Radiações ionizantes

Radiações ionizantes

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1.1. Radiações

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 construidos pelo homem. Possuem energia variavel 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.

1.2. Radiações ionizantes

Ao interagir com a matéria, os diferentes tipos de radiação podem produzir variados efeitos que, podem ser simplesmente a sensação de cor, a percepção de uma mensagem codificada e manipulada em áudio e vídeo numa televisão, a sensação de calor provocada por feixes de lasers, o aquecimento de alimentos num fôrno de microndas, uma imagem obtida numa chapa radiográfica ou então, a produção de íons e elétrons livres devido à ionização.

As radiações são denominadas de ionizantes quando produzem íons, radicais e elétrons livres na matéria que sofreu a interação. A ionização se deve ao fato das radiações possuírem energia alta, o suficiente para quebrar as ligações químicas ou expulsar elétrons dos átomos após colisões.

1.3. Propriedades das radiações ionizantes

Sob o ponto de vista dos sentidos humanos, as radiações ionizantes são: invisíveis, inodoras, inaudíveis, insípidas e indolores. Para se ter uma idéia da velocidade delas, alguns valores são mostrados na Tabela 1.

Tabela 1.

Radiação Energia

(MeV) Velocidade (m /s)

Alfa

Beta

Nêutron

Próton

Raio X Raio gama

2,5 . 10-8 0,1

Qualquer Qualquer

7,0 . 106 1,4 . 107

1,6 . 108 2,8 . 108

2,2, 103 1,4 . 107

1,4 . 108

3,0 . 108

3,0 . 108

O valor 3,0 . 108 m/s = 300.0 km/s = velocidade da luz. MeV = 106 eV = 1,6 . 10 –13 Joule Um eletronvolt (eV) á a energia cinética adquirida por um elétron ao ser acelerado por uma diferença de potencial elétrica de 1 Volt.

Além da capacidade de ionização, as radiações ionizantes são bastante penetrantes, quando comparadas com os demais tipos.

As radiações eletromagnéticas do tipo X e gama, são as mais penetrantes e, dependendo de sua energia, podem atravessar vários centímetros do tecido humano até metros de blindagem de concreto. Por isso são muito utilizadas para a obtenção de radiografias e para controlar níveis de material contidos em silos de paredes espessas.

As radiações beta são pouco penetrantes, em relação às anteriores.

Dependendo de sua energia, podem atravessar milímetros e até centímetros de tecido humano. Já as partículas alfa possuem um poder de penetração muito pequeno. Mesmo radiações com 5 MeV, não conseguem atravessar a espessura de uma folha de papel. Entretanto, o seu poder de ionização é muito grande.

1.4. Origem das radiações ionizantes

1.4.1. Raios X

Os raios X utilizados nas aplicações técnicas são produzidos por dispositivos denominados de tubos de raios X, que consistem, basicamente, em um filamento que produz elétrons por emissão termoiônica (catodo), que são acelerados fortemente por uma diferença de potencial elétrica (kilovoltagem) até um alvo metálico (anodo), onde colidem. A maioria dos elétrons acelerados são absorvidos ou espalhados, produzindo aquecimento no alvo. Cerca de 5% dos elétrons sofrem reduções bruscas de velocidade, e a energia dissipada se converte em ondas eletromagnéticas, denominadas de raios X. Os eletrodos estão contidos numa ampôla de vidro onde se fez vácuo, para evitar a sua oxidação. Devido ao processo como são produzidos, são também denominados de radiação de freamento (bremsstrahlung)

É bom observar que, ao se desligar uma máquina de raios X, ela não produz mais radiação e, portanto, não constitui um equipamento radioativo, mas um gerador de radiação. Qualquer material irradiado por raios X, para as aplicações mais conhecidas, não fica e nem pode ficar radioativo. Muito menos os locais onde são implementadas, como consultórios dentários, salas de radiodiagnóstico ou radioterapia.

Raios X de alta energia podem ser obtidos por freamento de feixes de elétrons de alta energia, produzidos por aceleradores de partícula, ao colidirem com alvos metálicos. Para radiações acima de 10 MeV, efeitos de ativação de materiais podem ocorrer, devido a ocorrência de reações nucleares. Neste caso, a instalação deve ser bem blindada e os cuidados com a radioproteção mais intensificados.

São radiações eletromagnéticas de alta energia originadas em transições eletrônicas do átomo que sofreu excitação ou ionização, após interação. Elétrons das camadas externas fazem transições para ocupar lacunas produzidas pelas radiações nas camadas internas, próximas do núcleo, emitindo o excesso de energia sob a forma de raios X. Como as energias das transições são típicas da estrutura de cada átomo, elas podem ser utilizadas para a sua identificação, numa técnica de análise de materiais denominada de fluorescência de raios X.

1.4.3. Radiação gama (γ)

É uma radiação emitida pelo núcleo atômico com excesso de energia (no estado excitado) após transição de próton ou nêutron para nível de energia com valor menor, gerando uma estrutura mais estável. Por depender da estrutura nuclear, a intensidade e a energia com que é emitida permite caracterizar o radioisótopo.

É uma radiação bastante penetrante e, conforme sua energia, é capaz de atravessar grandes espessuras. Por isso, é bastante utilizada em aplicações médicas de radioterapia e aplicações industriais, como medidores de nível e gamagrafia.

A unidade utilizada para expressar a atividade de uma fonte é o

Becquerel (Bq). Ele é definido como uma transformação nuclear por segundo. Existe uma unidade antiga de atividade, que ainda é muito usada, denominada Curie (Ci) = 3,7 . 1010 Bq.

1.4.4. Radiação beta (β)

Consiste de um elétron negativo (β-) ou positivo (β+) emitido pelo núcleo na busca de sua estabilidade, quando um nêutron se transforma em próton ou um próton se transforma em nêutron, respectivamente, acompanhado de uma partícula neutra de massa desprezível, denominada de neutrino. Por compartilhar, aleatoriamente, a energia da transição com o neutrino, sua energia é variável, apresentando um espectro contínuo até um valor máximo.

Seu poder de penetração é pequeno e depende de sua energia. Para o tecido humano, consegue atravessar espessura de alguns milímetros. Esta propriedade, permite aplicações médicas em superfícies da pele ou na aceleração da cicatrização de cirurgias plásticas ou do globo ocular.

1.4.4. Radiação alfa (α)

É uma radiação constituida de dois prótons e dois nêutrons, carga 2+ e com bastante energia cinética, emitida por núcleos instáveis de elevada massa atômica. As intensidades e as energias das radiações alfa emitidas por um nuclídeo, servem para identificá-lo numa amostra. Muitos radionuclídeos naturais como, urânio, tório, bismuto, radônio emitem várias radiações alfa, em suas transições nucleares.

As radiações alfa tem um poder de penetração muito reduzido e uma alta taxa de ionização. Para exposições externas, são inofensivas pois, não conseguem atravessar as primeiras camadas epiteliais. Porém, quando os radionuclídeos são ingeridos ou inalados, por mecanismos de contaminação natural ou acidental, as radiações alfa, quando em grande quantidade podem causar danos significativos na mucosa que protege os sistemas respiratório e gastroentestinal e nas células dos tecidos adjacentes.

1.4.5. Nêutrons (n)

Os nêutrons podem ser produzidos por varios dispositivos como, reatores nucleares, aceleradores de partículas providos de alvos especiais e por fontes de nêutrons. Neles são induzidas reações nucleares por meio de feixes de radiação [ reações (γ ,n), (p,n), (α,n)] , por radioisótopos [reações (α ,n) ] ou por fissão.

Os nêutrons são muito penetrantes devido sua grande massa e ausência de carga elétrica . Podem, inclusive, ser capturados por núcleos do material alvo, tornando-os radioativos.

2. APLICAÇÕES

2.1. Saúde

2.1.1. Terapia

Radioterapia

Consiste em eliminar tumores malignos (cancerígenos) utilizando radiação gama, raios X ou feixes de elétrons. O princípio básico é eliminar as células cancerígenas e evitar sua proliferação, e estas serem substituidas por células sadias.

