Grandezas, Quantidades e Unidades usadas em protecção contra as radiações

Transcrição

1 Grandezas, Quantidades e Unidades usadas em protecção contra as radiações Maria Filomena Botelho O que é a radiação / radioactividade? O que torna a radiação perigosa? Dose de radiação quanto é demasiado? Radiação de fundo a exposição nunca é zero Urgências Como se recebe/manipula o material radioactivo? 1

2 O que é a radioactividade? Definição: um conjunto de átomos instáveis que se transformam espontaneamente em novos elementos Um átomo com um núcleo instável vai decair até se transformar num átomo estável, emitindo radiação à medida que o processo de deacimento decorre A quantidade de radioactividade (actividade) é o número de decaimentos nucleares que ocorrem por unidade de tempo (decaimento por minuto) Radiação Definição: energia na forma de partículas ou ondas Tipos de radiação Ionizante: remove electrões de átomos Partículas (alfa e beta) Ondas (gama e raios-x) Não-ionizante (electromagnética): não remove electrões de átomos Infravermelhos, visível, microondas, radar, ondas de rádio, lasers 2

3 Dosimetria, Letalidade e Segurança Durante uma exposição radiaoactiva há duas formas diferentes de exposição à radiação Exposição aguda Dose de corpo inteiro 400 rem= LD 50 Exposição crónica Público em geral 500 mrem/ano Trabalhadores da radiação 5 rem/ano Unidades: 1 Gy = 1 J/kg 1 rad = 0,01 Gy 1 Becquerel = 1 decay por seg 1 Curie = 3,7 x dps rem = rad RBE Raios-X 1 Gama 1 Beta 1 Protões 10 Alfa 20 Neutrões lentos 2 Neutrões rápidos 10 Espectro Electromagnético Comprimentos de onda da radiação em angstrom Rádio Infra vermelhos V i s i b l e Luz Ultra-Violeta Raios-X Raios gama Raios cósmicos Energia dos fótões em milhões de electrões volt (MeV) 3

4 Ionização Formação de um átomo carregado e reactivo - Electrão ejectado Radiação incidente Campos coulombianos envolvidos O átomo neutro absorvente adquire uma carga positiva - Dose exposição e Dose biológica tipo unidades Radioactividade Bq, Ci Dse exposição Gy, rad (R) Factor de Qualidade Dose Biological Q Sv, rem SI Unidade antiga Unidade de Exposição 1 Gy = 100 rad (=100 R) Dose Biológica 1 Sv = 100 rem (= Q rad) Gy: gray Sv: sievert R: roentgen rem: roentgen equivalent man rad: radiation absorbed dose 4

5 Unidades de actividade 1 Curie (Ci) número de desintegrações/seg que ocorrem num grama de 226 Ra 1 Becquerel (Bq) 1 desintegração/seg 1 Ci = 3, Bq = 2, dpm Independente da natureza da radiação Dose Exposição Quantidade de energia absorvida / massa de tecido +V Fotão Ar seco Pares de iões 1 Roentgen (R) quantidade de raios-x ou γ necessária para produzir 2 x 10 9 pares de iões (ionização) quando atravessa 1 cm 3 de ar a 0 o C 1 C/Kg 1 R = 2,58 x 10-4 C/kg Só radiação ionizante de energia elevada 5

6 Dose Absorvida (D) Quantidade de energia cedida / massa de tecido 1 Rad corresponde à libertação de 100 erg de energia / g de material irradiado 1 rad = 1 R D = dε dm Se radiação for de fotões Se material for tecido de mamífero Dose Absorvida (D) Quantidade de energia cedida / massa de tecido 1 Rad corresponde à libertação de 100 erg de energia / g de material irradiado 1 Gray (Gy) 1 Gy = 100 rad Independente do tipo de radiação Específica do material Dose absorvida para a água; para o ar; para o osso 6

7 Valores típicos de D Dose de radioterapia 40 Gy no tumor (durante várias semanas) LD (50/30) 4 Gy corpo inteiro (single dose) Dose de fundo anual 2,5 mgy corpo inteiro Radiografia ao tórax PA 160 µgy à entrada Dose no órgão - D T A dose absorvida média num órgão ou tecido DT ε = m T T ε T Energia total que atravessa um tecido ou órgão m T Massa do tecido ou órgão irradado 1 Gray (Gy) 7

