Nick Connor

Efeitos determinísticos (ou efeitos não estocásticos para a saúde) são efeitos sobre a saúde, que estão diretamente relacionados à dose de radiação absorvida e a gravidade do efeito aumenta à medida que a dose aumenta. Os efeitos determinísticos têm um limiar abaixo do qual não ocorrem efeitos clínicos detectáveis. O limite pode ser muito baixo (da ordem de magnitude de 0,1 Gy ou superior) e pode variar de pessoa para pessoa. Para doses entre 0,25 Gy e 0,5 Gy, pequenas alterações no sangue podem ser detectadas por avaliações médicas e para doses entre 0,5 Gy e 1,5 Gy serão observadas alterações no sangue e ocorrerão sintomas de náusea, fadiga e vômito.

Uma vez excedido o limiar, a gravidade de um efeito aumenta com a dose. A razão para a presença dessa dose limiar é que o dano por radiação (mau funcionamento grave ou morte) de uma população crítica de células (altas doses tendem a matar células) em um determinado tecido precisa ser sustentado antes que a lesão seja expressa de uma forma clinicamente relevante . Portanto, efeitos determinísticos também são denominados reação tecidual . Eles também são chamados de efeitos não estocásticos para contrastar com efeitos estocásticos parecidos ao acaso (por exemplo, indução de câncer).

Efeitos determinísticos não são necessariamente mais ou menos graves que efeitos estocásticos. Altas doses podem causar queimaduras de radiação visualmente dramáticas e / ou fatalidade rápida através da síndrome da radiação aguda . É improvável que doses agudas abaixo de 250 mGy tenham efeitos observáveis. Doses agudas de cerca de 3 a 5 Gy têm 50% de chance de matar uma pessoa algumas semanas após a exposição, se uma pessoa não receber tratamento médico. Efeitos determinísticos podem levar a um incômodo temporário ou também a uma fatalidade. Exemplos de efeitos determinísticos:

Exemplos de efeitos determinísticos são :

• Síndrome de radiação aguda, por radiação aguda do corpo inteiro
• A radiação queima, da radiação para uma superfície corporal específica
• Tireoidite induzida por radiação, um efeito colateral potencial do tratamento com radiação contra o hipertireoidismo
• Síndrome de radiação crônica, a partir de radiação de longo prazo.
• Lesão pulmonar induzida por radiação, por exemplo, terapia de radiação para os pulmões

Doses letais de radiação

A dose letal de radiação (LD) é uma indicação da quantidade letal de radiação. Na proteção contra radiação, a dose letal mediana , LD _XY , é geralmente usada. Por exemplo, a dose de radiação que deve causar a morte a 50% das pessoas irradiadas em 30 dias é LD _50/30 . LD ₁ é a dose que deve causar a morte a 1% das pessoas irradiadas, consequentemente, LD ₉₉ é letal para todas as pessoas (99%) irradiadas. Também é muito importante, se uma pessoa recebe algum tratamento médico ou não. Quanto maior a dose aguda de radiação, maior a possibilidade de matar o indivíduo. Para um adulto saudável, o LD ₅₀ é estimado em algo entre 3 e 5 Gy.

• 2,5 Sv – Dose que mata um ser humano com risco de 1% (LD ₁ ), se a dose for recebida por um período muito curto .
• 5 Sv – Dose que mata um ser humano com um risco de 50% em 30 dias (DL _50/30 ), se a dose for recebida por um período muito curto . A causa da morte será a perda da função da medula óssea.
• 8 Sv – Dose que mata um ser humano com um risco de 99% (LD ₉₉ ), se a dose for recebida por um período muito curto . Por volta de 10 Gy, pode ocorrer inflamação aguda dos pulmões e levar à morte.

Os dados de dose letal fornecidos acima se aplicam a doses gama agudas entregues em um tempo muito curto, por exemplo, alguns minutos. É necessária mais dose para produzir os efeitos listados acima, se a dose for recebida por um período de horas ou mais.

Efeitos determinísticos e limites de dose

Na proteção contra radiação, os limites de dose são definidos para limitar os efeitos estocásticos a um nível aceitável e para impedir completamente os efeitos determinísticos . Observe que efeitos estocásticos são os que surgem do acaso: quanto maior a dose, maior a probabilidade do efeito. Efeitos determinísticos são aqueles que normalmente têm um limiar: acima disso, a gravidade do efeito aumenta com a dose. Limites de dosesão um componente fundamental da proteção contra radiação e a violação desses limites é contra a regulamentação de radiação na maioria dos países. Observe que os limites de dose descritos neste artigo se aplicam a operações de rotina. Eles não se aplicam a uma situação de emergência quando a vida humana está em perigo. Eles não se aplicam em situações de exposição de emergência em que um indivíduo está tentando impedir uma situação catastrófica.

Os limites são divididos em dois grupos, o público e os trabalhadores expostos ocupacionalmente. De acordo com o ICRP, a exposição ocupacional refere-se a toda a exposição incorrida pelos trabalhadores no curso de seu trabalho, com exceção da

1. exposições excluídas e exposições de atividades isentas que envolvam radiação ou fontes isentas
2. qualquer exposição médica
3. a radiação natural local normal de fundo.

A tabela a seguir resume os limites de dose para trabalhadores expostos ocupacionalmente e para o público:

De acordo com a recomendação do ICRP em sua declaração sobre reações teciduais de 21 de abril de 2011, o limite de dose equivalente para a lente do olho para exposição ocupacional em situações de exposição planejada foi reduzido de 150 mSv / ano para 20 mSv / ano, em média por períodos definidos de 5 anos, sem dose anual em um único ano superior a 50 mSv.

Os limites da dose efetiva são a soma das doses efetivas relevantes da exposição externa no período especificado e a dose efetiva comprometida da ingestão de radionuclídeos no mesmo período. Para adultos, a dose efetiva comprometida é calculada por um período de 50 anos após a ingestão, enquanto para crianças é calculada para o período de até 70 anos. O limite efetivo da dose para o corpo inteiro de 20 mSv é um valor médio em cinco anos. O limite real é de 100 mSv em 5 anos, e não mais de 50 mSv em um ano.

Uma medida de radioatividade (atividade) é baseada na contagem de desintegrações por segundo . A unidade de atividade do SI é o becquerel (Bq), igual a um segundo recíproco. A atividade depende apenas do número de decaimentos por segundo, não do tipo de decaimento, da energia dos produtos de decaimento ou dos efeitos biológicos da radiação. Pode ser usado para caracterizar a taxa de emissão de radiação ionizante. Atividade específicaé a atividade por quantidade de um radionuclídeo, portanto, atividade específica é definida como a atividade por quantidade de átomos de um determinado radionuclídeo. Geralmente é dado em unidades de Bq / g, mas outra unidade de atividade comumente usada é a curie (Ci), permitindo a definição de atividade específica em Ci / g.

As unidades de atividade (curie e becquerel) também podem ser usadas para caracterizar uma quantidade total de liberações controladas ou acidentais de átomos radioativos .

Unidades de Atividade

• Becquerel . O becquerel é a unidade de radioatividade SI definida em 1974. É nomeado em homenagem a Henri Becquerel, físico francês que descobriu a radioatividade em 1896. Um becquerel (1Bq) é igual a 1 desintegração por segundo .
• Curie . O curie é uma unidade de radioatividade não SIdefinida em 1910. Foi originalmente definida como equivalente ao número de desintegrações pelas quais um grama de rádio-226 sofrerá em um segundo . Atualmente, um curie é definido como 1Ci = 3,7 x 10 ¹⁰ desintegrações por segundo .
• Rutherford . Rutherford (símbolo Rd ) também é uma unidade não SI definida como a atividade de uma quantidade de material radioativo na qual um milhão de núcleos decai por segundo .

Decay Law

Os cálculos do decaimento dos núcleos radioativos são relativamente diretos, devido ao fato de haver apenas uma lei fundamental que governa todo o processo de decaimento. A lei de decaimento radioativo também pode ser derivada para cálculos de atividade ou massa de cálculos de material radioativo:

(Número de núcleos) N = Ne ^-λt     (Atividade) A = Ae ^-λt      (Massa) m = me ^-λt

, onde N (número de partículas) é o número total de partículas na amostra, A (atividade total) é o número de decaimentos por unidade de tempo de uma amostra radioativa, m é a massa do material radioativo restante.

Os efeitos biológicos da radiação e suas conseqüências dependem fortemente do nível da taxa de dose obtida. A taxa de dose é uma medida da intensidade (ou força) da dose de radiação. Doses de baixo nível são comuns na vida cotidiana. Nos pontos a seguir, existem alguns exemplos de exposição à radiação, que podem ser obtidos de várias fontes.

• 05 µSv – Dormindo ao lado de alguém
• 09 µSv – Morando a 30 milhas de uma usina nuclear por um ano
• 1 µSv – Comendo uma banana
• 3 µSv – Morando a 80 quilômetros de uma usina a carvão por um ano
• 10 µSv – Dose média diária recebida do fundo natural
• 20 µSv – radiografia de tórax

Do ponto de vista das consequências biológicas, é muito importante distinguir entre doses recebidas em períodos curtos e prolongados . Portanto, os efeitos biológicos da radiação são tipicamente divididos em duas categorias.

• Doses agudas . Uma “ dose aguda ” ( dose de alto nível a curto prazo) é aquela que ocorre em um período curto e finito de tempo, ou seja, dentro de um dia.
• Doses crônicas . Uma “ dose crônica ” ( dose de longo prazo e baixo nível) é uma dose que continua por um período prolongado de tempo, isto é, semanas e meses, 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. Altas doses podem causar queimaduras de radiação visualmente dramáticas e / ou fatalidade rápida através da síndrome da radiação aguda . É improvável que doses agudas abaixo de 250 mGy tenham efeitos observáveis. Doses agudas de cerca de 3 a 5 Gy têm 50% de chance de matar uma pessoa algumas semanas após a exposição, se uma pessoa não receber tratamento médico.

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. Além disso, alguns estudos demonstram que a maioria dos tecidos humanos exibe uma tolerância mais pronunciada aos efeitos da radiação de baixa letalidade em caso de exposição prolongada em comparação com uma exposição única a uma dose semelhante.

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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: translations@nuclear-power.com ou preencha o formulário de tradução on-line. Agradecemos sua ajuda, atualizaremos a tradução o mais rápido possível. Obrigado.

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. Para radiação ionizante, a energia cinética das partículas ( fótons, elétrons, etc. ) da radiação ionizante é suficiente e a partícula pode ionizar (formar íons pela perda de elétrons) atingir átomos para formar íons. A radiação simplesmente ionizante pode derrubar elétrons de um átomo.

Existem dois mecanismos pelos quais a radiação afeta as células. Esses dois mecanismos são comumente chamados:

• Efeitos diretos . Os efeitos diretos são causados ​​pela radiação, quando a radiação interage diretamente com os átomos da molécula de DNA ou algum outro componente celular crítico para a sobrevivência da célula. A probabilidade da radiação interagir com a molécula de DNA é muito pequena, pois esses componentes críticos compõem uma parte tão pequena da célula.
• Efeitos indiretos . Efeitos indiretos são causados ​​pela interação da radiação geralmente com moléculas de água . Cada célula, como é o caso do corpo humano, é principalmente água. A radiação ionizante pode quebrar as ligações que seguram a molécula de água em conjunto, a produção de radicais , tais como o hidroxilo OH, anião superóxido S ₂ ^– e outros. Esses radicais podem contribuir para a destruição da célula.

Um grande número de células de qualquer tipo específico é chamado de tecido . Se este tecido forma uma unidade funcional especializada, é chamado de órgão. O tipo e o número de células afetadas também são um fator importante. Algumas células e órgãos do corpo são mais sensíveis à radiação ionizante do que outros .

A sensibilidade de vários tipos de células à radiação ionizante é muito alta para os tecidos constituídos por células que se dividem rapidamente como as encontradas na medula óssea, estômago, intestinos, órgãos reprodutores masculinos e femininos e fetos em desenvolvimento. Isso ocorre porque as células em divisão requerem informações corretas de DNA para que a prole da célula sobreviva. Uma interação direta da radiação com uma célula ativa pode resultar na morte ou mutação da célula, enquanto uma interação direta com o DNA de uma célula inativa teria menos efeito.

Como resultado, as células vivas podem ser classificadas de acordo com sua taxa de reprodução, o que também indica sua relativa sensibilidade à radiação. Como resultado, as células que se reproduzem ativamente são mais sensíveis à radiação ionizante do que as células que compõem a pele, rim ou fígado. As células nervosas e musculares são as mais lentas para se regenerar e são as células menos sensíveis.

A sensibilidade dos vários órgãos do corpo humano se correlaciona com a sensibilidade relativa das células das quais são compostas. Na prática, esta sensibilidade é representado pelo factor de ponderação tecido , w _T , que é o factor pelo qual a dose equivalente de um tecido ou órgão T é ponderado para representar a contribuição relativa de que o tecido ou órgão para o detrimento de saúde total resultante irradiação uniforme do corpo (ICRP 1991b).

Se uma pessoa é irradiada apenas parcialmente, a dose dependerá fortemente do tecido que foi irradiado. Por exemplo, uma dose gama de 10 mSv para todo o corpo e uma dose de 50 mSv para a tireóide é a mesma, em termos de risco, que uma dose para todo o corpo de 10 + 0,04 x 50 = 12 mSv.

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 dupla positiva, 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 percorrer 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 demonstraram 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 da radiação alfa ou nêutron é mais prejudicial do que um cinza da radiação gama. Este 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”.

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. Se a fonte de radiação é natural ou artificial, seja uma grande dose de radiação ou uma pequena dose, haverá alguns efeitos biológicos. Em geral, a radiação ionizante é prejudicial e potencialmente letal para os seres vivos, mas pode trazer benefícios à saúde na medicina, por exemplo, na terapia de radiação para o tratamento de câncer e tireotoxicose. Este capítulo resume brevemente as conseqüências de curto e longo prazo que podem resultar da exposição à radiação. Mas primeiro precisamos definir as diferenças nos tipos de radiação e as diferenças nos tecidos afetados.

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 dupla positiva, de modo que tendem a percorrer apenas uma curta distância e não penetram muito no tecido, se é que o fazem. No entanto, 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 percorrer 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 demonstraram 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 da radiação alfa ou nêutron é mais prejudicial do que um cinza da radiação gama. Este 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).

Danos Celulares – Radiação

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. Para radiação ionizante, a energia cinética das partículas ( fótons, elétrons, etc. ) da radiação ionizante é suficiente e a partícula pode ionizar (formar íons pela perda de elétrons) atingir átomos para formar íons. A radiação simplesmente ionizante pode derrubar elétrons de um átomo.

Existem dois mecanismos pelos quais a radiação afeta as células. Esses dois mecanismos são comumente chamados:

• Efeitos diretos . Os efeitos diretos são causados ​​pela radiação, quando a radiação interage diretamente com os átomos da molécula de DNA ou algum outro componente celular crítico para a sobrevivência da célula. A probabilidade da radiação interagir com a molécula de DNA é muito pequena, pois esses componentes críticos compõem uma parte tão pequena da célula.
• Efeitos indiretos . Efeitos indiretos são causados ​​pela interação da radiação geralmente com moléculas de água . Cada célula, como é o caso do corpo humano, é principalmente água. A radiação ionizante pode quebrar as ligações que seguram a molécula de água em conjunto, a produção de radicais , tais como o hidroxilo OH, anião superóxido S ₂ ^– e outros. Esses radicais podem contribuir para a destruição da célula.

Um grande número de células de qualquer tipo específico é chamado de tecido . Se este tecido forma uma unidade funcional especializada, é chamado de órgão. O tipo e o número de células afetadas também são um fator importante. Algumas células e órgãos do corpo são mais sensíveis à radiação ionizante do que outros .

A sensibilidade de vários tipos de células à radiação ionizante é muito alta para os tecidos constituídos por células que se dividem rapidamente como as encontradas na medula óssea, estômago, intestinos, órgãos reprodutores masculinos e femininos e fetos em desenvolvimento. Isso ocorre porque as células em divisão requerem informações corretas de DNA para que a prole da célula sobreviva. Uma interação direta da radiação com uma célula ativa pode resultar na morte ou mutação da célula, enquanto uma interação direta com o DNA de uma célula inativa teria menos efeito.

Como resultado, as células vivas podem ser classificadas de acordo com sua taxa de reprodução, o que também indica sua relativa sensibilidade à radiação. Como resultado, as células que se reproduzem ativamente são mais sensíveis à radiação ionizante do que as células que compõem a pele, rim ou fígado. As células nervosas e musculares são as mais lentas para se regenerar e são as células menos sensíveis.

A sensibilidade dos vários órgãos do corpo humano se correlaciona com a sensibilidade relativa das células das quais elas são compostas. Na prática, esta sensibilidade é representado pelo factor de ponderação tecido , w _T , que é o factor pelo qual a dose equivalente de um tecido ou órgão T é ponderado para representar a contribuição relativa de que o tecido ou órgão para o detrimento de saúde total resultante irradiação uniforme do corpo (ICRP 1991b).

Se uma pessoa é irradiada apenas parcialmente, a dose dependerá fortemente do tecido que foi irradiado. Por exemplo, uma dose gama de 10 mSv para todo o corpo e uma dose de 50 mSv para a tireóide é a mesma, em termos de risco, que uma dose para todo o corpo de 10 + 0,04 x 50 = 12 mSv.

Dose Aguda e Dose Crônica

Os efeitos biológicos da radiação e suas conseqüências dependem fortemente do nível da taxa de dose obtida. A taxa de dose é uma medida da intensidade (ou força) da dose de radiação. Doses de baixo nível são comuns na vida cotidiana. Nos pontos a seguir, existem alguns exemplos de exposição à radiação, que podem ser obtidos de várias fontes.

• 05 µSv – Dormindo ao lado de alguém
• 09 µSv – Morando a 30 milhas de uma usina nuclear por um ano
• 1 µSv – Comendo uma banana
• 3 µSv – Morando a 80 quilômetros de uma usina a carvão por um ano
• 10 µSv – Dose média diária recebida do fundo natural
• 20 µSv – radiografia de tórax

Do ponto de vista das consequências biológicas, é muito importante distinguir entre doses recebidas em períodos curtos e prolongados . Portanto, os efeitos biológicos da radiação são tipicamente divididos em duas categorias.

• Doses agudas . Uma “ dose aguda ” ( dose de alto nível a curto prazo) é aquela que ocorre durante um período curto e finito de tempo, ou seja, dentro de um dia.
• Doses crônicas . Uma “ dose crônica ” ( dose prolongada de baixo nível) é uma dose que continua por um período prolongado de tempo, isto é, semanas e meses, 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. Altas doses podem causar queimaduras de radiação visualmente dramáticas e / ou fatalidade rápida através da síndrome da radiação aguda . É improvável que doses agudas abaixo de 250 mGy tenham efeitos observáveis. Doses agudas de cerca de 3 a 5 Gy têm 50% de chance de matar uma pessoa algumas semanas após a exposição, se uma pessoa não receber tratamento médico.

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. Além disso, alguns estudos demonstram que a maioria dos tecidos humanos exibe uma tolerância mais pronunciada aos efeitos da radiação de baixa letalidade em caso de exposição prolongada em comparação com uma exposição única a uma dose semelhante.

Radiação terrestre refere-se a fontes de radiação que estão no solo, na água e na vegetação. Os principais isótopos preocupantes da radiação terrestre são o potássio, o urânio e os produtos de decomposição do urânio, como o tório, o rádio e o rádon . Observe que a radiação terrestre inclui uma exposição externa causada por esses radionuclídeos. Uma dose interna causada por esses redionuclídeos é discutida em: Fonte Interna de Radiação .

Esses radionuclídeos estão em pequenas quantidades ao nosso redor. Quando a Terra foi formada, vários elementos radioativos foram formados. Após os quatro bilhões de anos, todos os isótopos de vida mais curta decaíram. Mas alguns desses isótopos têm meias-vidas muito longas, bilhões de anos, e ainda estão presentes. Esses radionuclídeos são conhecidos como radionuclídeos primordiais e contribuem para a dose anual de um indivíduo. Como a maioria dos isótopos radioativos naturais é pesada, é necessária mais de uma desintegração antes que um átomo estável seja atingido. Essa sequência de núcleos atômicos instáveis e seus modos de decaimento , que leva a um núcleo estável, é conhecida como série radioativa .

Todos os radionuclídeos naturais são geralmente divididos em dois grupos, dependendo de sua origem:

• Radionuclídeos primordiais . Os radionuclídeos primordiais são radionuclídeos encontrados na Terra que existem em sua forma atual desde antes da formação da Terra. Os radionuclídeos primordiais são resíduos do Big Bang, de fontes cosmogênicas e de antigas explosões de supernovas que ocorreram antes da formação do sistema solar. O bismuto, o tório , o urânio e o plutônio são radionuclídeos primordiais porque têm meia-vida longa o suficiente para serem encontrados na Terra. O potássio-40 também pertence aos nuclídeos primordiais.
• Radionuclídeos cosmogênicos . Radionuclídeos cosmogênicos são aqueles que são produzidos continuamente pela interação dos raios cósmicos .

