiações são aqueles que afetam apenas os indivíduos irradiados, não se transmitindo para seus descendentes. Os efeitos somáticos classificam-se em: Efeitos imediatos 31 São efeitos que ocorrem em um período de horas até algumas semanas após a irradiação. Como exemplos de efeitos agudos provocados pela ação de radiações ionizantes pode-se citar eritema, queda de cabelos, necrose de tecido, esterilidade temporária ou permanente, alterações no sistema sanguíneo, etc. Efeitos tardios: São os efeitos ocorrem vários meses ou anos após a exposição à radiação. Exemplos dos efeitos crônicos são: o aparecimento de catarata, o câncer, a anemia aplástica, etc. Hormese Hormese significa algum evento que é perigoso em altas doses, mas torna- se benéfico em baixas doses. Os exemplos mais comuns são os elementos químicos presentes no corpo humano tais como Li, Cd, Se, radiação UV, que são essenciais ao nosso organismo porem se tornam letais se presentes em altas doses no nosso organismo. Os estudiosos que apoiam essa teoria acreditam que a Hormese vale para as radiações ionizantes. De acordo com essa teoria, em baixas doses, o sistema imunológico ficaria ativado. No entanto esses são apenas estudos epidemiológicos. Efeitos da exposição pré-natal. A exposição pré-natal pode ser perigosa para o embrião ou feto devido a sua alta radiosensibilidade. Estudos baseados nas explosões nucleares de Hiroshima e Nagasaki demonstraram as seguintes correlações entre efeitos mais prováveis e a fase de gestação quando ocorreu a irradiação. Propriedades dos sistemas biológicos Reversibilidade 32 Na agricultura, traçadores radioativos permitem estudar o crescimento de plantas e o comportamento de insetos. Além disso, a irradiação e uma técnica de conservação de produtos agrícolas, como batata, cebola, alho e feijão. Na indústria, a aplicação mais comum de radioisótopos e a radiografia de pecas metálicas ou gamagrafia industrial. Essa técnica e usada no controle de qualidade de pecas produzidas e em inspeções periódicas em aviões. Outra aplicação industrial consiste na esterilização de material hospitalar, como seringas, luvas cirúrgicas, gaze e material farmacêutico descartável. Na arqueologia, uma aplicação importante de radioisótopos e a técnica de datação por carbono-14 de fosseis e artefatos históricos. Existem outros radionuclídeos naturais com aplicações importantes em estudos ambientais como a datação de sedimentos com 210Pb, erosão de solos, estudos de mistura de agua com 3H ou com isótopos de radio, além da aplicação da analise por ativação neurônica, etc. (International Atomic Energy Agency, 2009) BIBLIOGRAFIA Acesso: agosto de 2009. 35 Alonso, M. e Finn, E.J., Physics, Addison Wesley Longman Ltd., Harlow, U.K., 1992. Alvarenga, A. V. C. R. Radioatividade. Acessado em 10.12.03. Disponível em: http:// br.geocities.com/radioativa_br/ Bitelli, Thomaz, Higiene das Radiações, Editora do Grêmio Politécnico da USP, 1982. Bushong, S.C., Radiologic Science for Technologists: Phsics, Biology and Protection, 6th Edition, Mosby, 1997. CARDOSO, E.M. Aplicações da Energia Nuclear. Comissão Nacional de Energia Nuclear. Rio de Janeiro. 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