O que é Sievert – Grey – Becquerel – Conversão – Cálculo – Definição

Mas qual é a relação entre becquerels (radioatividade), cinzas (dose absorvida) e sieverts (dose equivalente)? Este artigo mostra como converter e calcular essas quantidades. Dosimetria de Radiação

sievert - radiaçãoNa proteção contra radiação, o sievert é uma unidade derivada de dose equivalente e dose efetiva. O sievert representa o efeito biológico equivalente ao depósito de um joule de energia de raios gama em um quilograma de tecido humano. Mas qual é a relação entre becquerels (radioatividade) e sieverts (dose equivalente)?

Nos capítulos anteriores, discutimos a radioatividade e a intensidade de uma fonte radioativa, medida geralmente em becquerels . Mas qualquer fonte radioativa não representa risco biológico , desde que isolada do ambiente. No entanto, quando pessoas ou outro sistema (também não biológico) são expostos à radiação, a energia é depositada no material e a dose de radiação é fornecida.

Portanto, é muito importante distinguir entre a radioatividade de uma fonte radioativa e a dose de radiação que pode resultar da fonte. Geralmente, a dose de radiação depende dos seguintes fatores em relação à fonte radioativa:

  • Atividade. A atividade da fonte influencia diretamente a dose de radiação depositada no material.
  • Tipo de radiação . Cada tipo de radiação interage com a matéria de uma maneira diferente . Por exemplo, partículas carregadas com altas energias podem ionizar diretamente átomos. Por outro lado, partículas eletricamente neutras interagem apenas indiretamente, mas também podem transferir parte ou todas as suas energias para o assunto.
  • Distância. A quantidade de exposição à radiação depende da distância da fonte de radiação. Da mesma forma que o calor de um incêndio, se você estiver muito próximo, a intensidade da radiação de calor é alta e você pode se queimar. Se você estiver na distância certa, você pode suportar sem problemas e, além disso, é confortável. Se você estiver muito longe da fonte de calor, a insuficiência de calor também poderá prejudicá-lo. Essa analogia, em certo sentido, pode ser aplicada à radiação também de fontes de radiação.
  • Tempo. A quantidade de exposição à radiação depende diretamente (linearmente) do tempo que as pessoas passam perto da fonte de radiação.
  • Blindagem. Finalmente, a dose de radiação também depende do material entre a fonte e o objeto. Se a fonte for muito intensa e o tempo ou a distância não fornecerem proteção suficiente contra radiação, a blindagem poderá ser usada.

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.

Sievert e Gray

Dose absorvida é definida como a quantidade de energia depositada pela radiação ionizante em uma substância. Dose absorvida é dado o símbolo D . A dose absorvida é geralmente medida em uma unidade chamada cinza (Gy), que é derivada do sistema SI. Às vezes, a unidade não-SI rad também é usada, predominantemente nos EUA.

dose absorvida - definição

Para protecção contra as radiações fins, a dose absorvida é calculada a média ao longo de um órgão ou tecido, T, e esta absorvida média dose é ponderado para a qualidade de radiação em termos do factor de ponderação da radiação , W R , para o tipo e a energia da radiação incidente sobre o corpo. 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:

dose equivalente - equação - definição

Fatores de ponderação por radiação - corrente - ICRP
Tabela de fatores de ponderação da radiação. Fonte: ICRP Publ. 103: As recomendações de 2007 da Comissão Internacional de Proteção Radiológica

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 . Uma dose de um Sv causada pela radiação gama é equivalente a uma deposição de energia de um joule em um quilograma de tecido. Isso significa que um sievert é equivalente a um cinza de raios gama depositados em certos tecidos. Por outro lado, danos biológica semelhante (uma Sievert) pode ser causado apenas por 1/20 cinza de alfa radiação (devido à alta W R de alfa radiação). Portanto, o sievert não é uma unidade de dose física. Por exemplo, uma dose absorvida de 1 Gy por partículas alfa levará a uma dose equivalente a 20 Sv. Isso pode parecer um paradoxo. Isso implica que a energia do campo de radiação incidente em joules aumentou em um fator de 20, violando as leis de conservação de energia . No entanto, este não é o caso. Sievert é derivado da quantidade física de dose absorvida, mas também leva em consideração a eficácia biológica da radiação, que depende do tipo e energia da radiação. O fator de ponderação da radiação faz com que o crivo não possa ser uma unidade física.

Uma peneira é uma grande quantidade de dose equivalente. Uma pessoa que absorveu uma dose de 1 Sv no corpo inteiro absorveu um joule de energia em cada kg de tecido corporal (no caso de raios gama).

Doses equivalentes  medidas na indústria e na medicina geralmente têm doses mais baixas do que uma peneira, e os seguintes múltiplos são frequentemente usados:

1 mSv (milissegundo) = 1E-3 Sv

1 µSv (microsievert) = 1E-6 Sv

As conversões das unidades SI para outras unidades são as seguintes:

  • 1 Sv = 100 rem
  • 1 mSv = 100 mrem

Fatores de ponderação por radiação – ICRP

Para radiação de fóton e elétron, o fator de ponderação da radiação tem o valor 1 independentemente da energia da radiação e para a radiação alfa o valor 20. Para a radiação de nêutrons, o valor depende da energia e atinge de 5 a 20.

Fatores de ponderação de radiação
Fonte: ICRP, 2003. Efetividade biológica relativa (RBE), fator de qualidade (Q) e fator de ponderação de radiação (wR). Publicação ICRP 92. Ann. ICRP 33 (4).

Em 2007, o ICRP publicou um novo conjunto de fatores de ponderação de radiação (ICRP Publ. 103: As Recomendações de 2007 da Comissão Internacional de Proteção Radiológica). Esses fatores são apresentados abaixo.

Fatores de ponderação por radiação - corrente - ICRP
Fonte: ICRP, 2007. Publ. 103: As recomendações de 2007 da Comissão Internacional de Proteção Radiológica.

Como mostrado na tabela, aw R de 1 é para todas as radiações de baixa LET, ou seja, raios X e raios gama de todas as energias, bem como elétrons e múons. Uma curva suave, considerada uma aproximação, foi ajustada aos w R valores como uma função da energia incidente de neutrões. Note que E n é a energia de nêutrons em MeV.

fator de ponderação por radiação - nêutrons - ICRP
O fator de ponderação de radiação wR para nêutrons introduzido na Publicação 60 (ICRP, 1991) como uma função descontínua da energia de nêutrons (- – -) e a modificação proposta (-).

Assim, por exemplo, uma dose absorvida de 1 Gy por partículas alfa levará a uma dose equivalente a 20 Sv, e estima-se que uma dose equivalente de radiação tenha o mesmo efeito biológico que uma quantidade igual de dose absorvida de raios gama, que é dado um fator de ponderação de 1.

Veja também: Fator da qualidade

Dose eficaz – Sieverts

fator de ponderação tecidual - ICRPA dose eficaz é uma quantidade de dose definida como a soma das doses de tecido equivalente ponderados pelo órgão ICRP (tecido) factores de ponderação, W T , que leva em conta a sensibilidade variando de diferentes órgãos e tecidos para a radiação.

A dose eficaz permite determinar as consequências biológicas da irradiação parcial (não uniforme) para as consequências da irradiação completa. Vários tecidos do corpo reagem à radiação ionizante de diferentes maneiras, de modo que o ICRP atribuiu fatores de sensibilidade a tecidos e órgãos especificados, de modo que o efeito da irradiação parcial possa ser calculado se as regiões irradiadas forem conhecidas.

Na publicação 60, o ICRP definiu a dose efetiva como a soma duplamente ponderada da dose absorvida em todos os órgãos e tecidos do corpo. Os limites de dose são definidos em termos de dose efetiva e aplicam-se ao indivíduo para fins de proteção radiológica, incluindo a avaliação de risco em termos gerais. Matematicamente, a dose efetiva pode ser expressa como:

dose eficaz - definição

 

Exemplos de doses em Sieverts

Devemos notar que a radiação está à nossa volta. Dentro, ao redor e acima do mundo em que vivemos. É uma força de energia natural que nos rodeia. É uma parte do nosso mundo natural que está aqui desde o nascimento do nosso planeta. Nos pontos a seguir, tentamos expressar enormes faixas de exposição à radiação, que podem ser obtidas de várias fontes.

  • 0,05 µSv – Dormindo ao lado de alguém
  • 0,09 µSv – Morando a 48 quilômetros de uma usina nuclear por um ano
  • 0,1 µSv – Comendo uma banana
  • 0,3 µSv – Morando a 80 quilômetros de uma usina a carvão por um ano
  • 10 µSv – Dose diária média recebida do fundo natural
  • 20 µSv – radiografia de tórax
  • 40 µSv – Um voo de avião de 5 horas
  • 600 µSv – mamografia
  • 1 000 µSv – Limite de dose para membros individuais do público, dose efetiva total por ano
  • 3 650 µSv – Dose média anual recebida do fundo natural
  • 5 800 µSv – tomografia computadorizada do tórax
  • 10 000 µSv – Dose média anual recebida do ambiente natural em Ramsar, Irã
  • 20 000 µSv – tomografia computadorizada de corpo inteiro
  • 175 000 µSv – Dose anual de radiação natural em uma praia de monazita perto de Guarapari, Brasil.
  • 5 000 000 µSv – Dose que mata um ser humano com um risco de 50% dentro de 30 dias (LD50 / 30), se a dose for recebida por um período muito curto .