Dose da radiação terrestre

Baixos níveis de urânio, tório e seus produtos de decomposição são encontrados em todos os lugares. Alguns desses materiais são ingeridos com comida e água, enquanto outros, como o rádon, são inalados. A dose de fontes terrestres também varia em diferentes partes do mundo. Locais com concentrações mais altas de urânio e tório no solo apresentam níveis mais altos de dose. A taxa de dose média que se origina dos nuclídeos terrestres (exceto a exposição ao radônio) é de cerca de 0,057 µGy / h. Os valores máximos foram medidos na areia de monazita em Guarapari, Brasil (até 50 µGy / hora e em Kerala, Índia (cerca de 2 µGy / hora), e em rochas com alta concentração de rádio em Ramsar, Irã (de 1 a 10 µGy / h).

Os principais isótopos preocupantes da radiação terrestre são o urânio e os produtos de decomposição do urânio, como tório, rádio e rádon. O rádon é geralmente a maior fonte natural de radiação, contribuindo para a exposição dos membros do público, às vezes representando metade da exposição total de todas as fontes. É tão importante que normalmente é tratado separadamente. A dose média anual de radiação para uma pessoa a partir do rádon e de seus produtos de decomposição é de cerca de 2 mSv / ano e pode variar em várias ordens de magnitude de um lugar para outro.

Radon – Efeitos na saúde

O rádon é um gás nobre incolor, inodoro e insípido , que ocorre naturalmente como produto decadente do rádio. Todos os isótopos de radônio são radioativos , mas os dois isótopos de radônio, radônio-222 e radão-220, são muito importantes do ponto de vista da proteção contra radiação.

• Radão-222 . O isótopo de radônio-222 é um produto natural de decomposição do isótopo de urânio mais estável (urânio-238), portanto é um membro da série de urânio .
• Radão-220 . O isótopo do radônio-220, geralmente chamado de tório , é um produto natural de decomposição do isótopo de tório mais estável ( tório-232 ), portanto, é um membro da série de tório .

É importante notar que o rádon é um gás nobre , enquanto todos os seus produtos de decomposição são metais . O principal mecanismo para a entrada de rádon na atmosfera é a difusão através do solo . Como gás, o rádon difunde-se através das rochas e do solo. Quando o rádon se desintegra, os isótopos metálicos filhas são íons que serão ligados a outras moléculas como a água e as partículas de aerossol no ar. Portanto, todas as discussões sobre as concentrações de radônio no ambiente se referem ao radônio-222. Enquanto a taxa média de produção de rádon-220 (thoron) é aproximadamente a mesma do rádon-222, a quantidade de rádon-220 no ambiente é muito menor que a do rádon-222 devido à meia-vida significativamente mais curta ( tem menos tempo para difundir) o rádon 222 (55 segundos, contra 3,8 dias, respectivamente). Simplesmente o radônio-220 tem menor chance de escapar da rocha.

Veja também: Radon – efeitos na saúde

Radon-222

O radônio-222 é um gás produzido pela decomposição do rádio-226. Ambos fazem parte da série natural de urânio. Como o urânio é encontrado no solo em todo o mundo em concentrações variadas, também a dose do radônio gasoso está variando em todo o mundo. O radônio-222 é o isótopo mais importante e mais estável do radônio. Sua meia-vida é de apenas 3,8 dias , tornando o rádon um dos elementos mais raros, pois decai rapidamente. Uma fonte importante de radiação natural é o gás radônio, que escorre continuamente da rocha, mas pode, devido à sua alta densidade, acumular-se em casas com pouca ventilação. O fato de o rádon ser gásdesempenha um papel crucial na disseminação de todos os seus núcleos-filha. O Simply Radon é um meio de transporte da rocha para a atmosfera (ou dentro de edifícios) por seus produtos de decaimento de curta duração ( Pb-210 e Po-210 ), que apresentam muito mais riscos à saúde.

Série radioativa na natureza

As séries radioativas  (conhecidas também como cascatas radioativas) são  três cadeias de decaimento radioativo de ocorrência natural  e  uma cadeia  de decaimento radioativo artificial de núcleos atômicos pesados ​​e instáveis ​​que decaem através de uma sequência de  decaimentos alfa  e  beta  até que um núcleo estável seja alcançado. A maioria dos radioisótopos  não decai diretamente para um estado estável e todos os isótopos  da série  decaem da mesma maneira. