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Radiçãoes e suas aplicações
Tipologia: Notas de estudo
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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.
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
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
resultaram na obtenção de isótopos artificiais e radioativos da maioria dos átomos conhecidos e na descoberta de numerosos átomos novos, como os transurânicos (Neptúnio, Plutônio, Amerício etc.). Próximo ao ano de 1935, Enrico Fermi, baseado em trabalhos de vários pesquisadores, montou o primeiro reator nuclear, no qual núcleos de Urânio-235, ao serem bombardeados por neutrons, dividiam-se em núcleos menores (num processo denominado fissão nuclear), emitindo dois ou três neutrons novos e uma grande quantidade de energia. Nascia aí o embrião da energia atômica.
nêutrons. O átomo com número atômico 90 não é mais o urânio, mas o tório. o isótopo formado é o 12Th
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.
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.
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.
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.
A radiologia diagnostica consiste na utilização de um feixe de raios X para a obtenção de imagens do interior do corpo em uma chapa fotográfica, ou em uma tela fluoroscópica, ou ainda em uma tela de TV. O médico, ao examinar uma chapa, pode verificar as estruturas anatômicas do paciente e descobrir a existência de qualquer anormalidade. Essas imagens podem ser tanto estáticas quanto dinâmicas, vistas na TV em exames, por exemplo, de cateterismo para verificar o funcionamento cardíaco. Em uma radiografia convencional, as imagens de todos os órgãos sã o superpostas e projetadas no plano do filme. As estruturas normais podem mascarar ou interferir na imagem de tumores ou regiões anormais. Além disso, enquanto a distinção entre o ar, o tecido mole e o osso pode ser feita facilmente em uma chapa fotográfica, o mesmo não ocorre entre os tecidos normais e anormais que apresentam uma pequena diferença na absorção de raios X. Para visualizar alguns órgãos do corpo é necessário injetar ou inserir o que se chama contraste, que pode absorver mais ou menos raios X, e é usado como contraste em pneumoencefalograma e pneumopelvigrafia. Compostos de iodo são injetados no fluxo sanguíneo para se obterem imagens de artérias e compostos de bário são tomados para radiografar o trato gastrintestinal, esôfago e estômago. Logicamente esses contrastes não são e não se tornam radioativos. A tomografia computadorizada causou uma grande revolução na área de radiologia diagnostica desde a descoberta dos raios X. Ela foi desenvolvida comercialmente a partir de 1972 pela firma inglesa EMI e faz a reconstrução tridimensional da imagem por computação, possibilitando a visualização de uma fatia do corpo, sem a superposição de órgãos. É como se agente fizesse, por exemplo, um corte transversal em uma parte do corpo em pé e o visse de cima. Esse sistema produz imagens com detalhes que não são visualizados em uma chapa convencional de raios X. Detetores de estado sólido substituem as chapas fotográficas em tomógrafos, mas a radiação utilizada ainda é a X.
A Medicina nuclear usa radionuclídeos e técnicas da Física nuclear na diagnose, tratamento e estudo de doenças. A principal diferença entre o uso de raios X e o de radionuclídeos na diagnose está no tipo de informação obtida. No primeiro caso, a informação está mais relacionada com a anatomia e no segundo caso com o metabolismo e a fisiologia. Para o mapeamento da tireóide, por exemplo, os radionuclídeos mais usados são o iodo-131 e o iodo-123 na forma de iodeto de sódio. Os mapas podem fornecer
informações sobre o funcionamento da tireóide, seja ela hiper, normal ou hipofuncionante, além de detectar tumores. Com o desenvolvimento de aceleradores nucleares como o ciclotron, e de reatores nucleares, radionuclídeos artificiais têm sido produzidos e um grande número deles é usado na marcação de compostos para estudos biológicos, bioquímicos e médicos. Muitos produtos do ciclotron possuem meia-vida física curta e são de grande interesse biológico, pois acarretam uma dose baixa no paciente. Entretanto, a possibilidade de utilizar radionuclídeos de meia-vida requer a instalação do ciclotron dentro das dependências do próprio hospital. É o caso do oxigênio-15, nitrogênio-13, carbono-11 e flúor-18, com meias-vidas físicas respectivas de aproximadamente 2, 10, 20 e 110 min. Os radionuclídeos que emitam pósitron são utilizados também na obtenção de imagens com a técnica da tomografia por emissão de pósitron (PET). Para o estudo do metabolismo da glucose, por exemplo, incorpora-se o flúor-18 essa molécula. Mapeamentos das áreas cerebrais são feitos com essa substância que se concentra na região de maior atividade cerebral. Dessa forma é até possível delimitar regiões cerebrais para cada idioma conhecido pelo paciente e até a zona de ideogramas das línguas japonesa e chinesa. A dose de radiação devida a um exame de Medicina nuclear, geralmente, não é uniforme no corpo todo, uma vez que os radionuclídeos possuem tendência de se concentrar em certos órgãos. E é quase impossível medir a dose em cada órgão de uma pessoa. Uma outra aplicação da Medicina nuclear é na terapia de certos tipos de tumores que usa, justamente, a propriedade que certos tipos de tumores possuem de se acumular em determinados tecidos. É o caso do uso de iodo-131 na terapia de tumores malignos da tireóide. Após a eliminação do tumor cirurgicamente, faz-se o mapeamento de todo o corpo para verifica a existência de metástases, que são células tumorais espalhadas pelo corpo. Em caso positivo, é administrado o iodo-131, com atividade bem maior que a usada para mapeamento, agora para fins terapêuticos. A principal diferença entre a radioterapia e a terapia na Medicina nuclear refere-se ao tipo de fontes radioativas usadas. No primeiro caso, usam-se fontes seladas nas quais o material radioativo não entra em contato direto com o paciente ou com as pessoas que as manuseiam. No segundo, materiais radioativos não selados são ingeridos ou injetados a fim de ser incorporados às regiões do corpo a serem tratadas.
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.
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
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.
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
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.
Instrumentos médicos podem ser esterilizados de três maneiras: a primeira consiste em colocar os instrumentos em uma autoclave e utilizar vapores, a segunda consiste em utilizar produtos químicos líquidos onde são imersos os instrumentos e a terceira seria utilizando fontes radioativas. No caso das fontes radioativas, os irradiadores mais utilizados são os irradiadores gama que utilizam fontes de cobalto ou césio de alta energia. Este método e bastante difundido e amplamente utilizado.
O controle de qualidade de textura e soldas de tubulações, chapas metálicas e peças fundidas é realizado com frequência com o uso de radiografia obtidas com raios X de alta energia ou radiação gama de média e alta energia. As radiografias obtidas com raios X são realizadas , em geral, em instalações fixas ou em locais de providos de rêde elétrica, uma vez que, mesmo os dispositivos móveis de raios X, são muito pesados e de difícil mobilidade. O grande fator no peso são os transformadores de alta tensão, os sistemas de refrigeração do tubo e os cabos de alimentação. Para a obtenção de radiografias em frentes móveis, como por exemplo, o controle das soldas de oleodutos, gasodutos, tubulações de grande extensão, que estão em implementação no campo, utilizam-se fontes de radiação gama, como o irídio-192, césio-137 e cobalto-60. Estas radiografias são denominadas de gamagrafias.
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.
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.
