PROTEÇÃO RADIOLÓGICA CONCEITOS BÁSICOS

INTRODUÇÃO

Tecnólogo Nathanael Mel. BrancaglioneDisciplina: Proteção Radiológica

Curso Técnico em Radiologia MédicaCOLÉGIO TÉCNICO RENASCER-2013

PROTEÇÃO RADIOLÓGICA CONCEITOS BÁSICOS

INTRODUÇÃO: A importância da Radioproteção aos profissionais da Radiologia

Introdução a Física das Radiações

Conceitos Básicos da Radioproteção

Email: nbrancaglione@gmail.com

A importância da Radioproteção aos profissionais da Radiologia

Para os profissionais que atuam na área de radiologia médica, é de extrema importância o conhecimento sobre radioproteção.

A radioproteção tem a finalidade de fornecer condições seguras para atividades que envolvam radiações ionizantes.

Condições básicas de segurança devem ser observadas no exercício profissional.

• Historicamente sabe-se que logo após Wilhelm Conrad Röntgen descobrir os raios-x, em 8 de novembro de 1895

• Os raios-x foram utilizados, até surgirem os seus primeiros efeitos danosos e verificar-se a necessidade de estudos mais aprofundado sobre os raios de Röntgen.

A importância da Radioproteção aos profissionais da Radiologia

Breve Histórico

•A radiobiologia surgiu para estudar aqueles efeitos, e trazendo à luz da ciência os efeitos determinísticos, estocásticos e o risco fetal. •A partir desse conhecimento fez-se necessário criar princípios de proteção radiológica. •Já os princípios de radioproteção fornecem diretrizes básicas para as atividades operacionais que utilizam radiação ionizante. •São eles: •Justificativa, Otimização e Limitação da dose, todos baseados no princípio fundamental conhecido como ALARA acrômio para As Low As reasonable Achievable, que significa: tão baixo quanto possivelmente exeqüível.

• Em consonância com esses princípios (ALARA), desenvolveram se formas de radioproteção baseadas no:

• Tempo de exposição, • Distância da fonte de radiação e • Blindagem com a finalidade de reduzir ao máximo os efeitos

deletérios da radiação.

Breve Histórico

• ICRU (“International Commission on radiological Units and Measurements”)• Criado em 1925, este órgão propõe grandezas e unidades relacionadas aos níveis

de radiação estabelecidos e recomenda procedimentos para sua medição.

Breve Histórico

•ICRP (“International Commission on Radiological Protection”)•Criado em 1928, este órgão estabelece limites de dose e princípios básicos para proteção contra a radiação.

Comissões Internacionais

Fis.Roberta Giglioti - CNEN MN 1159

Breve Histórico

Comissões Nacionais

CNEN – Comissão Nacional de Energia Nuclear:CNEN NN 3.01- “Diretrizes e Básicas de Proteção Radiológica” Janeiro de 2006 (primeira versão de dezembro de 1988). g

ANVISA – Agência Nacional de Vigilância Sanitária:PORTARIA 453 de 1 de Junho de 1998Resolução RE 1016 de 3 de abril de 2006

Radiodiagnóstico Médico e Odontológico

Fis.Roberta Giglioti - CNEN MN 1159

Breve Histórico

Introdução a Física das Radiações

Breve Histórico

Demócrito de Abdera

• Foi discípulo e depois sucessor de Leucipo de Mileto • Segundo eles, cada substância possuía seu tipo de átomo e este variava de acordo

com as propriedades da mesma. Por exemplo, uma substância no estado líquido teria átomos arredondados (por isso, escoavam) e no estado sólido se apresentaria como átomos pontiagudos. E mais! Acreditavam que os átomos eram eternos(SOUZA, 2011). .

John Dalton

• Primeiro modelo atômico experimental:• John Dalton (6 de Setembro de 1766 Manchester, 27 de Julho

de 1844), foi um químico, meteorologista e físico inglês. • Foi um dos primeiros cientistas a defender que a matéria é

feita de pequenas partículas, os átomos. • É também um dos pioneiros na meteorologia, iniciando suas

observações em 1787 com instrumentos confeccionados por ele mesmo e publicando, seis anos mais tarde, o livro Meteorological Observations and Essays (Observações e Ensaios Meteorológicos),

CINCO PONTOS PRINCIPAIS DA TEORIA ATÔMICA DALTON

• i. Elementos são feitas de partículas minúsculas chamadas átomos. • ii. Todos os átomos de um dado elemento são idênticos. • iii. Os átomos de um dado elemento são diferentes das de qualquer

outro elemento; os átomos de diferentes elementos podem ser distinguidos uns dos outros por seus respectivos pesos relativos.

• iv. Átomos de um elemento podem combinar com átomos de outros elementos para formar compostos; um determinado composto tem sempre a mesma relação do número de tipos de átomos.

