RADIOPROTEO E DOSIMETRIA:
FUNDAMENTOS
Luiz Tauhata
Ivan Salati
Renato Di Prinzio
Antonieta R. Di Prinzio
INSTITUTO DE RADIOPROTEO E DOSIMETRIA
COMISSO NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR
RIO DE JANEIRO
10a - Reviso Abril/2014
ii
Todos os direitos reservados aos autores
Comisso Nacional de Energia Nuclear
Instituto de Radioproteo e Dosimetria
Av. Salvador Allende, s/n - Barra da Tijuca
Rio de Janeiro - RJ
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Tel.: (21) 2173-2885
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(21) 2173-2300
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Nota: todos os conceitos emitidos e contidos nesta publicao, so de responsabilidade
exclusiva dos autores.
Tauhata, L., Salati, I. P. A., Di Prinzio, R., Di Prinzio, M. A. R. R.
Radioproteo e Dosimetria: Fundamentos - 10 reviso abril/2014 - Rio de
Janeiro - IRD/CNEN.
344p.
ISBN: 978-85-67870-02-1
1.Radiaes 2.Fontes de Radiao Ionizante 3.Interao da Radiao com a
Matria 4.Efeitos Biolgicos da Radiao 5.Grandezas Radiolgicas e
Unidades 6.Detectores de Radiao 7.Noes de Proteo Radiolgica
8.Gerncia de Rejeitos Radioativos 9.Transporte de Materiais Radioativos
10.Anexo A: Normas da CNEN 11.Anexo B: Radiaes Ionizantes e
Legislao para Trabalhadores 12.Anexo C: Determinao de Blindagens
em Radioterapia.
iii
APRESENTAO
Esta uma verso revisada da apostila Radioproteo e Dosimetria:
Fundamentos, preparada para atender aos cursos de treinamento oferecidos pelo
IRD e as pessoas interessadas no assunto.
Nesta 10a Reviso foram atualizados conceitos, principalmente no captulo
de Grandezas Radiolgicas, devido atualizao da Norma CNEN-NN-3.01
Diretrizes Bsicas de Proteo Radiolgica, publicada no Dirio Oficial da Unio
em 01 de setembro de 2011.
Foram includos um captulo relacionado Gerncia de Rejeitos, outro
relativo ao Transporte de Materiais Radioativos e trs anexos sobre Normas da
CNEN, Radiaes Ionizantes e Legislao para Trabalhadores e Determinao
de Blindagens em Radioterapia. Foram ainda adicionadas vrias tabelas de uso
em proteo radiolgica, para facilitar a consulta por parte dos usurios.
Na preparao da apostila, os autores desejam agradecer a todos os
colegas da Diviso de Metrologia de Radionucldeos, principalmente Estela
Maria de Oliveira Bernardes, pela pacincia e colaborao.
A todos que tiverem acesso ao texto, solicitamos sugestes, ementas e
correes, para que possamos elaborar um trabalho aperfeioado e com menor
nmero de falhas ou omisses.
Os autores
iv
NDICE
Relao de Figuras .................................................................................................... xix
Relao de Tabelas .................................................................................................. xxvi
CAPTULO 1
RADIAES ................................................................................................................ 1
1.1. COMPOSIO DA MATRIA E TEORIA ATMICA ............................ 1
1.1.1. Viso macroscpica da matria .......................................................................... 1
1.1.2. Substncias simples e compostas ........................................................................ 1
1.1.3. Fases e estados da substncia ............................................................................. 1
1.1.4. Viso microscpica da matria ........................................................................... 1
1.1.5. A aceitao do tomo .......................................................................................... 2
1.1.6. Lei das propores definidas .............................................................................. 2
1.1.7. Lei das propores mltiplas .............................................................................. 2
1.2. ESTRUTURA DA MATRIA ......................................................................... 2
1.2.1. Composio da matria ....................................................................................... 2
1.2.2. Estrutura do tomo .............................................................................................. 2
1.2.3. Raio atmico ....................................................................................................... 2
1.2.4. Raio inico .......................................................................................................... 3
1.2.5. Estrutura eletrnica ............................................................................................. 3
1.2.6. Energia de ligao eletrnica .............................................................................. 4
1.2.7. Estrutura nuclear ................................................................................................. 5
1.2.8. Notao qumica ................................................................................................. 5
1.2.9. Organizao nuclear ........................................................................................... 5
1.2.10. Tabela de nucldeos .......................................................................................... 6
1.2.11. Istopos, isbaros e istonos ............................................................................ 7
1.2.12. Tabela Peridica ............................................................................................... 8
1.2.13. Preenchimentos das camadas eletrnicas ....................................................... 10
1.2.14. Regra de Hund ................................................................................................ 12
1.3. TRANSIES ................................................................................................ 12
1.3.1. Estados excitados .............................................................................................. 12
1.3.2. Transio eletrnica .......................................................................................... 12
1.3.3. Transio nuclear .............................................................................................. 13
1.3.4. Meia-vida do estado excitado ........................................................................... 13
1.4. ORIGEM DA RADIAO ........................................................................... 15
1.4.1. Ftons ............................................................................................................... 15
1.4.2. Raios X ............................................................................................................. 16
1.5. RADIOATIVIDADE ...................................................................................... 16
1.5.1. Constante de decaimento ............................................................................... 16 1.5.2. Atividade de uma amostra, A ........................................................................... 16
1.5.3. Atividade de uma amostra em um dado instante .............................................. 16
v
1.5.4. Decaimento da atividade com o tempo ............................................................. 17
1.5.5. Unidades de atividade - o becquerel e o curie .................................................. 17
1.5.6. Mltiplos e submltiplos das unidades de atividade ........................................ 18
1.5.7. Meia-vida do radioistopo T1/2 ......................................................................... 18
1.5.8. Vida-mdia do radioistopo, .......................................................................... 18
1.6. RADIAES NUCLEARES ......................................................................... 19
1.6.1. Unidades de energia de radiao ...................................................................... 19
1.6.2. Radiao ........................................................................................................ 19 1.6.2.1. Emisso - ...................................................................................................... 20
1.6.2.2. O neutrino v e o anti-neutrino ..................................................................... 20
1.6.2.3. Equao da transformao do nutron na emisso - ..................................... 20 1.6.2.4. Emisso + ...................................................................................................... 20 1.6.2.5. Caractersticas da emisso beta ...................................................................... 20
1.6.2.6. Emisso de mais de uma radiao beta em um decaimento ........................... 22
1.6.2.7. Emissores puros ........................................................................................... 22 1.6.2.8. Captura eletrnica, EC ................................................................................... 23
1.6.3. Radiao ........................................................................................................ 24 1.6.3.1. Equao da transformao no decaimento alfa .............................................. 24
1.6.3.2. Energia da radiao ..................................................................................... 25 1.6.4. Emisso gama ................................................................................................... 26
1.6.4.1. Caractersticas da emisso gama .................................................................... 26
1.6.4.2. Intensidade relativa de emisso I (branching ratio). .................................... 27 1.6.4.3. Valores de referncia para as energias das radiaes .................................. 28 1.6.5. Intensidade relativa das radiaes e atividade total .......................................... 30
1.6.6. Atividade e decaimento de uma mistura de radionucldeos ............................. 31
1.6.7. Esquema de decaimento de um radionucldeo .................................................. 32
1.7. INTERAES EM PROCESSOS DE DECAIMENTO ............................ 32
1.7.1. Raios X Caractersticos ..................................................................................... 32
1.7.2. Eltrons Auger .................................................................................................. 33
1.7.3. Converso interna ............................................................................................. 33
1.8. RADIAO PRODUZIDA PELA INTERAO DE RADIAO
COM A MATRIA ........................................................................................ 35
1.8.1. Radiao de freamento (Bremsstrahlung) ........................................................ 35