O tratamento consiste na aplicação programada de doses elevadas de radiação, com a finalidade de “matar” as células alvo e causar o menor dano possível aos tecidos sadios intermediários ou adjacentes. Como as doses aplicadas são muito altas, os pacientes sofrem danos orgânicos significativos e ficam muito debilitados. Por isso são cuidadosamente acompanhados por terapeutas, psicólogos , apoio quimioterápico e de medicação. Os pacientes irradiados não ficam radioativos e, assim, podem ser manipulados e carregados normalmente.

Os irradiadores, denominados de Bombas de Co-60, possuem uma fonte radioativa de alta atividade, cerca de 3000 Curies, circundada por uma blindagem muito grande e com uma “janela” de saída de um feixe colimado, após a retirada de um obturador. Trata-se de um equipamento portador de uma fonte radioativa de alta atividade e que, não pode ser “desligado”. Quando ocorre uma queda na rêde elétrica, a fonte é recolhida na posição de máxima blindagem e o obturador é fechado.

Ele deve ser operado por técnicos bem treinados e em salas especiais, dotadas de dispositivos de segurança para paciente, operador e toda a instalação. Uma fonte destas, exposta ao ar livre pode causar exposições muito elevadas no público, inclusive mortes. Entretanto, pela sua constituição e funcionamento, ela nunca pode “explodir” e tem baixa probabilidade de causar danos ambientais, uma vez que a fonte é constituída de pastilhas metálicas de Co-60, insolúveis e de alta resistência mecânica ao fracionamento. Isto tudo não vale para uma Bomba de Cs-137, constituída de um sal altamente solúvel de cloreto de césio, encapsulado num frasco metálico, com janela de saída muito fina. Daí o desastre humano e ecológico do acidente de Goiânia ocorrido em 1987. Felizmente este tipo de equipamento, além de ultrapassado e ineficiente, não é mais fabricado desta maneira.

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 utilizados são Ir-192, Cs-137, Ra- 226. As fontes são colocadas próximas aos tumores, por meio de aplicadores, durante cada sessão de tratamento. Sua vantagem é afetar mais fortemente o tumor, devido à proximidade da fonte radioativa, e danificar menos os tecidos e órgãos próximos.

Devem ser manipuladas por técnicos bem treinados e oferecem menor risco que a Bomba de Co-60. Os pacientes não podem se deslocar da clínica, portando estas fontes, pois podem causar acidentes em outras pessoas. Assim, a manipulação e a guarda destas fontes devem ser seguras e cuidadosas. Durante a aplicação, a fonte emite radiação de dentro do paciente e, assim, o operador e outras pessoas não devem permanecer por muito tempo, próximas. Após a retirada da fonte, nada fica radioativo.

Aplicadores

São fontes radioativas beta emissoras distribuidas sobre uma superfície , cuja geometria depende do objetivo do aplicador. O Sr-90 é um radionuclídeo muito usado em aplicadores dermatológicos e oftamológicos. O princípio de operação é a aceleração do processo de cicatrização de tecidos submetidos a cirurgias, evitando sangramentos (operação de pterígio) e quelóides (cirurgia plástica), de modo semelhante a uma cauterização superficial.

A atividade das fontes radioativas é baixa e não oferecem risco de acidente significativo sob o ponto de vista radiológico. O importante é o controle do tempo de aplicação no tratamento, a manutenção da sua integridade física e a guarda adequada dos aplicadores.

Radioisótopos

Alguns tratamentos utilizam medicamentos contendo radiosiótopos, inoculados no paciente por meio de ingestão ou injeção, com a garantia de sua deposição preferencial em determinado órgão ou tecido do corpo humano. Por exemplo, isótopos do iodo para o tratamento de câncer na tireóide.

Um paciente submetido a este tratamento torna-se uma fonte radioativa, pois as radiações gama, além de acertar os tecidos alvo, podem sair com intensidade significativa da região de deposição e atingir pessoas nas proximidades. Neste caso, deve-se utilizar radioisótopos de meia-vida curta, para facilitar o breve retorno do paciente à sua casa, sem causar irradiação significativa a seus familiares ou pessoas próximas. Outra garantia, é a atividade do radioisótopo aplicado não ultrapassar os valores estabelecidos nos procedimentos médicos ou nas recomendações de radioproteção.

2.1.2. Diagnóstico

Radiografia

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.

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