monografia radioatividade aplicações

monografia radioatividade aplicações

(Parte 1 de 2)

Monografia Apresentada ao Programa de Educação Tutorial (PET) do curso de Química Bacharelado da Universidade de São Paulo

Érika Vieira de Almeida

Tutora: Profa . Dra. Elisabete Frollini

LISTA DE FIGURASi
LISTA DE TABELASi
1 INTRODUÇÃO GERAL1
2 A RADIOATIVIDADE2
2.1Introdução...........................................................................................................2
2.2 Os Efeitos das Radiações4
3APLICAÇÕES DA RADIOATIVIDADE..............................................................6
3.1Introdução..........................................................................................................6
3.2 Saúde7
3.2.1 Terapia7
3.2.2 Diagnóstico8
3.3Indústria..........................................................................................................1
3.3.1 Radiografia Industrial1
3.3.2 Medidores nucleares12
3.4 Agricultura13
3.5 Geocronologia e Datação14
3.6 Geração de Energia14
4ACIDENTES COM MATERIAIS RADIOATIVOS..........................................15
Figura 1- Capacidade de penetração no organismo4

LISTA DE FIGURAS humano das partículas α e β e dos raios γ

Figura 2- Aparelho médico para diagnosticar problemas cerebrais9
Figura 3- Aparelho de tomografia cerebral10
Figura 4- Átomos de U-235 são bombardeados por nêutrons14
Figura 5- Usina nuclear de Three Mile Island nos EUA15
Figura 6 - Usina nuclear de Chernobyl17
Figura 7 – Exame feito com um contador de Geiger para detectar a18

contaminação por Césio-137

Tabela 1- Energia e Poder de Penetração de Partículas α no ar3
Tabela 2- Isótopos Naturais Emissores de Radiação β3

1 INTRODUÇÃO GERAL

A radioatividade pode proporcionar uma qualidade de vida melhor: emprego na medicina, obtenção de energia elétrica dos reatores nucleares, produção de bens de consumo a partir da energia nuclear, e assim por diante. No entanto a radioatividade tem resíduos que são perigosos quando mal manipulados. O uso da radiação para a obtenção de um serviço (como energia elétrica) ou de um produto (como armas nucleares) produz resíduos que estão se acumulando como lixo nuclear numa velocidade acelerada. A presença do lixo nuclear, em todo o mundo, geralmente concentrado nas proximidades dos reatores, oferece risco à população.

A contaminação por um composto radioativo é um processo químico de difusão desse composto no ar, de sua dissolução na água, de sua reação com outro composto ou substância, de sua entrada no corpo humano ou em outro tecido vivo. Os acidentes nucleares ocorridos em Windscale (Reino Unido – 1957), Chelyabinsk (Rússia – 1957), Three Mile Island (Estados Unidos – 1979 e Chernobyl (Rússia – 1986), contribuíram significativamente para a liberação de radionuclídeos no meio ambiente ( OKUNO, 1988 ).

Atualmente, a população ainda sofre as conseqüências dos acidentes nucleares de mais de 15 anos atrás. Pesquisas revelam que a poluição radioativa compreende mais de 200 nuclídeos, sendo que do ponto de vista de impacto ambiental, destacam-se o césio-137 e o estrôncio-90, devido às suas características nucleares como alto rendimento de fissão e meia-vida longa. O césio, por ser semelhante quimicamente ao potássio, tende a acompanhá-lo depositando-se parcialmente nos músculos e o estrôncio, semelhante ao cálcio, deposita-se nos ossos (BITELLI, 1982).

Estamos sempre expostos à radioatividade, normalmente conhecida como a radiação que vem do espaço ou emana da terra. De toda a radiação que recebemos, 87% tem origem natural. O restante provém principalmente de tratamentos médicos, dentre eles os raios X.

2.1Introdução

2 A RADIOATIVIDADE

No final do século passado, 1896, a radioatividade foi descoberta pelo cientista francês Henri Becquerel. Até então se acreditava que o átomo era a menor partícula de qualquer matéria e se assemelhava a esferas sólidas. A emissão espontânea de radiações pelos núcleos atômicos mostrou que o átomo era composto de partículas menores: os prótons , os elétrons e os nêutrons. O núcleo é constituído por prótons e nêutrons e ao seu redor giram os elétrons. Descobriu-se que os átomos não são todos iguais. O átomo de hidrogênio, por exemplo, o mais simples de todos, possui 1 próton e 1 elétron (e nenhum nêutron). Já o átomo de Urânio-235 conta com 92 prótons e 143 nêutrons (GAINES,1975).