1.8.2. Produo de pares ............................................................................................. 36
1.8.3. Radiao de aniquilao ................................................................................... 36
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS .......................................................... 38
CAPTULO 2
FONTES NATURAIS E ARTIFICIAIS DE RADIAO IONIZANTE ............. 39
2.1. FONTES NATURAIS .................................................................................... 39
2.1.1. Origem dos elementos qumicos ....................................................................... 39
2.1.2. Composio qumica do homem referncia ..................................................... 40
2.1.3. Os elementos radioativos naturais .................................................................... 42
vi
2.1.4. As famlias radioativas ..................................................................................... 42
2.1.5. O radnio e o tornio ........................................................................................ 44
2.1.6. A radiao csmica ........................................................................................... 47
2.2. FONTES ARTIFICIAIS ................................................................................ 47
2.2.1. Tipos de geradores de radiao ......................................................................... 48
2.2.2. Tubos de raios X ............................................................................................... 48
2.2.3. Aceleradores de partcula ................................................................................. 49
2.2.4. Aceleradores de eltrons ................................................................................... 49
2.2.5. Acelerador Van de Graaff ................................................................................. 50
2.2.6. Ciclotrons .......................................................................................................... 51
2.2.6.1. Ciclotrons para produo de radioistopos para medicina ............................. 51
2.2.6.2. O acelerador do Laboratrio Nacional de Luz Sincrotron ............................. 52
2.6.2.3. O Grande Colisor de Hadron (Large Hadron Collider) - LHC ..................... 53
2.2.7. Fontes de nutrons ............................................................................................ 54
2.2.8. Irradiadores com radioistopos ......................................................................... 55
2.2.8.1. Bomba de Cobalto .......................................................................................... 55
2.2.8.2. Fontes para braquiterapia ............................................................................... 55
2.2.8.3. Irradiadores para gamagrafia .......................................................................... 56
2.2.8.4. Irradiador industrial ........................................................................................ 57
2.2.9. Efluentes e precipitaes .................................................................................. 57
2.3. INSTALAES NUCLEARES NO BRASIL ............................................. 59
2.3.1. Reatores nucleares ............................................................................................ 59
2.3.1.1. Reatores de potncia ....................................................................................... 60
2.3.1.2. Reatores de pesquisa ...................................................................................... 63
2.3.2. O ciclo do combustvel nuclear ........................................................................ 63
2.3.2.1. A minerao e extrao do urnio .................................................................. 63
2.3.2.2. Converso para hexafluoreto de urnio (UF6). ............................................... 65
2.3.2.3. O enriquecimento isotpico do urnio ........................................................... 65
2.3.2.4. A fabricao do elemento combustvel .......................................................... 66
2.3.2.5. O reprocessamento do combustvel ................................................................ 67
2.3.2.6. Rejeitos radioativos no ciclo do combustvel ................................................. 68
2.3.2.7. Instalaes nucleares industriais do Ciclo do Combustvel no Brasil ............ 68
2.3.2.8. Instalaes nucleares de pesquisa no Brasil ................................................... 69
2.4. INSTALAES RADIATIVAS NO BRASIL ............................................ 72
2.4.1. Instalaes mdicas .......................................................................................... 72
2.4.1.1. Servios de Radioterapia ................................................................................ 72
2.4.1.2. Servios de Medicina Nuclear ........................................................................ 73
2.4.1.3. Instalaes de produo de radiofrmacos de meia-vida curta ...................... 73
2.4.2. Instalaes industriais ....................................................................................... 74
2.4.2.1. Instalaes de radiografia industrial ............................................................... 74
2.4.2.2. Indstrias que operam medidores nucleares ................................................... 74
2.4.2.3. Servios de perfilagem de petrleo ................................................................ 74
2.4.2.4. Irradiadores industriais de grande porte ......................................................... 74
2.4.3. Instalaes de pesquisa ..................................................................................... 75
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS .......................................................... 76
vii
CAPTULO 3
INTERAO DA RADIAO COM A MATRIA ............................................. 77
3.1. IONIZAO, EXCITAO, ATIVAO E RADIAO DE
FREAMENTO ................................................................................................ 77
3.1.1. Excitao atmica ou molecular ....................................................................... 77
3.1.2. Ionizao ........................................................................................................... 77
3.1.3. Ativao do ncleo ........................................................................................... 77
3.1.4. Radiao de freamento ..................................................................................... 77
3.2. RADIAES DIRETAMENTE E INDIRETAMENTE
IONIZANTES ................................................................................................. 78
3.2.1. Interao ........................................................................................................... 78
3.2.2. Probabilidade de interao ou seco de choque .............................................. 78
3.3. INTERAO DA RADIAO ELETROMAGNTICA COM A
MATRIA ....................................................................................................... 79
3.3.1. Efeito Fotoeltrico ............................................................................................ 79
3.3.2. Pico de absoro K para o efeito fotoeltrico ................................................... 80
3.3.3. Efeito Compton ................................................................................................. 81
3.3.4. Espalhamento Compton coerente ou efeito Rayleigh ....................................... 83
3.3.5. Formao de par ............................................................................................... 83
3.3.6. Importncia relativa dos efeitos fotoeltrico, Compton e produo de pares ... 84
3.3.7. Coeficiente de atenuao linear total, ............................................................ 85 3.3.8. Coeficiente de atenuao linear em massa ....................................................... 86
3.3.9. Coeficiente de atenuao e seco de choque microscpica ............................ 87
3.3.10. Coeficiente de atenuao linear total de uma mistura ou composto ................. 88
3.3.11. Coeficiente de transferncia de energia ............................................................ 88
3.3.12. Coeficiente de absoro de energia .................................................................. 89
3.4. INTERAO DE NUTRONS COM A MATRIA ................................. 89
3.4.1. Classificao da energia dos nutrons .............................................................. 90
3.4.2. Tipos de interao com nutrons ...................................................................... 91
3.4.2.1. Ativao com nutrons ................................................................................... 92
3.4.2.2. Reao de fisso nuclear ................................................................................ 92
3.5. INTERAO DAS RADIAES DIRETAMENTE IONIZANTES
COM A MATRIA ........................................................................................ 94
3.5.1. Radiaes diretamente ionizantes ..................................................................... 94
3.5.2. Poder de freamento ........................................................................................... 95
3.5.3. Poder de freamento de coliso e de radiao .................................................... 96
3.5.4. Poder de freamento restrito ou LET ................................................................. 96
3.5.5. Alcance de partculas carregadas em um material (range) ............................... 96
3.5.5.1. Alcance mdio ................................................................................................ 96
3.5.5.2. Alcance extrapolado ....................................................................................... 97
3.5.5.3. Alcance mximo ............................................................................................. 97
3.6. INTERAO DE ELTRONS COM A MATRIA .................................. 97
3.6.1. Alcance para eltrons monoenergticos ........................................................... 98
viii
3.6.2. Atenuao das partculas beta ........................................................................... 99
3.6.3. Alcance das partculas beta ............................................................................. 100
3.6.4. Poder de freamento para eltrons de alta energia ........................................... 101
3.6.5. Valor efetivo de (Z/A) de um material ........................................................... 102