Como pode ser visto, doses baixas são comuns na vida cotidiana. Os exemplos anteriores podem ajudar a ilustrar magnitudes relativas. Do ponto de vista das consequências biológicas, é muito importante distinguir entre doses recebidas em períodos curtos e prolongados . Uma “ dose aguda ” é aquela que ocorre por um período curto e finito de tempo, enquanto uma “ dose crônica ””É uma dose que continua por um longo período de tempo, para que seja melhor descrita por uma taxa de dose. Altas doses tendem a matar células, enquanto doses baixas tendem a danificá-las ou alterá-las. Doses baixas espalhadas por longos períodos de tempo não causam problemas imediatos a nenhum órgão do corpo. Os efeitos de baixas doses de radiação ocorrem no nível da célula e os resultados podem não ser observados por muitos anos.

Cálculo da taxa de dose protegida em Sieverts

Suponha a fonte isotrópica pontual que contém 1,0 Ci de 137 Cs , que tem uma meia-vida de 30,2 anos . Observe que a relação entre a meia-vida e a quantidade de radionuclídeo necessária para gerar uma atividade de um curie é mostrada abaixo. Essa quantidade de material pode ser calculada usando λ, que é a constante de decaimento de determinado nuclídeo:

Curie - Unidade de Atividade

Cerca de 94,6% decai por emissão beta em um isômero nuclear metaestável de bário: bário-137m. O pico principal de fótons de Ba-137m é 662 keV . Para esse cálculo, suponha que todos os decaimentos passem por esse canal.

Calcule a taxa de dose primária do fóton , em cinza por hora (Gy.h -1 ), na superfície externa de uma blindagem de chumbo de 5 cm de espessura. Em seguida, calcule a taxa de dose equivalente . Suponha que esse campo de radiação externa penetre uniformemente por todo o corpo. A taxa de dose primária de fótons negligencia todas as partículas secundárias. Suponha que a distância efetiva da fonte do ponto de dose seja 10 cm . Também devemos assumir que o ponto de dose é um tecido mole, que pode ser razoavelmente simulado pela água e usamos o coeficiente de absorção de energia em massa da água.

Veja também: Atenuação de raios gama

Veja também: Blindagem de raios gama

Solução:

A taxa de dose primária de fótons é atenuada exponencialmente , e a taxa de dose de fótons primários, levando em consideração o escudo, é dada por:

cálculo da taxa de dose

Como pode ser visto, não consideramos o acúmulo de radiação secundária. Se partículas secundárias forem produzidas ou se a radiação primária mudar sua energia ou direção, a atenuação efetiva será muito menor. Essa suposição geralmente subestima a taxa de dose verdadeira, especialmente para blindagens espessas e quando o ponto de dose está próximo à superfície da blindagem, mas essa suposição simplifica todos os cálculos. Nesse caso, a taxa real de dose (com o acúmulo de radiação secundária) será mais de duas vezes maior.

Para calcular a taxa de dose absorvida , precisamos usar a fórmula:

  • k = 5,76 x 10 -7
  • S = 3,7 x 10 10 s -1
  • E = 0,662 MeV
  • μ t / ρ = 0,0326 cm 2 / g (os valores estão disponíveis no NIST)
  • μ = 1,289 cm -1 (os valores estão disponíveis no NIST)
  • D = 5 cm
  • r = 10 cm

Resultado:

A taxa de dose absorvida resultante em cinza por hora é então:

taxa de dose absorvida - cinza - cálculo

Como o fator de ponderação da radiação para os raios gama é igual a um e assumimos o campo uniforme da radiação, podemos calcular diretamente a taxa de dose equivalente a partir da taxa de dose absorvida como:

dose equivalente - sievert - cálculo

Se queremos dar conta do acúmulo de radiação secundária, precisamos incluir o fator de acúmulo. A fórmula estendida para a taxa de dose é então:

taxa de dose absorvida - cinza

 

……………………………………………………………………………………………………………………………….

Este artigo é baseado na tradução automática do artigo original em inglês. Para mais informações, consulte o artigo em inglês. Você pode nos ajudar. Se você deseja corrigir a tradução, envie-a para: [email protected] ou preencha o formulário de tradução on-line. Agradecemos sua ajuda, atualizaremos a tradução o mais rápido possível. Obrigado.