Em 1898 Madame Curie descobriu a capacidade radioativa nos minerais que continham tório e mais tarde em colaboração com seu marido, o físico francês Pierre Curie, descobriu dois novos elementos: o polônio e o rádio, ambos radioativos.

A radioatividade ocorre porque as forças de ligações do núcleo são insuficientes para manter suas partículas perfeitamente ligadas. Em 1899, o físico inglês Rutherford identificou a natureza de dois tipos distintos de radiações emitidas por elementos naturais: as partículas alfas (αααα) e as partículas betas (ββββ). Nesse mesmo ano o físico francês Villard descobriu um terceiro tipo de radiação, que passou a ser denominado raios gama (γγγγ). Cada partícula alfa é formada pela associação de 2 prótons e de 2 nêutrons. Constitui-se, pois, de um núcleo bipositivo de átomo de Hélio: 24 He++ = αααα. A energia inicial com que essas partículas são emitidas pelos núcleos radioativos varia de um isótopo – emissor para outro. Quanto maior for a energia com que as partículas alfa são emitidas, maior será o seu poder de penetração quando bombardeia outras matérias. Em conseqüência, o poder de penetração das partículas αααα no ar atmosférico varia de um para outro isótopo ααααemissor, como se pode observar pela tabela 1 (SAFFIOTI,1982).

Tabela 1 - Energia e Poder de Penetração de Partículas αααα no ar. (SAFFIOTI, 1982)

* N.A.: Número Atômico ** N.M.: Número de Massa

***MeV : Milhões de elétrons

As partículas betas são elétrons (carga negativa: -1) ou pósitrons (elétrons positivos de carga: +1), emitidos pelos núcleos de átomos de vários elementos. Na tabela 2 aparecem descritos 5 isótopos naturais e algumas características da radiação beta por eles emitidos.

Tabela 2 –Isótopos Naturais Emissores de Radiação ββββ. (SAFFIOTI, 1982)

Isótopos Radioativos

ElementoSímboloN.A. *N.M. **

* N.A.: Número Atômico ** N.M.: Número de Massa

***MeV : Milhões de elétrons

Isótopo αααα-emissor

Elemento Símbolo N.A. *N.M.

Energia

Penetração No ar (cm)

Tório90232 4,02,5

Os raios gama são radiações eletromagnéticas emitidas pelos núcleos de certos átomos, que apresentam a mesma natureza dos raios X, mas são de menor comprimento de onda e, portanto mais energéticos. Devido a sua natureza ondulatória, pequena massa e ausência de carga elétrica, a radiação gama é muito mais penetrante do que as partículas αααα e ββββ.

Pode-se verificar pela figura 1 que os três tipos de radiações nucleares têm forças de penetrações diferentes. Os raios gama ultrapassam uma barra de aço, a partícula beta penetra no corpo humano e a partícula alfa ultrapassa apenas uma fina folha de papel.

Figura 1 – Capacidade de penetração no organismo humano das partículas αααα e ββββ e dos raios γγγγ (GOLDEMBERG, 1994).

2.2Os Efeitos das Radiações:

Devido ao poder penetrante, as radiações podem provocar lesões no sistema nervoso, na medula óssea e até a morte dos seres vivos, pois elas alteram a estrutura celular.O grau de intensidade de alteração no interior da célula dependerá do tipo de radiação incidente, da natureza do tecido ou do órgão afetado, da dose de radiação aplicada e do tempo de exposição do tecido a uma mesma dose de radiação (SAFFIOTI,1982).

As partículas αααα são praticamente inofensivas, uma vez que elas em geral não conseguem ultrapassar as camadas externas de células mortas da pele de uma pessoa. Entretanto, podem penetrar no organismo através de um ferimento ou por aspiração, provocando lesões graves. As partículas ββββ penetram cerca de um centímetro na pele e podem danificá-la, mas não os órgãos internos, a não ser que sejam engolidas ou aspiradas. Os raios γγγγ penetram o corpo humano, sendo detido por uma parede grossa de concreto (GOLDEMBERG, 1994).

Quando uma radiação atravessando um meio transforma os átomos em íons, diz-se que é uma radiação ionizante. De acordo com GOLDEMBERG (1994), “Esse tipo de radiação provoca queimadura, câncer, defeitos genéticos em gerações futuras e até a morte”.

