Radiação ionizante é qualquer radiação ( partículas ou ondas eletromagnéticas ) que transporta energia suficiente para derrubar elétrons de átomos ou moléculas, ionizando-os. Para radiação ionizante, a energia cinética das partículas ( fótons, elétrons, etc. ) é suficiente e a partícula pode ionizar (formar íons pela perda de elétrons) atingir átomos para formar íons.
O limite entre a radiação ionizante e a não ionizante não é claramente definido, uma vez que diferentes moléculas e átomos ionizam em energias diferentes. Isso é típico para ondas eletromagnéticas. Entre as ondas eletromagnéticas pertencem, em ordem crescente de freqüência (energia) e comprimento de onda decrescente: ondas de rádio, microondas, radiação infravermelha, luz visível, radiação ultravioleta, raios X e raios gama. Raios gama , raios X e a parte ultravioleta mais alta do espectro são ionizantes, enquanto os raios ultravioleta mais baixos, luz visível (incluindo luz laser), infravermelho, microondas e ondas de rádio são considerados radiação não ionizante.
Todos os efeitos de danos biológicos começam com a conseqüência das interações de radiação com os átomos que formam as células. Todos os seres vivos são compostos de uma ou mais células. Cada parte do seu corpo consiste em células ou foi construída por elas. Embora tendamos a pensar nos efeitos biológicos em termos do efeito da radiação nas células vivas, na realidade, a radiação ionizante , por definição, interage apenas com os átomos por um processo chamado ionização.
O perigo de radiação ionizante reside no fato de que a radiação é invisível e não diretamente detectável pelos sentidos humanos. As pessoas não podem ver nem sentir radiação, mas ela deposita energia nas moléculas do corpo. A energia é transferida em pequenas quantidades para cada interação entre a radiação e uma molécula e geralmente existem muitas dessas interações.
Formas de radiação ionizante
A radiação ionizante é categorizada pela natureza das partículas ou ondas eletromagnéticas que criam o efeito ionizante. Essas partículas / ondas têm diferentes mecanismos de ionização e podem ser agrupadas como:
- Ionizante direto . Partículas carregadas ( núcleos atômicos, elétrons, pósitrons, prótons, múons etc. ) podem ionizar átomos diretamente por interação fundamental através da força de Coulomb, se transportarem energia cinética suficiente. Essas partículas devem estar se movendo em velocidades relativísticas para alcançar a energia cinética necessária. Mesmo os fótons (raios gama e raios X) podem ionizar átomos diretamente (apesar de serem eletricamente neutros) através do efeito Fotoelétrico e do efeito Compton, mas a ionização secundária (indireta) é muito mais significativa.
- Radiação alfa . A radiação alfa consiste em partículas alfa em alta energia / velocidade. A produção de partículas alfa é denominada decaimento alfa. As partículas alfa consistem em dois prótons e dois nêutrons unidos em uma partícula idêntica a um núcleo de hélio. As partículas alfa são relativamente grandes e carregam uma carga positiva dupla. Eles não são muito penetrantes e um pedaço de papel pode detê-los. Eles viajam apenas alguns centímetros, mas depositam todas as suas energias ao longo de seus caminhos curtos.
- Radiação beta . A radiação beta consiste em elétrons livres ou pósitrons em velocidades relativísticas. As partículas beta (elétrons) são muito menores que as partículas alfa. Eles carregam uma única carga negativa. Eles são mais penetrantes que as partículas alfa, mas o metal fino de alumínio pode detê-las. Eles podem percorrer vários metros, mas depositam menos energia em qualquer ponto do caminho do que as partículas alfa.
- Ionizando indiretamente . A radiação ionizante indireta é partículas eletricamente neutras e, portanto, não interage fortemente com a matéria. A maior parte dos efeitos de ionização é devida a ionizações secundárias.
- Radiação de fótons ( raios gama ou raios X). A radiação de fótons consiste em fótons de alta energia . Esses fótons são partículas / ondas (Dualidade de Partículas de Onda) sem massa de repouso ou carga elétrica. Eles podem viajar 10 metros ou mais no ar. Esta é uma longa distância em comparação com partículas alfa ou beta. No entanto, os raios gama depositam menos energia ao longo de seus caminhos. Chumbo, água e concreto impedem a radiação gama. Os fótons (raios gama e raios X) podem ionizar átomos diretamente através do efeito Fotoelétrico e do efeito Compton, onde o elétron relativamente energético é produzido. O elétron secundário continuará produzindo múltiplos eventos de ionização ; portanto, a ionização secundária (indireta) é muito mais significativa.
- Radiação de nêutrons . A radiação de nêutrons consiste em nêutrons livres em qualquer energia / velocidade. Os nêutrons podem ser emitidos por fissão nuclear ou pelo decaimento de alguns átomos radioativos. Os nêutrons têm carga elétrica nula e não podem causar ionização diretamente. Os nêutrons ionizam a matéria apenas indiretamente . Por exemplo, quando nêutrons atingem os núcleos de hidrogênio, ocorre radiação de prótons (prótons rápidos). Os nêutrons podem variar de partículas de alta velocidade e alta energia a partículas de baixa velocidade e baixa energia (chamados nêutrons térmicos). Os nêutrons podem viajar centenas de pés no ar sem nenhuma interação.