8 Dose efectiva (E) Soma das doses equivalentes para cada tecido/órgão x factores de correcção para o órgão 1 Sievert (Sv) E = w. H T T w T. w D E =. T r T, R T R w T - tissue weighting factor Valores típicos de E Clister opaco = 7 msv TAC Abdominal = 10 msv Radiografia abdómen= 1 msv Radiografia ao tórax PA = 20 µsv Limite da dose anual para trabalhadores da radiação = 20 msv Dose anual de fundo = 2,5 msv 8

9 Equivalente de Dose (H T,R ) Dose absorvida pelo tecido x factor de correcção da radiação 1 Sievert (Sv) H T,R = D T,R. w R Tipos de radiação Todos os fotões, electrões e muões Neutrões Protões Partículas alfa w R (dependendo da energia) 5 20 Raios-X Alfas 1 Gy = 1 Sv 1 Gy = 20 Sv Equivalente de Dose (H T,R ) Dose absorvida pelo tecido x factor de correcção da radiação 1 Sievert (Sv) H T,R = D T,R. w R Quando o campo de radiação é composto de radiação de vários tipos ou de várias energias: T = H D. W R T, R R 9

10 Dose efectiva (E) E = Σ T w T. H T Tecido/órgão Gónadas Medula vermelha Cólon Pulmão Estômago Bexiga Mama W T 0,20 0,12 0,12 0,12 0,12 Tecido/órgão Fígado Esófago Tiróide Pele Superfícies osso Restantes W T 0,01 0,01 Exemplo: Se as gónadas sozinhas receberem 2 Gy, a dose efectiva é: E = 2 x 0,20 = 0,4 Sv Factor de correcção da radiação (Radiation Weighting Factor - w R ) w R - Factor correctivo baseado no tipo e qualidade de radiação (que afecta externa e internamente) e que é usado para contabilizar a eficiência relativa dos diferentes tipos de radiação na indução dos efeitos na saúde Tipos de radiação e intensidade energética Fotões, todas as energias Electrões, todas as energias Partículas alfa Protões, energia > 2 MeV Neutrões, energia < 10 kev Neutrões, energia 10 a 100 kev Neutrões, energia >100 a 2 MeV Neutrões, energia > 2 MeV a 20 MeV Neutrões, energia > 20 MeV Factor de correcção para a radiação W R

11 Factor de correcção do tecido (Tissue Weighting Factor - w T ) Factor correctivo que prevê as diferentes sensibilidades dos órgãos e tecidos à indução de efeitos estocásticos da radiação (efeitos sem limiar, ex. Cancro induzido por radiação) A relação entre a probabilidade de um efeito estocástico e a dose equivalente varia com o tecido irradiado. A dose equivalente corrigida para o tecido vai produzir o mesmo grau de detrimento em saúde idependentemente do tecido envolvido A soma dos factores de correcção para os tecidos é 1 Factor de correcção do tecido (Tissue Weighting Factor - w T ) w T - Factor correctivo baseado no tipo e qualidade de radiação (que afecta externa e internamente) e que é usado para contabilizar a eficiência relativa dos diferentes tipos de radiação na indução dos efeitos na saúde Tecido ou órgão Factor de correcção para o tecido W T Tecido ou órgão Factor de correcção para o tecido W T Figado Figado Esófago Esófago Troide Troide Pele 0,01 Pele 0,01 Superfície do osso 0,01 Superfície do osso 0,01 Restantes Restantes 11

12 Dose equivalente Multiplicação do rad pela eficiência biológica relativa (EBR) EBR = 10 para partículas α EBR = 1 para partículas β 1 rem quantidade de radiação capaz de transferir 2,4 x 10-3 cal de energia para 1 kg de tecido 1 Sievert (Sv) 1 Sv = 100 rem Independente do tipo de radiação Dose Letal Relacionada com a dose equivalente LD 50 dose aguda de radiação que é fatal para 50% da população exposta LD 50 = 5 Sv (500 rem) Dose > 1 Sv (100 rem) produzem lesão no DNA 12

