Radioatividade

Radiação definição

Num sentido amplo, radiação é aquilo que irradia (sai em raios) de algum lugar. Em física, o termo refere-se usualmente a partículas e campos que se propagam (transferindo energia) no espaço (preenchido ou não por matéria).

A radiação pode ser de natureza corpusuclar (de partículas) ou ondulatória (de ondas).

A radiação de natureza corpuscular é caracterizada por sua carga, massa e velocidade: pode ser carregada ou neutra, leve ou pesada, lenta ou rápida. Prótons, nêutrons e elétrons ejetados de átomos ou núcleos atômicos são exemplos de radiação particulada.

A radiação eletromagnética é constituída por campos elétricos e magnéticos, o qual varia no espaço e no tempo. É caracterizada pela amplitude (tamanho) e pela freqüência (ou, alternativamente, pelo comprimento de onda) da oscilação.

A velocidade de propagação da radiação eletromagnética num dado meio é sempre constante, atingindo seu valor máximo no vácuo (cerca de 300.000 km/s). Apesar de não possuir carga ou massa, carrega energia e momento. A radiação eletromagnética é absorvida e emitida pela matéria em quanta (plural de quantum, palavra grega para "pacote") de energia. As ondas de rádio, a luz visível e os raios-X são exemplos de radiação eletromagnética.

 A radiação não se sente,não se vê, não provoca quaisquer sensações imediatas na sua presença, mas a radiação provoca cancer e danos no DNA (mutações) que são transmitidos geneticamente de geração em geração. A radiação provoca morte celular.

Tipos de Radiação

Raios-X   

Os raios X utilizados são produzidos por dispositivos denominados de tubos de raios X, que consistem, basicamente, em um filamento que produz elétrons por emissão termoiônica (catodo), que são acelerados fortemente por uma diferença de potencial elétrica (kilovoltagem) até um alvo metálico (anodo), onde colidem. A maioria dos elétrons acelerados são absorvidos ou espalhados, produzindo aquecimento no alvo. Cerca de 5% dos elétrons sofrem reduções  bruscas de velocidade, e a energia dissipada se converte em ondas eletromagnéticas, denominadas de raios X. Os eletrodos estão contidos numa ampola de vidro onde se fez vácuo, para evitar a sua oxidação. Devido ao processo como são produzidos, são também denominados de radiação de freamento (bremsstrahlung). É bom observar que, ao se desligar uma máquina de raios X, ela não produz mais radiação e, portanto, não constitui um equipamento radioativo, mas um gerador de radiação. Qualquer material irradiado por raios X, para  as aplicações mais conhecidas, não fica e nem pode ficar radioativo. Muito menos os locais onde são  implementadas, como consultórios dentários, salas de radiodiagnóstico ou radioterapia. Raios X de alta energia podem ser obtidos por freamento de feixes de elétrons de alta energia, produzidos por aceleradores de partícula, ao colidirem com alvos metálicos. Para radiações acima de 10 MeV, efeitos de ativação de materiais podem ocorrer, devido a ocorrência de reações nucleares. Neste caso, a instalação deve ser bem blindada e os cuidados com a radioproteção mais intensificados.   

 Raios-X característicos

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

 Radiação beta 

Consiste de um elétron negativo ou positivo emitido pelo núcleo na busca de sua estabilidade, quando um nêutron se transforma em próton ou um próton se transforma em nêutron, respectivamente, acompanhado de uma partícula neutra de massa desprezível, denominada de neutrino. Por compartilhar, aleatoriamente, a energia da transição com o neutrino, sua energia é variável, apresentando um espectro contínuo até um valor máximo. Seu poder de penetração é pequeno e depende de sua energia. Para o tecido humano, consegue atravessar espessura de alguns milímetros. Esta propriedade, permite aplicações médicas em superfícies da pele ou na aceleração da cicatrização de cirurgias plásticas ou do globo ocular.

Radiação alfa (α)

É uma radiação constituida de dois prótons e dois nêutrons, carga 2+  e com bastante energia cinética, emitida por núcleos instáveis de elevada massa atômica. As intensidades e as energias das radiações alfa emitidas por um nuclídeo, servem para identificá-lo numa amostra. Muitos radionuclídeos naturais como, urânio, tório, bismuto, radônio emitem várias radiações alfa, em suas transições nucleares. As radiações alfa tem um poder de penetração muito reduzido e uma alta taxa de ionização. Para exposições externas, são inofensivas pois, não conseguem atravessar as primeiras camadas epiteliais. Porém, quando os radionuclídeos são ingeridos ou inalados, por mecanismos de contaminação natural ou acidental, as radiações alfa, quando em grande quantidade podem causar danos significativos na mucosa que protege os sistemas respiratório e gastroentestinal e nas células dos tecidos adjacentes.

 Nêutrons (n)

Os nêutrons podem ser produzidos por varios dispositivos como, reatores nucleares, aceleradores de partículas providos de alvos especiais e por fontes de nêutrons. Neles são induzidas reações nucleares por meio de feixes de radiação [ reações (γ ,n), (p,n), (α,n)] , por radioisótopos [reações (α ,n) ] ou por fissão. Os nêutrons são muito penetrantes devido sua grande massa e ausência de carga elétrica . Podem, inclusive, ser capturados por núcleos do material alvo, tornando-os radioativos. 

Formas de exposição à radiação

Na realidade vários efeitos podem acontecer quando um indivudo fica exposto a radiação,no entanto tudo depende essencialmente da quantidade (tempo de exposição) e qualidade (tipo de radiação: mais ou menos ionizante, mais ou menos penetrante, feixe mais ou menos intenso) de radiação a que se esteve exposto, à forma de exposição (fracionada, única, periódica).

 A correlação entre a exposição à radiação ionizante e os efeitos biológicos induzidos no Homem é alvo de vários estudos e modelos propostos. As curvas de dose-reposta celular são traçadas com base no efeito biológico observado face à dose fornecida. Geralmente, à medida que a dose aumenta, também o efeito biológico aumenta. Existem basicamente três tipos de relações entre dose-resposta: linear, linear quadrática e sigmóide.

Os resultados da exposição à radiação podem ser muito distintos, dependendo do tipo de exposição a que se sujeitam os tecidos biológicos. De fato, uma exposição única pode acontecer num exame de diagnóstico, como um raio-X, ou então num acidente nuclear, como uma explosão num reactor nuclear ou como aconteceu com a Chernobyl. Ocorrem também exposições fracionadas, como é o caso dos tratamentos de radioterapia, permitindo que as células cancerígenas estejam sujeitas mais vezes, durante a sua fase de divisão, à radiação. Este tipo de exposição permite ainda que entre exposições consecutivas exista algum tipo de regeneração celular (Ver Radiobiologia). Caso a dose total dada durante as várias frações fosse dada de uma única vez, a probabilidade de morte seria muito grande. Podem ainda ocorrerexposiçõers periódicas, como em certas rotinas de trabalho com agentes radioactivos em instalações nucleares. Neste caso, os trabalhadores possuem sempre um dosímetro para monitoração da dose ocuipacional, onde é efetuado o registo da radiação a que foram sujeitos e o qual esta é feito a uma leitura periódica. Quando a leitura ultrapassa os valores aceites como limites o trabalhador verá as suas ações nas instalações muito reduzidas sendo proibido de ações sujeitas a algum tipo de radiação.

No entanto, numa exposição podem estar mais sujeitas determinadas partes do corpo. É portanto necessário ter em consideração se a exposição foi de todo o corpo, apenas em algumas zonas, como por exemplo as mãos no caso de um trabalhador que manipula radionuclídeos ou a zona especifica do corpo num tratamento de radioterapia.

Exposição a diferentes tipos de radiação ionizante 

Apesar do tipo e tempo de exposição influenciar os efeitos da radiação, também o tipo de radiação a que se expõe um dado tecido biológico influencia significativamente os resultados dessa exposição.

A maioria das práticas com radiações ionizantes envolve sobretudo fotons – raios-X e raios-gama, utilizados nos exames de diagnóstico (radiagrafias, TC) e terapia, (radioterapia, braquiterapia). As partículas carregadas, como os electrons, normalmente são produzidas em aceleradores lineares ou ciclotrons e são utilizadas em radioterapia. Já as partículas alfa resultam das emissões dos radionuclídeos utilizados, por vezes, em medicina nuclear. Nas instalações nucleares, para além dos fotons, também existe fluxos de neutrons, provenientes das reações de fissões dos elementos nucleares.

No entanto o poder de penetração difere de radiação para radiação. Os fotons (raios-X, raios-gama) e neutrons constituem as radiações mais penetrantes e causam efeitos diferentes consoante a energia, tipo de irradiação e taxa de dose. Os feixes de electrons têm um poder de penetração menor, que pode ir de alguns milímetros a vários centímetros no corpo humano, que depende essencialmente da sua energia, que é estabelecida no acelerador linear. A radiação beta tem pouco poder de penetração, apenas alguns milímetros no corpo humano, já as radiações alfa são as menos penetrantes.

Uma vez que os diferentes tipos de radiação têm diferentes poderes de penetração é estabelecido um fator de ponderação da radiação (W_R) que tem em conta este comportamento. Esse fator é utilizado no cálculo da dose efetiva . Na tabela seguinte estão apresentados os diferentes valores de , fator adimensional, que são estabelecidos pelo ICRP-International Comission on Radiological Protection. Estão comparados os valores apresentados no ICRP60 e no ICRP103, publicado em 2007, que veio substituir o anterior.

Interação da radiação com a matéria

Os principais fenômenos de interação das radiações eletromagnéticas (raios X e gama) com a matéria são:

- Efeito fotoelétrico;

- Efeito Compton ou espalhamento Compton;

- Produção de Pares

A probabilidade de interação depende da energia do fóton incidente, da densidade do meio, da espessura do meio e do número atômico do meio.

O Efeito Fotoelétrico

Esse fenômeno ocorre quando um fóton interage com um elétron orbital transferindo para ele toda sua energia. Parte da energia é utilizada para ejetar o elétron (ionização) e o restante é carregado pelo elétron em forma de energia cinética. Nessa interação o fóton desaparece e o átomo é ionizado, os espaços das camadas internas são preenchidos pelos elétrons das camadas externas, ocorrendo assim, radiação característica.

Este efeito físico é característico em elétrons da camada mais interna (camada K) nos átomos e os raios X característicos produzidos são considerados uma radiação secundária (espalhada).

O Efeito Compton

Na interação Compton, os raios X transferem para os átomos alvo parte de sua energia, o fóton colide com o elétron mas não causa sua ejeção, apenas faz com que o elétron vibre dentro de seu orbital. Nessa interação, o fóton continua a se propagar depois de interagir com o meio, desviado de sua trajetória e sofrendo espalhamento (radiação secundária).

A Produção de Pares

Uma das formas predominantes de absorção da radiação eletromagnética é a produção de par elétron-pósitron. Este fenômeno ocorre quando fótons de alta energia (superior a 1,022 MeV) passam perto de núcleos com número atômico elevado, interagindo com o forte campo elétrico nuclear.