3.7. INTERAO DAS PARTCULAS COM A MATRIA ...................... 102 3.7.1. Alcance das partculas ................................................................................. 103 3.7.2. Alcance e atenuao das radiaes no ar e no tecido humano........................ 103
3.8. INTERAO DE FRAGMENTOS DE FISSO COM A MATRIA ... 104
3.8.1. Alcance de fragmentos de fisso .................................................................... 105
3.9. TEMPO DE PERCURSO ............................................................................ 105
3.10. PROCESSOS INTEGRADOS DE INTERAO: DISSIPAO DE
ENERGIA ...................................................................................................... 105
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ........................................................ 107
CAPTULO 4
EFEITOS BIOLGICOS DA RADIAO .......................................................... 108
4.1. ESTRUTURA E METABOLISMO DA CLULA ................................... 108
4.1.1. Estrutura bsica da clula ............................................................................... 108
4.1.2. Metabolismo celular ....................................................................................... 109
4.1.3. Fases da vida celular ....................................................................................... 109
4.1.3.1. O ciclo celular .............................................................................................. 109
4.1.3.2. Reproduo celular ....................................................................................... 110
4.2. INTERAO DA RADIAO COM O TECIDO BIOLGICO .......... 111
4.2.1. Formas e tipos de irradiao ........................................................................... 111
4.2.1.1. Exposio nica, fracionada ou peridica .................................................... 112
4.2.1.2. Exposio de corpo inteiro, parcial ou colimada ......................................... 113
4.2.1.3. Exposio a feixes intensos, mdios e fracos ............................................... 113
4.2.1.4. Exposio a ftons, partculas carregadas ou a nutrons ............................. 113
4.2.2. Danos celulares ............................................................................................... 114
4.2.3. Mutaes ......................................................................................................... 116
4.2.4. Modificao celular pela radiao .................................................................. 116
4.2.5. Morte celular ................................................................................................... 117
4.2.6. Curvas de sobrevivncia ................................................................................. 117
4.2.7. Detrimento ...................................................................................................... 118
4.2.8. Risco do efeito biolgico induzido pela radiao ionizante ........................... 118
4.2.9. Detectabilidade epidemiolgica ...................................................................... 119
4.3. ETAPAS DA PRODUO DO EFEITO BIOLGICO PELA
RADIAO .................................................................................................. 119
4.3.1. Efeitos fsicos .................................................................................................. 119
4.3.2. Efeitos qumicos ............................................................................................. 120
ix
4.3.3. Efeitos biolgicos ........................................................................................... 121
4.3.4. Efeitos orgnicos - Doenas ........................................................................... 122
4.4. RADIOSSENSIBILIDADE DOS TECIDOS ............................................. 123
4.4.1. Efetividade biolgica relativa - RBE .............................................................. 123
4.4.2. Transferncia linear de energia - LET ............................................................ 124
4.4.3. Radiaes de baixo LET ................................................................................. 125
4.4.4. Induo de cncer pelas radiaes de baixo LET ........................................... 125
4.4.5. Radiaes de alto LET .................................................................................... 126
4.4.6. Induo de cncer pelas radiaes de alto LET .............................................. 126
4.4.7. Fator de eficincia da dose e da taxa de dose - DDREF ................................. 127
4.4.8. O fator de reduo DDREF ............................................................................ 127
4.4.9. Obteno do DDREF ...................................................................................... 127
4.5. CLASSIFICAO DOS EFEITOS BIOLGICOS ................................. 128
4.5.1. Denominao dos efeitos biolgicos .............................................................. 128
4.5.2. Efeitos estocsticos ......................................................................................... 128
4.5.3. Efeitos determinsticos .................................................................................... 129
4.5.4. Efeitos somticos ............................................................................................ 130
4.5.5. Efeitos genticos ou hereditrios .................................................................... 130
4.5.6. Efeitos imediatos e tardios .............................................................................. 131
4.6. REVERSIBILIDADE, TRANSMISSIVIDADE E FATORES DE
INFLUNCIA ............................................................................................... 131
4.6.1. Reversibilidade ............................................................................................... 131
4.6.2. Transmissividade ............................................................................................ 132
4.6.3. Fatores de influncia ....................................................................................... 132
4.6.3.1. Idade ............................................................................................................. 132
4.6.3.2. Sexo .............................................................................................................. 133
4.6.3.3. Estado fsico ................................................................................................. 133
4.7. EFEITOS BIOLGICOS PR-NATAIS ................................................... 134
4.8. EFEITOS BIOLGICOS NA TERAPIA .................................................. 136
4.8.1. Radioterapia .................................................................................................... 136
4.8.2. Aplicaes oftalmolgicas e dermatolgicas .................................................. 136
4.8.3. Aplicao de radiofrmacos............................................................................ 136
4.9. SNDROME DE IRRADIAO AGUDA ................................................. 137
4.9.1. Exposies acidentais com altas doses ........................................................... 137
4.9.2. Exposio externa localizada .......................................................................... 138
4.9.3. Exposio de corpo inteiro de um adulto........................................................ 139
4.9.4. Sindrome de irradiao aguda......................................................................... 140
4.9.5. Dose letal para componentes da fauna e flora ................................................ 143
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ........................................................ 144
x
CAPTULO 5
GRANDEZAS RADIOLGICAS E UNIDADES ................................................. 145
5.1. EVOLUO CONCEITUAL DAS GRANDEZAS .................................. 145
5.1.1. A quantificao da radiao ionizante ............................................................ 145
5.1.1.1. Campo de radiao ....................................................................................... 145
5.1.1.2. Grandezas dosimtricas ................................................................................ 145
5.1.1.3. Grandezas limitantes .................................................................................... 145
5.1.1.4. Grandezas operacionais ................................................................................ 146
5.1.1.5. Fatores de converso e condies de medio ............................................. 146
5.1.1.6. ICRP e ICRU ................................................................................................ 146
5.1.2. A notao diferencial ...................................................................................... 147
5.2. PROCEDIMENTO DE DEFINIO DAS GRANDEZAS
RADIOLGICAS ......................................................................................... 147
5.2.1. Exigncia bsicas para a definio de uma grandeza ..................................... 147
5.2.2. Concepes estabelecidas pelas ICRP 26 e ICRP 60 ..................................... 148
5.3. GRANDEZAS RADIOLGICAS .............................................................. 149
5.3.1. Atividade, A .................................................................................................... 149
5.3.2. Fluncia, ...................................................................................................... 150 5.3.3. Exposio, X ................................................................................................... 150
5.3.4. Dose absorvida (Absorbed dose), D ............................................................... 151
5.3.5. Dose equivalente (Dose Equivalent), H, (ICRP 26). ...................................... 151
5.3.6. Dose equivalente num tecido ou rgo (Dose equivalent in a tissue or
organ) Dose HT (ICRP 26) e CNEN-NE-3.01 (1988). ................................... 153
5.3.7. Dose equivalente efetiva (Effective dose equivalent), HE (ICRP 26). ............ 153
5.3.8. Kerma, K ......................................................................................................... 154
5.3.9. Dose absorvida comprometida (Committed absorbed dose), D() ................. 154 5.3.10. Dose equivalente comprometida num tecido (Committed equivalent dose
in a tissue), HT() (ICRP 26) .......................................................................... 154
5.3.11. Dose efetiva comprometida (Committed effective dose), HE) (ICRP 26). ... 155 5.3.12. Dose equivalente coletiva num tecido (Collective equivalent dose in a
tissue), ST ........................................................................................................ 155
5.3.13. Dose efetiva coletiva (Collective effective dose), S ........................................ 155
5.4. RELAES ENTRE AS GRANDEZAS ................................................... 155
5.4.1. Relao entre kerma (K) e dose absorvida (D) .............................................. 155
5.4.2. Relao entre kerma de coliso (KC) e a fluncia () .................................... 156 5.4.3. Relao entre exposio (X) e dose absorvida no ar (Dar) ............................. 156
5.4.4. Relao entre dose absorvida no ar (Dar) e em outro material (Dm) ............. 156
5.4.5. Relao entre taxa de exposio () e atividade da fonte (A) ........................ 157
5.4.6. Relao entre dose efetiva (E) e atividade de uma fonte (A) puntiforme ...... 164
5.4.7. Relao entre dose efetiva (E) e atividade (A) por unidade de rea ............... 166
5.4.8. Relao entre dose absorvida na pele (DT) e atividade (A) por unidade de
rea de emissor beta ........................................................................................ 167
5.4.9. Relao entre dose efetiva (E) e atividade (A) de radionucldeo
incorporada ..................................................................................................... 170
5.5. GRANDEZAS OPERACIONAIS ............................................................... 173
5.5.1. Esfera ICRU .................................................................................................... 173
xi
5.5.2. Campo expandido ........................................................................................... 174
5.5.3. Campo expandido e alinhado .......................................................................... 174
5.5.4. Grandezas operacionais para monitorao de rea ......................................... 174
5.5.4.1. Equivalente de dose ambiente (Ambient dose equivalent) H*(d) ................. 174
5.5.4.2. Equivalente de dose direcional (Directional dose equivalent), H(d,) ...... 174 5.5.5. Grandeza operacional para monitorao individual ....................................... 175
5.5.5.1. Equivalente de dose pessoal (Individual dose equivalent), Hp(d) ............... 175
5.5.5.2. Equivalente de dose para ftons (Photon dose equivalent), HX ................... 175
5.5.6. Relaes entre as grandezas limitantes e operacionais ................................... 176
5.6. GRANDEZAS DEFINIDAS NA ICRP 60, EM SUBSTITUIO S
DA ICRP 26, E INCLUDAS NA NORMA CNEN-NN-3.01 (2011). ....... 177
5.6.1. Dose equivalente (Equivalent dose), HT ......................................................... 177
5.6.2. Dose efetiva (Effective dose), E ...................................................................... 177
5.6.3. Outras grandezas que mudaram de denominao ........................................... 178
5.7. COEFICIENTE DE RISCO, F .................................................................... 178
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ........................................................ 180
CAPTULO 6
DETECTORES DE RADIAO ........................................................................... 181
6.1. PRINCPIOS DE OPERAO DOS DETECTORES DE
RADIAO .................................................................................................. 181
6.1.1. Detectores de radiao .................................................................................... 181
6.1.2. Propriedades de um detector ........................................................................... 181
6.1.3. Eficincia de um detector ............................................................................... 182
6.1.3.1. Eficincia intrnseca do detector .................................................................. 182
6.1.3.2. Eficincia absoluta de um detector ............................................................... 182
6.1.4. Fatores que definem a escolha de detectores .................................................. 183
6.1.4.1. Tipo da radiao ........................................................................................... 183
6.1.4.2. Intervalo de tempo de interesse .................................................................... 183
6.1.4.3. Preciso, exatido, resoluo........................................................................ 183
6.1.4.4. Condies de trabalho do detector ............................................................... 183
6.1.4.5. Tipo de informao desejada ........................................................................ 184
6.1.4.6. Caractersticas operacionais e custo ............................................................. 184
6.1.5. Especificaes para monitores, dosmetros e sistemas de calibrao ............. 184
6.1.5.1. Monitor de radiao...................................................................................... 184
6.1.5.2. Dosmetro ..................................................................................................... 185
6.1.5.3. Sistema de calibrao ................................................................................... 185
6.1.5.4. Detector para medio de uma grandeza por definio ............................... 186
6.2. DETECO UTILIZANDO EMULSES FOTOGRFICAS .............. 186
6.2.1. Emulses fotogrficas ..................................................................................... 186
6.2.2. Mecanismo de interao da radiao com as emulses fotogrficas .............. 187
6.2.3. Interao de ftons e nutrons com a emulso fotogrfica ............................. 187
6.2.4. Aplicaes da dosimetria com emulses fotogrficas .................................... 187
xii
6.2.4.1. Monitorao pessoal de radiao X e gama ................................................. 187
6.2.4.2. Uso em raio X diagnstico ........................................................................... 188
6.2.4.3. Gamagrafia ................................................................................................... 189
6.3. DETECTORES TERMOLUMINESCENTES .......................................... 189
6.3.1. O mecanismo da termoluminescncia ............................................................ 189
6.3.2. Utilizao na deteco e dosimetria de radiao ............................................ 190
6.3.3. Principais materiais termoluminescentes ........................................................ 190
6.3.4. Leitor de TLD ................................................................................................. 190
6.4. DETECTORES GS ................................................................................ 191
6.4.1. Uso de gases como detectores ........................................................................ 191
6.4.2. Energia mdia para formao de um par de ons (W) em um gs .................. 191
6.4.3. Formao de pulso de tenso ou de corrente em detectores gs .................. 192
6.4.4. Regies de operao para detectores gs ..................................................... 192
6.4.4.1. Regio inicial no-proporcional ................................................................... 193
6.4.4.2. Regio de saturao de ons ......................................................................... 193
6.4.4.3. Regio proporcional ..................................................................................... 193
6.4.4.4. Regio de proporcionalidade limitada .......................................................... 194
6.4.4.5. Regio Geiger-Mller................................................................................... 194
6.4.4.6. Regio de descarga contnua ........................................................................ 194
6.4.5. Cmaras de ionizao ..................................................................................... 194
6.4.6. Detectores proporcionais ................................................................................ 198
6.4.7. Detectores Geiger-Mller ............................................................................... 199
6.5. DETECTORES CINTILAO .............................................................. 200
6.5.1. Caractersticas importantes de materiais cintiladores ..................................... 201
6.5.2. Eficincia de cintilao ................................................................................... 201
6.5.3. Emisso de luz em materiais cintiladores inorgnicos ................................... 201
6.5.4. A vlvula fotomultiplicadora .......................................................................... 202
6.5.5. Materiais cintiladores ...................................................................................... 204
6.5.5.1. O iodeto de sdio .......................................................................................... 204
6.5.5.2. O iodeto de csio .......................................................................................... 204
6.5.5.3. O germanato de bismuto............................................................................... 205
6.5.5.4. Sulfeto de zinco ativado ............................................................................... 205
6.5.6. Emisso de luz em materiais cintiladores orgnicos ...................................... 205
6.5.7. Materiais cintiladores orgnicos ..................................................................... 206
6.5.8. Cintiladores plsticos ...................................................................................... 206
6.6. DETECTORES CINTILAO LQUIDA ............................................ 207
6.6.1. A soluo cintiladora ...................................................................................... 207
6.6.1.1. Solues cintiladoras comerciais.................................................................. 208
6.6.2. Processo de converso de energia em luz ....................................................... 208
6.6.2.1. A migrao de energia no solvente .............................................................. 209
6.6.2.2. A migrao de energia do solvente para o soluto ......................................... 209
6.6.2.3. A transferncia de energia do solvente para o soluto primrio .................... 210
6.6.2.4. A transferncia de energia para o soluto secundrio .................................... 210
6.6.3. Processo quantitativo de deteco com cintilao lquida .............................. 210
6.6.4. Agente extintor ............................................................................................... 213
6.6.5. Equipamento de cintilao lquida .................................................................. 213
xiii
6.7. DETECTORES UTILIZANDO MATERIAIS SEMICONDUTORES ... 216
6.7.1. Formao de pulsos em materiais semicondutores ......................................... 216
6.7.1.1. Materiais isolantes, condutores e semi-condutores ...................................... 216
6.7.1.2. Pares eltrons-buracos .................................................................................. 216
6.7.1.3. Criao de doadores e receptores em um material ....................................... 217
6.7.1.4. Interao da radiao com o material semicondutor .................................... 217
6.7.1.5. Juno p-n..................................................................................................... 218
6.7.1.6. Regio de depleo ....................................................................................... 218
6.7.1.7. Polarizao reversa ....................................................................................... 218
6.7.2. Detectores de diodos de silcio ....................................................................... 218
6.7.3. Detectores de germnio .................................................................................. 219
6.7.3.1. Blindagem do detector.................................................................................. 219
6.7.3.2. Blindagem do Dewar .................................................................................... 220
6.7.4. Detector de barreira de superfcie ................................................................... 220
6.7.5. Detectores de silcio-ltio ................................................................................ 220
6.7.6. Detectores de telureto de cdmio .................................................................... 222
6.7.7. Detectores de telureto de zinco e cdmio - CZT ............................................ 222
6.8. CALIBRAO DE DETECTORES: RASTREABILIDADE ................. 223
6.9. TEORIA DE BRAGG-GRAY ..................................................................... 223
6.10. CADEIAS DE MEDIO - PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS
AUXILIARES ............................................................................................... 224
6.10.1. Processamento de sinais em uma cadeia de medio ..................................... 224
6.10.2. Padres de instrumentao ............................................................................. 224
6.10.3. Pulso linear e pulso lgico .............................................................................. 224
6.10.4. Fonte de tenso (detector bias voltage supplier). ........................................... 225
6.10.5. Pr-amplificador (preamplifier) ...................................................................... 225
6.10.6. Amplificador linear (linear amplifier). ........................................................... 226
6.10.7. Discriminador integral (integral discriminator). ............................................ 226
6.10.8. Discriminador diferencial ou analisador monocanal (single-channel
analyzer) - SCA .............................................................................................. 226
6.10.9. Gerador de retardo (delay generator). ............................................................ 226
6.10.10. Gatilho (gate) ............................................................................................... 227
6.10.11. Coincidncia (coincidence unit). .................................................................. 227
6.10 12. Conversor tempo-amplitude (Time to amplitude converter) - TAC ............. 227
6.10.13. Temporizador (timer) ................................................................................... 228
6.10.14. Contador (scalers ou counters). ................................................................... 228
6.10.15. Analisador multicanal (multichannel analyzer) - MCA ............................... 228
6.10.16. Diagrama de blocos ...................................................................................... 229
6.10.17. Sistema de calibrao absoluta (Triple to Double Coincidence Ratio) -
TDCR ........................................................................................................... 230
6.10.18. Hierarquia dos sistema metrolgicos ........................................................... 230
6.11. INCERTEZAS ASSOCIADAS S MEDIES ....................................... 231
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ........................................................ 233
xiv
CAPTULO 7
NOES DE PROTEO RADIOLGICA ...................................................... 234
7.1. SEGURANA E PROTEO RADIOLGICA ...................................... 234
7.1.1. Conceito de Proteo Radiolgica .................................................................. 234
7.1.1.1. Proteo Radiolgica do Ecossistema .......................................................... 234
7.1.1.2. Avaliao de Impacto Ambiental ................................................................. 235
7.1.1.3. NORM e TENORM ..................................................................................... 235
7.1.2. Conceito de Segurana Radiolgica ............................................................... 236
7.1.3. Segurana domstica e externa ....................................................................... 236
7.2. PRINCPIOS DE PROTEO RADIOLGICA .................................... 237
7.2.1. Justificao ..................................................................................................... 237
7.2.2. Otimizao ...................................................................................................... 237
7.2.3. Limitao da dose individual .......................................................................... 238
7.2.4. Limites primrios ............................................................................................ 239
7.2.4.1. Limites secundrios, derivados e autorizados .............................................. 240
7.2.4.2. Nveis de referncia ...................................................................................... 241
7.2.4.3. Classificao da reas de trabalho ................................................................ 242
7.2.4.4. Exposio crnica do pblico....................................................................... 243
7.2.4.5. Bandas de dose efetiva ................................................................................. 243
7.3. SITUAES DE EMERGNCIA .............................................................. 244
7.3.1. Sistema de triagem de pblico ........................................................................ 245
7.4. CUIDADOS DE PROTEO RADIOLGICA ...................................... 246
7.4.1. Tempo ............................................................................................................. 246
7.4 2. Distncia ......................................................................................................... 247
7.4.3. Blindagem ....................................................................................................... 247
7.4.4. Blindagem de uma instalao ......................................................................... 247
7.4.5. Blindagem para diferentes tipos de radiao .................................................. 248
7.4.5.1. Blindagem para nutrons .............................................................................. 248
7.4.5.2. Blindagem para partculas carregadas .......................................................... 248
7.4.5.3. Blindagem para raios X e gama ................................................................... 249
7.4.5.4. Camada semi-redutora .................................................................................. 250
7.4.5.5. Fator de reduo ou atenuao ..................................................................... 254
7.4.5.6. Fator de crescimento (build up).................................................................... 254
7.5. O PLANO DE PROTEO RADIOLGICA ......................................... 255
7.5.1. Responsabilidades do titular (direo) da instalao ...................................... 256
7.5.2. Responsabilidades do supervisor de proteo radiolgica - SPR ................... 256
7.5.3. Responsabilidades dos IOE da instalao ....................................................... 257
7.6. ATIVIDADES DO SERVIO DE PROTEO RADIOLGICA ........ 257
7.7. REGRAS PRTICAS DE PROTEO RADIOLGICA ..................... 257
7.7.1. Equipamentos e instalaes ............................................................................ 257
7.7.2. Planejamento da atividade .............................................................................. 258
xv
7.7.3. Procedimentos operacionais ........................................................................... 258
7.7 4. Gerncia de rejeitos ........................................................................................ 258
7.7.5. Segurana e acidentes ..................................................................................... 259
7.8. O SMBOLO DA RADIAO ................................................................... 259
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ........................................................ 261
CAPTULO 8
GERNCIA DE REJEITOS RADIOATIVOS ...................................................... 262
8.1. REJEITOS RADIOATIVOS E DEPSITOS DE REJEITOS ................ 262
8.2. CLASSIFICAO DOS REJEITOS RADIOATIVOS ............................ 263
8.3. REQUISITOS BSICOS DA GERNCIA DE REJEITOS
RADIOATIVOS ............................................................................................ 263
8.4. DISPENSA DE REJEITOS .............................................................................. 265
8.4.1. Rejeitos lquidos ............................................................................................. 265
8.4.2. Rejeitos slidos ............................................................................................... 265
8.4.3. Rejeitos gasosos .............................................................................................. 266
8.4.4. Dispensa de efluentes em instalaes nucleares e minero-industriais ............ 266
8.5. CONDIES PARA UM DEPSITO DE REJEITOS ........................... 266
8.6. REGISTROS E INVENTRIOS ................................................................ 267
8.7. TRANSFERNCIA DE REJEITOS RADIOATIVOS DE UMA
INSTALAO PARA OUTRA .................................................................. 267
8.8. PLANO DE GERENCIAMENTO DE REJEITOS RADIOATIVOS ..... 267
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ........................................................ 270
CAPTULO 9
TRANSPORTE DE MATERIAL RADIOATIVO ................................................ 271
9.1. INTRODUO ............................................................................................. 271
9.2. NORMA CNEN-NE-5.01: TRANSPORTE DE MATERIAL
RADIOATIVO .............................................................................................. 271
9.3. ESPECIFICAES DOS MATERIAIS RADIOATIVOS PARA
TRANSPORTE ............................................................................................. 272
xvi
9.3.1. Materiais radioativos em forma especial ........................................................ 273
9.3.2. Material radioativo em outras formas ............................................................. 273
9.3.3. Embalados para transporte de material radioativo .......................................... 273
9.3.4. Limite da atividade para transporte de material radioativo ............................ 273
9.3.4.1. Limite para embalados exceptivos ............................................................... 274
9.3.4.2. Limite para embalados do Tipo A ................................................................ 274
9.3.4.3. Limite para embalados do Tipo B ................................................................ 274
9.4. PARA EMBALADOS .................................................................................. 276
9.4.1. Embalados do Tipo A ..................................................................................... 276
9.4.2. Embalados do Tipo B ..................................................................................... 276
9.5. REQUISITOS DE CONTROLE DURANTE O TRANSPORTE ............ 277
9.5.1. ndice de transporte ......................................................................................... 277
9.5.2. Categorias de embalados ................................................................................ 278
9.5.3. Rtulos, marcas e placas ................................................................................. 279
9.5.4. Requisitos especficos para transporte terrestre .............................................. 280
9.5.5. Documentao para transporte de material radioativo ................................... 281
9.5.6. Emergncia no transporte de material radioativo ........................................... 282
9.6. RESPONSABILIDADES DURANTE O TRANSPORTE ........................ 282
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ........................................................ 284
ANEXO A
NORMAS DA CNEN ............................................................................................... 285
A.1. GRUPO 1: INSTALAES NUCLEARES ............................................. 285
A.2. GRUPO 2: CONTROLE DE MATERIAIS NUCLEARES,
PROTEO FSICA E CONTRA INCNDIO ........................................ 286
A.3. GRUPO 3: PROTEO RADIOLGICA .............................................. 286
A.4. GRUPO 4: MATERIAIS, MINRIOS E MINERAIS NUCLEARES ... 287
A.5. GRUPO 5: TRANSPORTE DE MATERIAIS RADIOATIVOS ............. 288
A.6. GRUPO 6: INSTALAES RADIATIVAS ............................................. 288
A.7. GRUPO 7: CERTIFICAO E REGISTRO DE PESSOAS .................. 288
A.8. GRUPO 8: REJEITOS RADIOATIVOS ................................................... 289
A.9. GRUPO 9: DESCOMISSIONAMENTO ................................................... 289
ANEXO B
RADIAES IONIZANTES E LEGISLAO PARA TRABALHADORES . 290
xvii
B.1. INTRODUO ............................................................................................. 290
B.1.1. Aspectos histricos ......................................................................................... 290
B.1.2. Atividades com radiaes ionizantes na CLT ................................................ 291
B.1.2.1. Normas regulamentadoras as radiaes ionizantes ....................................... 292
B.1.2.2. Aposentadoria especial para IOE na CLT .................................................... 292
B.1.2.3. Acidente de trabalho e doena profissional na CLT .................................... 293
B.1.3. Atividades com radiaes ionizantes no Regime Jurdico nico ................... 293
B.2. NORMAS E DISPOSIES PARA AS RADIAES IONIZANTES .. 294
B.2.1. Consideraes em torno da Lei 8.270 ............................................................. 294
B.2.2. Compensaes cumulativas na forma de gratificao e adicional .................. 295
B.2.2.1. Orientao SEGEP/MPOG N 6 e Laudo Tcnico....................................... 296
B.2.2.1.1. Necessidade de Laudo Tcnico .................................................................. 296
B.3. RISCO POTENCIAL E O ADICIONAL DE IRRADIAO
IONIZANTE ................................................................................................. 297
B.3.1. A concepo do Decreto 877/93 ..................................................................... 297
B.3.2. Modelos propostos .......................................................................................... 297
B.3.2.1. Risco operacional e risco em situao de emergncia ................................. 298
B.4. CRITRIOS E DISCUSSES .................................................................... 299
B.4.1. Adicional de irradiao ionizante ................................................................... 299
B.4.1.1. Complicaes administrativas para enquadramento .................................... 300
B.4.2. Gratificao por trabalho com raios X ou substncias radioativas ................. 301
B.4.2.1. Gratificao para IOE ................................................................................... 301
B.4.3. Frias especficas ............................................................................................ 302
B.4.4. Aposentadoria especial para IOE no servio pblico ..................................... 303
B.4.4.1. Nova contagem ............................................................................................. 304
B.4.4.2. Requerimento ............................................................................................... 304
B.4.4.3. Acidente de trabalho no RJU........................................................................ 304
B.5. CONCLUSES ............................................................................................. 304
B.6. GLOSSRIO DE TERMOS BSICOS UTILIZADOS EM
PROTEO RADIOLGICA ................................................................... 307
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ........................................................ 310
ANEXO C
DETERMINAO DE BLINDAGENS EM RADIOTERAPIA ......................... 312
C.1. CLASSIFICAO DE REAS .................................................................. 312
C.2. MONITORAO DE REAS ................................................................... 312
C.3. CLCULO DE BLINDAGEM EM INSTALAES DE
RADIOTERAPIA ......................................................................................... 313
xviii
C.3.1. Estabelecendo a dose para a rea ocupada (dose semanal) para a rea
ocupada ........................................................................................................... 314
C.3.2. Clculo das doses de radiao na rea ocupada, sem a blindagem................. 315
C.3.3. Atenuao do feixe de radiao pela blindagem ............................................ 316
C.3.4. Transmisso da radiao primria .................................................................. 318
C.3.4.1. Fator de transmisso da barreira primria .................................................... 318
C.3.4.2. Largura da barreira primria......................................................................... 319
C.3.5. Transmisso da radiao espalhada - Barreiras secundrias .......................... 320
C.3.6. Transmisso da radiao pela porta da sala - labirinto ................................... 329
C.3.6.1. Aceleradores com energia menor ou igual a 10 MeV .................................. 329
C.3.6.2. Consideraes para produo de nutrons em aceleradores de partculas
de alta energia ............................................................................................... 333
C.3.6.3. Aceleradores com energia maior ou igual a 10 MeV ................................... 334
C.3.7. Otimizao das barreiras ................................................................................. 339
C.4. EXERCCIOS ............................................................................................... 341
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ........................................................ 343
xix
RELAO DE FIGURAS
Figura 1.1 - Representao de modelos atmicos: a) geomtrica, onde os orbitais
so trajetrias geomtricas percorridas por eltrons; b) quntica,
onde os orbitais so representados por nuvens envolvendo o ncleo,
onde para cada posio geomtrica existe uma probabilidade
associada de encontrar o eltron ................................................................ 4
Figura 1.2 - Energia necessria para ionizao dos tomos em funo de Z ................ 4
Figura 1.3 - Ocupao dos nveis de energia de um ncleo representado por um
poo de potencial atrativo (energia negativa). .......................................... 5
Figura 1.4 - Energia de ligao nuclear por partcula. Os valores mais
proeminentes correspondem aos ncleos com camadas nucleares
completas de prtons ou de nutrons (nmeros mgicos). ........................ 6
Figura 1.5 - Tabela de Nucldeos. ................................................................................. 6
Figura 1.6 - Representao de um segmento transversal da regio da superfcie
(Z,N) de distribuio dos nucldeos, onde no eixo vertical esto
representados os valores da energia de ligao dos nucldeos .................. 7