Radiação High-LET e Low-LET
Como foi escrito, cada tipo de radiação interage com a matéria de uma maneira diferente . Por exemplo, partículas carregadas com altas energias podem ionizar diretamente átomos. As partículas alfa são bastante maciças e carregam uma carga positiva dupla, de modo que tendem a percorrer apenas uma curta distância e não penetram muito no tecido, se é que o fazem. No entanto, as partículas alfa depositam sua energia em um volume menor (possivelmente apenas algumas células se entrarem no corpo) e causam mais danos a essas poucas células.
As partículas beta (elétrons) são muito menores que as partículas alfa. Eles carregam uma única carga negativa. Eles são mais penetrantes que as partículas alfa. Eles podem viajar vários metros, mas depositam menos energia em qualquer ponto do caminho do que as partículas alfa. Isso significa que as partículas beta tendem a danificar mais células, mas com menos danos a cada uma. Por outro lado, partículas eletricamente neutras interagem apenas indiretamente, mas também podem transferir parte ou todas as suas energias para o assunto.
Certamente simplificaria as coisas se os efeitos biológicos da radiação fossem diretamente proporcionais à dose absorvida . Infelizmente, os efeitos biológicos dependem também da maneira como a dose absorvida é distribuída ao longo do caminho da radiação. Estudos mostraram que a radiação alfa e nêutron causa maior dano biológico para uma dada deposição de energia por kg de tecido do que a radiação gama. Foi descoberto que os efeitos biológicos de qualquer radiação aumentam com a transferência linear de energia (LET). Em resumo, o dano biológico da radiação de alta LET ( partículas alfa , prótons ou nêutrons) é muito maior do que o da radiação de baixa LET ( raios gama ). Isso ocorre porque o tecido vivo pode reparar mais facilmente os danos causados pela radiação que se espalha por uma área grande do que aquela que está concentrada em uma área pequena. Obviamente, em níveis muito altos de exposição, os raios gama ainda podem causar muitos danos aos tecidos.
Como mais danos biológicos são causados pela mesma dose física (ou seja, a mesma energia depositada por unidade de massa de tecido), um cinza de radiação alfa ou nêutron é mais prejudicial do que um cinza de radiação gama. Esse fato de que radiações de diferentes tipos (e energias) produzem efeitos biológicos diferentes para a mesma dose absorvida é descrito em termos de fatores conhecidos como efetividade biológica relativa (RBE) e fator de ponderação de radiação (wR).
O fator de ponderação da radiação é um fator adimensional usado para determinar a dose equivalente da dose absorvida média sobre um tecido ou órgão e baseia-se no tipo de radiação absorvida. A dose ponderada resultante foi designada como a dose equivalente de órgão ou tecido:
Uma dose equivalente de um Sievert representa a quantidade de dose de radiação equivalente, em termos de dano biológico especificado , a um cinza de raios X ou raios gama . Dose equivalente é uma quantidade não-física (w R é derivado de consequências biológicas da radiação ionizante) amplamente usados na dosimetria medido por dosímetros. Dose equivalente é designada pelo ICRP como uma “quantidade limitadora”; especificar limites de exposição para garantir que “a ocorrência de efeitos estocásticos à saúde seja mantida abaixo de níveis inaceitáveis e que as reações teciduais sejam evitadas”.
Energia de ionização
Energia de ionização , também chamada potencial de ionização , é a energia necessária para remover um elétron do átomo neutro.
X + energia → X + + e –
onde X é qualquer átomo ou molécula capaz de ser ionizada, X + é aquele átomo ou molécula com um elétron removido (íon positivo) e e – é o elétron removido.
Um átomo de nitrogênio, por exemplo, requer a seguinte energia de ionização para remover o elétron mais externo.
N + IE → N + + e – IE = 14,5 eV
A energia de ionização associada à remoção do primeiro elétron é mais comumente usada. O n de energia de ionização th refere-se à quantidade de energia necessária para remover um electrão a partir das espécies com uma taxa de ( n -1).
1a energia de ionização
X → X + + e –
2a energia de ionização
X + → X 2+ + e –
3a energia de ionização
X 2+ → X 3+ + e –
Energia de ionização para diferentes elementos
Existe uma energia de ionização para cada elétron sucessivo removido. Os elétrons que circundam o núcleo se movem em órbitas bastante bem definidas. Alguns desses elétrons estão mais fortemente ligados ao átomo do que outros. Por exemplo, apenas 7,38 eV são necessários para remover o elétron mais externo de um átomo de chumbo, enquanto 88.000 eV são necessários para remover o elétron mais interno. Ajuda a entender a reatividade de elementos (especialmente metais, que perdem elétrons).
Em geral, a energia de ionização aumenta subindo um grupo e movendo da esquerda para a direita ao longo de um período. Além disso:
- A energia de ionização é mais baixa para os metais alcalinos que possuem um único elétron fora de uma concha fechada.
- A energia de ionização aumenta em uma linha no máximo periódico para os gases nobres que fecharam as conchas
Por exemplo, o sódio requer apenas 496 kJ / mol ou 5,14 eV / átomo para ionizá-lo. Por outro lado, o neon, o gás nobre, imediatamente anterior à tabela periódica, requer 2081 kJ / mol ou 21,56 eV / átomo.
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