O estudo dos efeitos das radiações vem sendo feito em pessoas expostas à radiação em tratamentos médicos (radioterapia), que foram vítimas de acidentes nucleares (acidente de Chernobyl), sobreviventes das bombas atômicas de Hiroshima e Nagasaki dentre outros.

A radiação atua de forma diferente, dependendo do tipo de célula. As células cancerosas, que se dividem rapidamente e não são especializadas, são bastante sensíveis, as nervosas, que se dividem mais lentamente e são altamente especializadas, são mais resistentes. As crianças são vulneráveis à radiação, e são mais susceptíveis antes do nascimento, pois nessa fase suas células se multiplicam rapidamente.

A tabela 3 fornece alguns dados sobres os efeitos das radiações medidas em REM (Roentgen Equivalent Man).O REM mede o efeito, sobre um dado organismo, provocado pela absorção de certa quantidade de energia. Ele se refere a quantidade de radiação necessária para produzir danos no tecido vivo. Um REM equivale a 0,01J/Kg (Joule por Quilograma) (GOLDEMBERG, 1985).

Os efeitos das radiações nos organismos podem ser divididos em duas partes: efeitos somáticos e efeitos hereditários. Os efeitos hereditários surgem somente no descendente da pessoa irradiada. Resultam do dano causado pela radiação em dos órgãos reprodutores. Os efeitos somáticos resultam de danos nas células do corpo e aparecem na própria pessoa irradiada ( FREIRE-MAIA, 1972).

Tabela 3– Efeitos das radiações (FREIRE-MAIA, 1972)

Medida da Intensidade da Radiação (REM)

Prazo para Surgirem os

Sintomas Efeitos sobre o Corpo

Diarréia, desequilíbrio na composição do sangue. 100% de probabilidade de morte

Queda acentuada do número de leucócitos do sangue, manchas na pele, derrame intestinal. 80% à 100% de probabilidade de morte.

Semelhantes ao provocado pela intensidade anterior. 50% de probabilidade de morte.

Pequena queda do número de leucócitos, risco de câncer a longo prazo.

Não é fatal.

A dosagem excessiva de radiação pode causar efeitos imediatos como perda de apetite, emagrecimento, garganta dolorida ou ainda efeitos tardios como úlcera, câncer, catarata, leucemia, esterilidade e envelhecimento precoce(FREIRE-MAIA, 1972).

3APLICAÇÕES DA RADIOATIVIDADE.

3.1 Introdução

Os isótopos de um elemento químico apresentam, entre si, propriedades químicas e físicas semelhantes. Isso tem permitido esclarecimentos de fenômenos físicos, químicos e biológicos, assim como aplicações de natureza tecnológica.

3.2Saúde
3.2.1Terapia

A terapia estuda e coloca em prática os meios necessários para aliviar ou curar os doentes. Radioterapia, braquiterapia, aplicadores e radioisótopos são exemplos de terapia.

A Radioterapia consiste em eliminar tumores malignos (cancerígenos) utilizando radiação gama, raios X ou fontes de elétrons. O princípio básico é eliminar as células cancerígenas e evitar sua proliferação, e estas serem substituídas por células sadias.

O tratamento é feito com aplicações programada de doses elevadas de radiação, com a finalidade de “matar” as células alvo e causar o menor dano possível aos tecidos sadios intermediários. Como as doses aplicadas são muito altas, os pacientes sofrem danos orgânicos significativos e ficam muito debilitados. Por isso são cuidadosamente, acompanhados por terapeutas, psicólogos, apoio quimioterápico e de medicação (CARDOSO, 2003).

A radioterapia destrói o tumor, absorvendo energia da radiação. Os irradiadores, denominados de bomba de cobalto, nada mais são que uma fonte radioativa de cobalto-60 utilizada para tratar câncer de órgãos mais profundos. As fontes de césio-137, já foram bastante utilizadas na radioterapia, mas estão sendo desativadas, pois a energia da radiação gama emitida pelo césio-137 é relativamente baixa. Graças à radioterapia, muitas pessoas com câncer são curadas hoje em dia, ou se não, têm a qualidade de vida melhorada durante o tempo que lhe resta de vida.

A Braquiterapia é um tratamento com elemento radioativo “perto” dos tecidos e em locais específicos do corpo humano. Para isso são utilizadas fontes radioativas emissoras de radiação gama de baixa e média energia, encapsuladas em aço inox ou em platina, com atividade da ordem de dezenas de Curies. Os isótopos mais utilizados são Irídio-192, Césio-137, Rádio-226. As fontes são colocadas próximas aos tumores, por meio de aplicadores, durante cada sessão de tratamento. Sua vantagem é afetar mais fortemente o tumor, devido à proximidade da fonte radioativa, e danificar menos os tecidos e órgãos próximos (CARDOSO, 2003).

Devem ser manipuladas por técnicos bem treinados e oferecem menor risco que a Bomba de Co-60.

Os Aplicadores são fontes radioativas betas emissoras distribuídas sobre uma superfície, cuja geometria depende do objetivo do aplicador. O Estrôncio-90 é um radionuclídeo muito usado em aplicadores dermatológicos e oftalmológicos. O princípio de operação é a aceleração do processo de cicatrização de tecidos submetidos a cirurgias, evitando sangramentos.

Alguns tratamentos utilizam medicamentos contendo radioisótopos, inoculados no paciente por meio de ingestão ou injeção, com a garantia de sua deposição preferencial em determinado órgão ou tecido do corpo humano. Por exemplo, isótopos do iodo para o tratamento de câncer na tireóide.

Um paciente submetido a este tratamento torna-se uma fonte radioativa, pois as radiações gama, além de acertar os tecidos alvo, podem sair com intensidade significativa da região de deposição e atingir pessoas nas proximidades. Neste caso, deve-se utilizar radioisótopos de meia-vida curta, para facilitar o breve retorno do paciente à sua casa, sem causar irradiação significativa a seus familiares ou pessoas próximas(CARDOSO, 2003).

3.2.2Diagnóstico

O diagnóstico é responsável pela determinação e conhecimento da doença através de seus sintomas. Radiografia, tomografia, mamografia e o mapeamento com radiofármacos são muito úteis na medicina.

A radiografia é uma imagem obtida, após um feixe de raios X ou raios gama, atravessar a região de estudo e interagir com uma emulsão fotográfica ou tela fluorescente. Existe uma grande variedade de tipos, tamanhos e técnicas radiográficas.

As mais conhecidas são as de radiologia oral (periapicais, panorâmicas ), radiologia de tórax (pulmão, trato intestinal), de membros, de crânio, cérebro e coluna (CARDOSO, 2003). Para essas aplicações utilizam-se raios X com energia adequada.

O cuidado que se deve ter é que, devido ao caráter cumulativo da radiação ionizante para fins de produção de efeitos biológicos, não se deve tirar radiografia sem necessidade e, principalmente, com equipamentos fora dos padrões de operação. O risco de dano é maior para o operador, que executa rotineiramente muitas radiografias por dia. Para evitar exposição desnecessária, ele deve fica o mais distante possível no momento do disparo do feixe ou protegido por um biombo com blindagem de chumbo.

Injetando-se uma solução radioativa na veia do paciente, consegue-se um diagnóstico mais preciso de problemas cerebrais neste aparelho médico ilustrado na figura 2.

Figura 2- Aparelhomédico para diagnosticar

problemas cerebrais (LICHTENTHALER FILHO, 1993)

num plano paralelo à película. Assim, durante a rotação do braço, produz-sea

O princípio da tomografia consiste em ligar o tubo de raios X a um filme radiográfico por um braço rígido que gira ao redor de um determinado ponto, situado translação simultânea do foco e do filme. Os pontos do plano do corte dão uma imagem nítida, enquanto que nos demais planos, a imagem sai “borrada”. Desta forma, obtémse imagens de planos de cortes sucessivos, como se fossem observadas fatias secionadas, por exemplo, do cérebro (CARDOSO, 2003).Na figura 3 pode-se ver um aparelho de tomografia cerebral, que utiliza a radioatividade.

Figura 3– Aparelho de tomografia cerebral (LICHTENTHALER FILHO, 1993)

A mamografia é um instrumento poderoso para a redução de mortes por câncer de mama. Como o tecido da mama é difícil de ser examinado com o uso de radiação penetrante, devido às pequenas diferenças de densidade e textura de seus componentes como tecido adiposo e fibroglandular, a mamografia possibilita apenas suspeitar e não diagnosticar um tumor maligno. O diagnóstico é complementado com o uso de biópsia e ultra-sonografia.

O Mapeamento com Radiofármacos é comum. A marcação de aves e peixes pela fixação de anéis identificadores em seu corpo, é usado para estudar os seus hábitos migratórios e reprodutivos. O traçador radioativo tem o mesmo objetivo, porém os elementos marcados são moléculas de substâncias que se incorporam ou são metabolizadas pelo organismo do homem, de uma planta ou animal.

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