Figura 1.7 - Segmento da Tabela de Nucldeos mostrando istopos, isbaros e
istonos. ..................................................................................................... 8
Figura 1.8 - Tabela Peridica dos elementos qumicos. ............................................... 9
Figura 1.9 - Diagrama de Linus Pauling para distribuio dos eltrons segundo os
nveis de energia ...................................................................................... 12
Figura 1.10 - Representao de uma transio eletrnica, resultando na emisso de
um fton de luz ou raio X caracterstico. ................................................ 13
Figura 1.11 - Raios X caractersticos originados nas transies entre nveis
eletrnicos. .............................................................................................. 13
Figura 1.12 - Curva representativa do decaimento de um radiostopo em funo
do tempo e seus principais parmetros. ................................................... 17
Figura 1.13 - Emisso ................................................................................................ 19 Figura 1.14 - Espectro de distribuio em energia de um processo de emisso . ....... 21 Figura 1.15 - Esquema de decaimento para caminhos alternativos de decaimento . .. 22 Figura 1.16 - Representao do processo de captura eletrnica e da emisso de raio
X caracterstico. ....................................................................................... 23
Figura 1.17 - Representao da emisso de uma partcula por um ncleo. ............... 24 Figura 1.18 - Espectro das radiaes alfa com energias entre 5,389 MeV e 5,545
MeV, emitidas pelo 241Am, e obtido com detector de barreira de
superfcie ................................................................................................. 25
Figura 1.19 - Representao da emisso da radiao gama pelo ncleo. ..................... 26
Figura 1.20 - Espectro das radiaes gama do 60Co obtido com o detector de
germnio puro. ........................................................................................ 28
Figura 1.21 - Esquema de decaimento do radionucldeo X, indicando os valores
das probabilidades de emisso das radiaes beta e gama. ..................... 31
Figura 1.22 - Esquema de decaimento do 60Co. ............................................................ 32
Figura 1.23 - Representao do processo de converso interna ................................... 33
Figura 1.24 - Espectro de raios X de freamento com raios X caractersticos para
voltagem de pico de 60, 90 e 120 kV. ..................................................... 36
Figura 2.1 - Concentrao mdia dos elementos qumicos componentes da crosta
terrestre .................................................................................................... 40
Figura 2.2 - Srie radioativa do 232Th. ........................................................................ 43
Figura 2.3 - Srie radioativa parcial do 238U. .............................................................. 43
xx
Figura 2.4 - Exposio do homem radiao ionizante. ............................................ 44
Figura 2.5 - Variao da concentrao do radnio e tornio com a altura em
relao ao solo. ........................................................................................ 45
Figura 2.6 - Variao da concentrao de radnio e tornio durante o dia ................ 45
Figura 2.7 - Variao da concentrao de radnio e tornio durante o ano. .............. 46
Figura 2.8 - Concentrao de 222Rn no Rio de Janeiro, no vero de 1997. ................. 46
Figura 2.9 - Concentrao de 222Rn no Rio de Janeiro, no inverno de 1997. ............. 47
Figura 2.10 - Esquema de uma mquina geradora de raios X. ..................................... 48
Figura 2.11a - Esquema de um acelerador linear de eltrons. ...................................... 49
Figura 2.11b - Acelerador de eltrons usado em terapia de cncer em hospitais. ........ 50
Figura 2.12 - Esquema de um acelerador eletrosttico do tipo Van de Graaff: (1)
Fonte de tenso contnua; (2) Fita de isolamento; (3) Terminal de
alta voltagem; (4) Tanque pressurizado com gs isolante; (5) Fonte
de ons; (6) Tubo de acelerao e anis de equalizao do campo; (7)
Feixe de ons acelerados; (8) Bomba de vcuo; (9) Magneto para
reflexo e anlise do feixe; (10) Sistema de disperso do feixe
conforme a energia; (11) Amplificador de sinal; (12) Pontos de
efeito corona ............................................................................................ 51
Figura 2.13 - Esquema de um cclotron e equipamento instalado no Instituto de
Pesquisas Energticas e Nucleares - IPEN - utilizado para a produo
de radioistopos. ...................................................................................... 52
Figura 2.14 - Esquema do Grande Colisor de Hadrons (Large Hadron Collider) -
LHC - e vista interna com um segmento do tubo de acelerao de 3
m de dimetro. Quatro grandes experimentos so realizados nos
pontos: ALICE, ATLAS, CMS e LHCb ................................................. 53
Figura 2.15 - Coliso dos feixes de prtons para a possvel produo do Boson de
Higgs ....................................................................................................... 54
Figura 2.16 - Esquema de uma fonte de nutrons de Pu-Be de um medidor de
nvel. ........................................................................................................ 54
Figura 2.17 - Corte de um cabeote de uma bomba de 60Co - modelo Theratron 780
usado em radioterapia. ............................................................................. 55
Figura 2.18 - Foto de um irradiador de 192Ir e esquema de guarda da fonte no
irradiador e respectiva blindagem ........................................................... 56
Figura 2.19 - Esquema de um irradiador industrial ...................................................... 57
Figura 2.20 - 543 testes nucleares atmosfricos e 1876 testes subterrneos
realizados nos perodos de 1945 a 1980 e 1955 a 1998
respectivamente, por diversos pases (UNSCEAR 2000). ...................... 58
Figura 2.21 - Concentraes de 137Cs e 90Sr na dieta alimentar dos habitantes dos
hemisfrios Norte e Sul. .......................................................................... 59
Figura 2.22 - Dose efetiva anual per capita para os indivduos da populao
mundial no perodo de 1945 a 2005. ....................................................... 59
Figura 2.23 - Esquema de um reator de potncia do tipo PWR .................................... 61
Figura 2.24 - Reator nuclear do tipo de Angra 2. ......................................................... 61
Figura 2.25 - Esquema do ciclo do combustvel. .......................................................... 64
Figura 2.26 - Elemento combustvel ............................................................................. 67
Figura 2.27 -Tipos de instalaes radiativas no Brasil ................................................. 72
Figura 3.1 - Modos de interao da radiao com a matria ...................................... 78
Figura 3.2 - Representao do efeito fotoeltrico ....................................................... 79
Figura 3.3 - Valores de seco de choque para efeito fotoeltrico para o chumbo,
em funo da energia da radiao. .......................................................... 81
xxi
Figura 3.4 - Representao do efeito Compton ........................................................... 82
Figura 3.5 - Valores de seo de choque para espalhamento Compton (e) em funo da energia do fton; ea a seo de choque de absoro e es de espalhamento da radiao no Efeito Compton. .................................. 83
Figura 3.6 - Representao do efeito de produo de pares. ....................................... 84
Figura 3.7 - Importncia relativa dos diversos processos de interao dos ftons
com a matria em funo da energia do fton e do nmero atmico
do material. .............................................................................................. 85
Figura 3.8 - Probabilidade relativa de diferentes efeitos para ftons de diferentes
energias no carbono e no chumbo. .......................................................... 85
Figura 3.9 - Atenuao de um feixe de ftons por um material de espessura X. ........ 86
Figura 3.10 - Contribuio relativa dos diversos efeitos produzidos pela interao
da radiao num material para o coeficiente de atenuao linear total. .. 87
Figura 3.11 - Representao da fisso em cadeia autossustentvel induzida pela
absoro de nutrons, num reator nuclear. .............................................. 93
Figura 3.12 - Variao do stopping power com a energia de partculas incidentes
no silcio e germnio. .............................................................................. 95
Figura 3.13 - Definio do alcance Re e Rm para partculas alfa e eltrons .................. 97
Figura 3.14 - Espalhamento de eltrons em um material. ............................................. 97
Figura 3.15 - Alcance de eltrons monoenergticos. .................................................... 98
Figura 3.16 - Relao alcance x energia para eltrons absorvidos no silcio e no
germnio. ................................................................................................. 98
Figura 3.17 - Alcance de eltrons no silcio ( = 2,33 g.cm-3) e no iodeto de sdio ( = 3,67 g.cm-3), materiais muito usados em detectores. ....................... 99
Figura 3.18 - Atenuao de partculas beta no alumnio, cobre e prata. ..................... 100
Figura 3.19 - Alcance de partculas beta em vrios materiais (com densidade, , em g.cm-3): (1) Ferro = 7,8; (2) Pirex = 2,60; (3) PVC = 1,38; (4)
Plexiglass = 1,18; (5) Ar = 0,0013. ...................................................... .101
Figura 3.20 - Perda de energia de eltrons na matria ................................................ 101
Figura 3.21 - Taxa de perda de energia de partculas alfa na interao com um
meio material. ........................................................................................ 103
Figura 3.22 - Alcance de partculas alfa em vrios materiais (com densidade, , em g.cm-3): (1) Ar = 0,0013; (2) Tecido = 1,0; (3) Alumnio = 2,70; (4)
Cobre = 8,96. ......................................................................................... 103
Figura 3.23 - Processos integrados de interao. ........................................................ 106
Figura 4.1 - Diagramas tpicos de clulas animal e vegetal. ..................................... 108