• v. Átomos não podem ser criados, divididos em pequenas partículas, nem destruídos no processo químico; uma reação química simplesmente muda a forma como átomos são agrupados.

Teoria de John Dalton

Segundo John Dalton, o átomo tinha forma de bola, como se fosse uma bola de sinuca.

Joseph John Thomson

• O britânico Joseph John Thomson descobriu os elétrons em 1897 por meio de experimentos envolvendo raios catódicos em tubos de crookes.

• O tubo de crookes consiste-se em uma ampola que contém apenas vácuo e um dispositivo elétrico que faz os elétrons de qualquer material condutor saltar e formar feixes, que são os próprios raios catódicos

Joseph John Thomson • O Modelo atômico de Thomson (1897) propunha então que se o átomo não fosse

maciço (como havia afirmado John Dalton), mas sim um fluido com carga positiva (homogêneo e quase esférico) no qual estavam dispersos (de maneira homogênea) os elétrons. Podemos fazer a analogia desse modelo atômico com um "Panetone" ou com um pudim recheado de uvas passas, em que a massa do panetone seria positiva e as passas seriam as partículas negativas (PEREIRA, 2010).

Ernest Rutherford • Ernest Rutherford estudou matemática e física no Canterbury College, em

Christchurch e com o auxílio de uma bolsa de estudo, ingressou em 1895 no Cavendish Laboratory, em Cambridge. Foi professor de física e química na McGill University (Canadá), de 1898 a 1907 e na Manchester University (Inglaterra), de 1907 a 1919. Em 1919, sucedeu J. J. Thomson na direcção do Cavendish Laboratory cargo que exerceu até ao resto da sua vida e onde realizou importantes investigações.

• Atualmente considerado o fundador da Física Nuclear, Rutherford introduziu o conceito de núcleo atômico ao investigar a dispersão das partículas alfa por folhas delgadas de metal.

• Rutherford verificou que a grande maioria das partículas atravessava a folha sem se desviar e concluiu, com base nessas observações e em cálculos, que os átomos de ouro e, por extensão, quaisquer átomos eram estruturas praticamente vazias, e não esferas maciças. Rutherford também descobriu a existência dos prótons, as partículas com carga positiva que se encontram no núcleo. (LOURENÇO, 2008)

Ernest Rutherford (1871 - 1937)

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Ernest Rutherford

• Baseando-se no modelo do sistema solar, onde os planetas giram em torno do Sol, Rutherford propôs um modelo semelhante para o átomo de hidrogênio. Para ele, os elétrons possuíam cargas negativas; enquanto no núcleo se encontravam as cargas positivas, (SILVA, 2010).

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Niels Bohr (1885-1962)

Utilizando a teoria de Max Planck (1858-1947)

1° POSTULADO DE BHOR• Os elétrons orbitam o núcleo atômico em orbitas circulares, tais

orbitas são como camadas ou níveis ao redor do núcleo, chamando assim a mais próxima do núcleo pela letra K, a segunda pela letra L e assim sucessivamente para as demais camadas.

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• Somente órbitas de certos raios, correspondendo a certas energias definidas, são permitidas para os elétrons em um átomo.

2° Postulado de Bohr

• Energia total do elétron (cinética e potencial) não pode apresentar valor algum e sim, valores múltiplos de um quantum.

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• Um elétron em certa órbita permitida tem certa energia específica e está em um estado de energia permitido.

• Um elétron em estado de energia permitido não irradiará energia e, portanto, não se moverá em forma de espiral em direção ao núcleo.

3° Postulado de Bohr• Quando ocorre o salto de um elétron entre órbitas, a diferença de

energia é emitida (ou suprida) por um simples quantum de luz (também chamado de fóton), que tem energia exatamente igual à diferença de energia entre as órbitas em questão. Energia total do elétron (cinética e potencial) não pode apresentar valor qualquer e sim, valores múltiplos de um quantum. As órbitas permitidas dependem de valores quantizados (bem definidos).

• A energia só é emitida ou absorvida por um elétron quando ele muda de um estado de energia permitido para outro. Essa energia é emitida ou absorvida como fóton., E = h.v

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1- POSTULADO DOS NÍVEIS DE ENERGIA:

Em um átomo, um elétron só pode ter certos valores de energia, que são chamados de níveis de energia. Bohr calculou as energias correspondentes a cada órbita permitida. Essas energias encaixavam-se na seguinte fórmula.

E=Rh/n². onde:n= 1, 2, 3 etc. para o átomo de Hidrogênio.Onde Rh é uma constante (expressa em unidades de

energia) valendo -2,179x10 -18 J.

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2° POTULADO DE BOHR• As transições entre os níveis de energia de um elétron, num átomo,

só podem alterar a sua energia passando de um nível de energia ao outro. Esta passagem é chamada de transição.