13 Outras Equivalente de dose (Sv) substituída pela dose equivalente Equivalente de dose efectivo (Sv) substituída pela dose efectiva Equivalente de dose ambiente (Sv) dose a uma particular profundidade (muitas vezes usada para os resultados dos dosímetros pessoais) Dose x área (Gy.cm 2 ) dose x dimensão do campo Exposição (R ou C/kg) carga produzida 1m 1 kg de ar Kerma no ar (Gy) energia libertada num kg de ar (os medidores de dose normalmente lêem em kerma no ar) Dose colectiva (Sv homem ) dose efectiva x nº de pessoas expostas Kerma Ar seco Pares de iões Quantidade de energia absorvida / massa de tecido +V Fotão K = de dm tr de tr soma das energias cinéticas iniciais de todas as partículas carregadas ionizantes libertadas por acção de partículas ionizantes não carregadas num material de massa dm 1 Gray (Gy) 1 J/Kg 13

14 Dose integral usada em radioterapia Energia total absorvida por um órgão Dose total recebida por um órgão grama-rad grama-gy g-gy = dose * massa do órgão Dose acumulada dose recebida durante um período, mas g-gy é a dose recebida num único tempo Velocidades x/ t = Velocidade de exposição (R/hr) D/ t = velocidade de dose absorvida (Rad/hr) DE/ t = velocidade de equivalente de dose absorvida (REM/hr) e as fracções, mr/hr, mrad/hr, mrem/hr, etc... 14

15 Detrimento em saúde para efeitos estocásticos Incluem estas quantidades Probabilidade de canro fatal Probabilidade corrigida de ter cancro não fatal Probabilidade corrigida de ter efeitos hereditários graves A quantidade de esperança de vida perdida Coeficientes de probabilidade nominal para efeitos estocásticos População exposta Detrimento em saúde (10 2 Sv -1 ) Cancro fatal Cancro não fatal Efeitos hereditários total Trabalhador adulto 4,0 0,8 0,8 5,6 População Total 5,0 1,0 1,0 7,3 15

16 Dose equivalente Committed H T (τ) A irradiação por parte de radionúclidos incorporados deve-se à sua distribuição algum tempo depois da ingestão ou inalação do material radioactivo, dependendo das suapropredades fisico-químicas e biocinéticas H ( τ ) = H ( t) dt T H T (τ) é o tempo total ao longo do período T da velocidade de dose equivalente que um tecido particular de um indivíduo irá receber após a ingestão de material radioactivo t 0 + τ t 0. T Integração durante um período τ de 50 anos para os adultos e de 70 anos para as crianças Dose efectiva Committed E(τ) E( τ) = wt. HT( τ) T E(τ) é a soma das doses do órgão ou tecido committed corrigida devida à ingestão de material radioactivo Sievert (Sv) J.kg -1 16

17 Dose efectiva colectiva - S S = E. N i i i S é a medida da exposição à radição de uma população a dose total recebida por um grupo populacional E i é a dose efectiva média num sub-grupo populacional i N i número de indivíduos do sub-grupo i homem.sv Equivalente de dose ambiente - H * (d) Num ponto de um campo de radiação, é o equivalente de dose que será produzida por um campo alinhado e expandido na esfera do ICRU de profundidade d, num raio oposto à direcção do campo alinhado Apropriada para radiação fortemente penetrante (Profundidade recomendada d=10mm) 17

18 Equivalente de dose direccional - H (d) Num ponto de um campo de radiação, é o equivalente de dose que será produzida por expandido na esfera do ICRU de profundidade d, num raio num direcção específica Apropriada para radiação fracamente penetrante (Profundidade recomendada d=0,07mm Equivalente de dose pessoal H p (d) Equivalente de dose pessoal para radiação fortemente penetrante é o equivalente de dose no tecido mole numa profundidade d =10 mm Equivalente de dose pessoal para radiação fracamente penetrante é o equivalente de dose no tecido mole numa profundidade d = 0,07 mm 18

19 Limites de dose individuais Exposição ocupacional Uma dose efectiva de of 50 msv num único ano Uma dose efectiva de 100 msv em 5 anos consecuticos (uma dose efectiva de 20 msv por ano em média durante 5 anos consecuticos) Uma dose equivalente no cristalino de 150 msv num ano Uma dose equivalente nas extremidades ou na pele de 500 msv num ano Limites de dose individuais Exposição do público Uma dose efectiva de of 1 msv num único ano Uma dose efectiva de 5 msv num único ano em circunstâncias especiais mas de modo que a média em 5 anos consecuticos não exceda 1 msv por ano Uma dose equivalente no cristalino de 15 msv num ano Uma dose equivalente nas extremidades ou na pele de 50 msv num ano 19

20 Compliance com os limites de dose Os limites de dose aplicam-se ao somatório das doses obtidas por exposição externa durante um período de tempo específico correspondente a 50 anos (70 anos para as crianças) durante o qual são contabilizados as exposições Unidades antigas 100 rad = 1 Gy = 100 cgy 100 rem = 1 Sv 100 R 0.9 Gy 1 Bequerel = 1 desintegração por seg 1 Curie = 3,7 x dps 20

21 Velocidade de exposição = Γ.A/d 2 A - actividade d distância à fonte Γ velocidade de exposição constante (R.cm 2 /hr.mci) Γ - depende do esquema de decaimento, energia, coeficiente de absorção no ar e a ionização específica dos electrões G Exemplo Qual é a dose absorvida em Gy no ar para 1 R de raios γ A energia média para criar um par de iões no ar é de 33.7 ev 1 R = (2,58 x 10-4 C/kg) / (1,6 x C/electrão) = = 1,6 x pares de iões/kg 21

22 Exemplo Qual é a dose absorvida em Gy no ar para 1 R de raios γ A energia média para criar um par de iões no ar é de 33,7 ev 1 R= (2,58 x 10-4 C/kg) / (1,6 x C/electrão) = = 1,6 x pares de iões/kg Energia necessária para criar um par de iões = = 33,7 ev x 1,6 x10 15 pares de iões/kg= 5.4x10 10 MeV/kg 1 MeV = 1,6 x J D = 5,4 x MeV/kg x 1,6x10-13 J/MeV = 0,00867 J/kg = 0,00867 Gy Exemplo Assumindo que o tecido mole absorve 93 erg/g por 1 R de raios gama, qual é a velocidade de dose recebida quando se trabalha a uma distância média de 50cm com uma fonte de 22 Na de 100 mci (3.7 MBq)? 22

23 Exemplo Assumindo que o tecido mole absorve 93 erg/g por 1 R de raios gama, qual é a velocidade de dose recebida quando se trabalha a uma distância média de 50cm com uma fonte de 22 Na de 100 mci (3.7 MBq)? A velocidade constante de exposição a partir da nossa tabela é de: Γ = 12,0 R.cm 2 /hr.mci Exemplo Assumindo que o tecido mole absorve 93 erg/g por 1 R de raios gama, qual é a velocidade de dose recebida quando se trabalha a uma distância média de 50cm com uma fonte de 22 Na de 100 mci (3.7 MBq)? A velocidade constante de exposição a partir da nossa tabela é de: Γ = 12,0 R.cm 2 /hr.mci Velocidade de exposição = Γ.A/d 2 = 12 x 0,1 mci/(50cm) 2 = 0,48 mr/hr 23

24 Exemplo Assumindo que o tecido mole absorve 93 erg/g por 1 R de raios gama, qual é a velocidade de dose recebida quando se trabalha a uma distância média de 50cm com uma fonte de 22 Na de 100 mci (3.7 MBq)? A velocidade constante de exposição a partir da nossa tabela é de: Γ = 12,0 R.cm 2 /hr.mci Velocidade de exposição = Γ.A/d 2 = 12 x 0,1 mci/(50cm) 2 = 0,48 mr/hr 100 erg/g = 0,01Gy Velocidade de dose = 93 erg/g.r x 0,48 x10-3 R/hr = 0,045 erg/g.hr 24