Figura 4.2 - Representao das fases do ciclo celular e detalhamento da fase
Mittica ................................................................................................. 109
Figura 4.3 - Fases da mitose celular .......................................................................... 111
Figura 4.4 - Modelo de extrapolao linear (curva a) para a correlao entre dose-
efeito biolgico, onde no so contabilizados possveis efeitos de
aumento da probabilidade de ocorrncia na regio de doses baixas
(curva b) ou da existncia de limiares ou de fatores de reduo da
incidncia dos efeitos at ento desconhecidos (curva c). .................... 112
Figura 4.5 - Transformao de clulas expostas radiao do 60Co e nutrons do
espectro de fisso, com exposies nicas e fracionadas. ..................... 113
Figura 4.6 - Quadro representativo dos diversos processos envolvidos na
interao da radiao ionizante com as clulas do tecido humano e o
tempo estimado para sua ocorrncia. .................................................... 115
Figura 4.7 - Alguns tipos de alteraes no cromossoma que podem ser induzidos
xxii
por radiao ionizante. .......................................................................... 115
Figura 4.8 - Tipos de aberraes cromossomiais que podem ser induzidos pela
radiao ionizante. ................................................................................. 116
Figura 4.9 - Curvas de sobrevivncia para clulas de mamferos. ............................ 117
Figura 4.10 - Fases do efeito biolgico produzido pela radiao ionizante. ............... 122
Figura 4.11 - Visualizao do processo de transferncia de energia (dE) por uma
partcula carregada (eltron) em funo da distncia percorrida (dx)
num meio material. ................................................................................ 125
Figura 4.12 - Formas de curvas dose-resposta, para radiaes de baixo e alto LET,
para induo de efeitos estocsticos. ..................................................... 127
Figura 4.13 - Curva de resposta: probabilidade de induo de cncer versus dose
absorvida, do tipo Linear - quadrtica, p = D + D2 .......................... 128 Figura 4.14 - Tempo de latncia para aparecimento de cncer aps irradiao. ........ 129
Figura 4.15 - Relaes tpicas entre dose e gravidade do dano (severidade), para
efeitos determinsticos numa populao. .............................................. 130
Figura 4.16 - Variao da incidncia do cncer de pulmo em trabalhadores de
minas de urnio, fumantes e no fumantes. .......................................... 133
Figura 4.17 - Incorporao preferencial de radioistopos nos tecidos e rgos do
corpo humano, em funo do tipo de composto qumico utilizado,
para produo de imagens em gama-cmaras para diagnstico em
Medicina Nuclear. ................................................................................. 137
Figura 4.18 - Frequncia de cromossomos dicntricos para clulas submetidas
radiao gama do 60Co e a nutrons de vrias energias. ....................... 138
Figura 4.19 - Evoluo mdia de pessoas irradiadas em relao ao tempo e em
funo da dose ....................................................................................... 141
Figura 4.20 - Induo de cncer na tireide na Bielorrssia devido ao acidente
nuclear de Chernobyl, em 1986. ............................................................ 142
Figura 4.21 - Faixas aproximadas de dose aguda letal para vrios grupos
taxonmicos (UNSCEAR, 2008). ......................................................... 143
Figura 5.1 - Representao esquemtica do procedimento de definio das
grandezas e as relaes entre elas estabelecidas no ICRP 26 e
CNEN-NE-3.01 e ICRP 60 e Norma CNEN NN-3.01 de 2011 ............ 149
Figura 5.2 - Valores do fator de converso dose no ar para dose na gua e no
tecido muscular em funo da energia do fton. ................................... 157
Figura 5.3 - Geometria de irradiao da esfera ICRU e o ponto P na esfera, no
qual H*(d) determinado num campo de radiao expandido e
alinhado. ................................................................................................ 174
Figura 5.4 - Geometria de irradiao da esfera ICRU e o ponto P na esfera, no
qual o equivalente de dose direcional obtido no campo de radiao
expandido, com a direo de interesse. ............................................. 175 Figura 6.1 - Disposio dos filtros metlicos e do filme no monitor individual
utilizado pelo IRD ................................................................................. 188
Figura 6.2 - Emisso de luz na termoluminescncia ................................................. 190
Figura 6.3 - Esquema e fotografia de uma leitora TLD ............................................ 191
Figura 6.4 - Regies de operao para detectores gs ............................................ 193
Figura 6.5 - Esquema da cmara de ionizao tipo free-air ...................................... 195
Figura 6.6 - Caneta dosimtrica ................................................................................ 195
Figura 6.7 - Cmara de ionizao, porttil, tipo babyline, com faixa de medio
de 0,1 mR.h-1 a 50 R.h-1 (1 Sv.h-1 a 500 mSv.h-1), para deteco de radiaes X, gama e beta, em instalaes nucleares, clnicas de
xxiii
medicina nuclear, radiodiagnstico e radioterapia. ............................... 196
Figura 6.8 - Cmara de ionizao pressurizada, porttil, para medio de nveis
baixos de radiao X e gama, provenientes da radiao de fundo,
fugas de aparelhos usados em radiodiagnstico e radioterapia e
radiao espalhada ................................................................................. 196
Figura 6.9 - (a)Vista interna da cmara de ionizao Centronic IG-11, do
LNMRI, (b) foto da cmara NPL-CRC-Capintec fabricada pela
Southern Scientific plc, do LNMRI ...................................................... 197
Figura 6.10 - Cmara de extrapolao modelo PTW 23391 ....................................... 197
Figura 6.11 - Dosmetro Farmer modelo 2570A da Nuclear Enterprise ..................... 198
Figura 6.12 - Esquema de um detector proporcional cilndrico. ................................. 198
Figura 6.13 - Detector proporcional porttil para medio de contaminao
superficial. ............................................................................................. 199
Figura 6.14 - Detectores G-M utilizados para medio de taxa de contagem ou
convertidos para .................................................................................... 200
Figura 6.15 - Detector Geiger, tipo pancake, para medio de contaminao
superficial com janela de mylar aluminizado, para radiao alfa, beta
e gama. .................................................................................................. 200
Figura 6.16 - Sonda G-M para deteco beta e gama, com janela metlica muito
fina ......................................................................................................... 200
Figura 6.17 - Estrutura de bandas de energias em um cintilador cristalino ativado ... 202
Figura 6.18 - Elementos bsicos de uma vlvula fotomultiplicadora ......................... 203
Figura 6.19 - Cintilmetro porttil Rad Eye PRD, de alta sensibilidade, utilizado
em atividades de triagem e localizao de fontes emissoras de
radiao gama. ....................................................................................... 203
Figura 6.20 - Espectrmetro gama, com NaI(Tl)+GM e analisador multicanal,
porttil, que permite determinar a energia da radiao, obter o
espectro e identificar o radionucldeo. .................................................. 203
Figura 6.21 - Gama-cmara de duas cabeas, com detector de NaI(Tl) planar de
grandes dimenses, utilizado em diagnstico com radiofrmacos em
rgos e corpo inteiro, em medicina nuclear. ........................................ 204
Figura 6.22 - Sondas de sulfeto de zinco para medio de contaminao superficial
(alfa). ..................................................................................................... 205
Figura 6.23 - Nveis de energia em uma molcula orgnica ....................................... 206
Figura 6.24 - Processo de formao do sinal no cintilador lquido ............................ 212
Figura 6.25 - Estimativa do nmero de fotoeltrons formados a partir da interao
de um eltron de 5 keV com o cintilador lquido .................................. 212
Figura 6.26 - Cintilador lquido .................................................................................. 214
Figura 6.27 - Diagrama de blocos do um cintilador lquido. ...................................... 215
Figura 6.28 - Estrutura de bandas em um material (Ei energia do intervalo). ............ 216
Figura 6.29 - Impurezas doadoras e receptoras em uma estrutura cristalina. ............. 217
Figura 6.30 - Detector de germnio de alta pureza, resfriado a nitrognio lquido,
utilizado em tcnicas de espectrometria X e gama, em medies de
laboratrio. ............................................................................................ 219
Figura 6.31 - Vista interna de um detector de barreira de superfcie e espectro das
radiaes alfa emitidas pelo 241Am ....................................................... 221
Figura 6.32 - Monitor individual com detector de diodo de silcio para radiao X
e gama, com leitura direta da dose equivalente, taxa de dose,
equivalente de dose pessoal Hp(10), com memria para estocagem
de dados, alarme sonoro e luminoso e identificao do usurio. .......... 221
xxiv
Figura 6.33 - Espectro das radiaes de baixa energia do 241Am obtido com o
CdTe ...................................................................................................... 222
Figura 6.34 - Dosmetro gama de terlureto de zinco e cdmio ................................... 223
Figura 6.35 - (a) Pulsos analgicos ou lineares, com seus parmetros de formato e;
(b) Pulso lgico (quadrado) de comando ou de sada, por exemplo,
de um gate ou discriminador ................................................................. 225
Figura 6.36 - Esquema do funcionamento da unidade de coincidncia para dois
pulsos de entrada ................................................................................... 227
Figura 6.37 - Esquema de operao de um ADC ........................................................ 229
Figura 6.38 - Diagrama de blocos de uma cadeia de medio utilizando o mtodo
de coincidncia 4- ......................................................
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