• Neste modelo, explica-se a emissão de luz pelos átomos para dar um espectro descontínuo de raias como segue:

• Um elétron, num nível de energia elevada (nível inicial de energia Ei ) sofre uma transição para outro nível de energia mais baixa (nível de energia final Ef ).

• Neste processo, o elétron perde energia que é emitida como um fóton. Em outras palavras, a energia final do elétron mais a energia do fóton é igual à energia inicial do elétron (pela lei da conservação da energia):

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2° POTULADO DE BOHR

Onde: ν = freqüência da onda eletromagnética (fóton) Quando reordenamos esta expressão vem:

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Segundo postulado de Bohr.

Um átomo irradia energia quando um elétron salta de

uma órbita de maior energia para uma de menor energia.

Órbitas de Bohr para o

átomo de hidrogênio

A linha vermelha no espectro atômico é

causada por elétrons saltando

da terceira órbita para a segunda órbita

O comprimento de onda guarda relação com a energia. Os menores

comprimentos de onda de luz significam vibrações mais rápidas e maior

energia.

BASEADO NO SEU MODELO

• O elétron deverá liberar energia para retornar ao nível de origem, sendo esta energia emitida em forma de ondas eletromagnéticas, a mesma energia será absorvida para retornar ao nível de origem, (luz visível ou ultravioleta)

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A linha verde-azulada no espectro atômico

é causada por elétrons saltando

da quarta para a segunda órbita.

A linha azul no espectro atômico é

causada por elétrons saltando

da quinta para a segunda órbita

A linha violeta mais brilhante no espectro

atômico é causada por elétrons saltando

da sexta para a segunda órbita.

BOHR

• LUZ• É uma onda eletromagnética se propaga no vácuo e

possui perturbações oscilante. dentro do campo visível do olho. Definida como V= L.F

• v: velocidade• Lambida: comprimento de onda• f: freqüência

2° POTULADO DE BOHR

• Bohr usou o conceito de fóton de Einstein para explicar o espectro de emissão dos átomos.

• Substituindo os valores dos níveis de energia no átomo de hidrogênio, que havia deduzido, na equação anterior, Bohr reduziu exatamente a fórmula de Balmer.

• Além disso, pôde prever todas as raias do espectro do átomo de hidrogênio no infravermelho e no ultravioleta.

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O QUE É SÉRIE DE BALMER?

BASEADO NO SEU MODELO

Bohr conseguiu calcular a velocidade do elétron em cada orbita com a equação:

V= 2.18x10 exp 6 ms / pelo numero da orbita 1,2,3,4 etc...

Calculou também os níveis de ENERGIA para camada permitida dos níveis de HIDROGÊNIO com a equação -13.6/n²

Para que um elétron salte de um estado fundamental e vá ao 1° excitado ele precisa ganhar energia exatamente igual a necessária de acordo com a 2n² ex: 10,2 eV.

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Postulados 1 e 2 somente para Hidrogênio

•  Os postulados 1 e 2 continuam a valer para os outros átomos além do hidrogênio, mas os níveis de energia não se obtêm por fórmulas simples.

• Se os comprimentos de onda da luz emitida pelo átomo forem conhecidos, será possível relacioná-los com a freqüência dos fótons e então determinar as diferenças dos níveis de energia dos átomos. Estes níveis foram determinados experimentalmente por espectroscopia.

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O aperfeiçoamento do modelo de Bohr

• Um primeiro ajuste foi proposto em 1916, pelo físico e matemático alemão Arnold Sommerfeld.

• Análises espectroscópicas refinadas mostraram que as linhas espectrais não são simples. Elas apresentam o que é chamado de estrutura fina isto é, consistem em várias linhas componentes que ficam bem próximas. Isso indicava que para um mesmo estado estacionário de energia, níveis de energia deveriam existir sub-níveis de energia (ALMEIDA, BEZERRA, et al., 2011).

O aperfeiçoamento do modelo de BohrSommerfeld propôs que em vez de descrever órbitas circulares, os elétrons descreveriam órbitas elípticas e o núcleo do átomo estaria localizado num dos focos da elipse. Em seu tratamento matemático, ele concluiu que em uma camada eletrônica havia uma órbita circular e (n -1) órbitas elípticas, em que n é o número de camadas. O elétron teria uma quantidade de energia determinada pela distância que tem do núcleo e outra, pelo tipo de órbita descrita. Esse novo modelo ficou conhecido como Bohr – Sommerfel (ALMEIDA, BEZERRA, et al., 2011)

Dualidades onda partícula da material

• Um dos problemas que os físicos enfrentavam era o fato do comportamento da luz poder ser explicado tanto por uma teoria ondulatória como por outra que a considerava uma partícula.

• Afinal a luz é uma onda ou uma partícula? • O que parecia óbvio era que para explicar os fenômenos de difração e interferência da luz

devia-se levar em conta o modelo ondulatório, e para explicar o efeito fotoelétrico tinha de ser levado em conta o modelo de fóton. Bohr em seus estudos, já havia considerado que um modelo era complementar ao outro e ambos deveriam ser considerados no estudo quântico.

• Essa idéia foi ampliada, em 1924, por Louis De Broglie que propôs que não apenas os fótons apresentam características de onda e de partícula, mas sim todas as formas de matéria.

• De Broglie sugeriu que toda partícula está associada a um comprimento de onda l(Lambida), que poderia ser determinado pela equação:(ALMEIDA, BEZERRA, et al., 2011)

•

Dualidades onda partícula da material Com essa equação, De Broglie representava sua hipótese da natureza dual da matéria. O caráter ondulatório estaria representado pelo comprimento de onda lambida e o caráter corpuscular, pela quantidade de movimento m. v. Até aquela época ainda não havia dados experimentais que demonstrassem a natureza dual dos elétrons, mas após a hipótese de De Broglie dois físicos norte-americanos

O Princípio da Incerteza Heisenberg

• O desenvolvimento desse novo modelo deve-se a várias cientistas, dentre eles o francês De Broglie e o alemão Heisenberg.

• Em 1926, Werner Karl Heisenberg demonstrou, usando os conceitos quânticos (mecânica quântica), que é impossível determinar, simultaneamente, com absoluta precisão, a velocidade e a posição de um elétron em um átomo.

• Este princípio, conhecido por Princípio da Incerteza, estabelece que, quanto mais precisamente conhecemos a posição do elétron, menos precisamente conhecemos a sua velocidade

O Princípio da Incerteza Heisenberg

• De acordo com o Princípio da Incerteza, não se pode afirmar que exista uma órbita definida para o elétron. O mais adequado é considerar que existam regiões, denominadas orbitais, considerados nuvens, em torno do núcleo onde é máxima a probabilidade de se encontrar um elétron (ALMEIDA, BEZERRA, et al., 2011).

• Se quer determinar a posição do elétron, é necessário que a radiação tenha comprimento de onda da ordem da incerteza com que se quer determinar a posição. Neste caso, quanto menor for o comprimento de onda (maior freqüência) maior é a precisão. Contudo, maior será a energia cedida pela radiação (onda ou fóton) em virtude da relação de Planck entre energia e freqüência da radiação (WIKIPEDIA, 2012).

• E=h.v

Função da onde de Schodinger

• A equação de Schrödinger foi aperfeiçoada também pelo físico norte-americano Paul Adrien Maurice Dirac.

• Nas soluções numéricas para a função de onda, proposta por Dirac, ele incorporou números que identificam o nível energético do elétron, denominados números quânticos.

• A caracterização de cada elétron no átomo é feita por meio de quatro números quânticos: principal, secundário (ou azimutal), magnético e spin. Sendo que num mesmo átomo, não existem dois elétrons com os mesmos números quânticos (ALMEIDA, BEZERRA, et al., 2011).

Trituradores de Átomos • O nome próprio é portentoso: Grande Colisor Elétron-Pósitron. O

nome de família não é menos respeitável: super acelerador de partículas. Trata-se do maior instrumento de pesquisa do mundo.

• Serve para estudar a vida íntima do átomo e a origem do Cosmo. • Cerca de 100 metros abaixo do solo, na periferia da cidade de

Genebra, na Suíça, funciona o maior complexo científico já construído no planeta.

• Na superfície, a paisagem da região de fronteira com a França é de um sossegado cartão-postal de outros tempos: pequenos bosques, pastagens e a cordilheira

• São os controladores do LEP, iniciais em inglês de Grande (Colisor) Elétron-Pósitron, um túnel em formato de anel de 27 quilômetros de circunferência e 7 metros de diâmetro (RIBEIRO, 2012).

Trituradores de Átomos

• Nesse proposital curso de colisão, milhares e milhares de partículas e antipartículas, deslocando-se quase à velocidade da luz, acabam por se aniquilar mutuamente, liberando energia equivalente à fissão de quinhentos núcleos de átomos de urânio. Mas esse é apenas um valor teórico: não se trata ali de experiências atômicas, ao menos no sentido comum da expressão.

Estrutura do átomo como sabemos hoje•De fato, com a ajuda dos aceleradores se descobriu que tudo o que existe - rigorosamente tudo - é feito apenas de três famílias de partículas elementares indivisíveis: quarks, léptons e bósons. •Os quarks fazem os nêutrons e prótons no núcleo dos átomos. •Os léptons fazem os elétrons, entre outras coisas. •Os bósons formam uma classe especial de partículas mensageiras, responsáveis pelas interações entre as outras famílias.

Estrutura do átomo como sabemos hoje

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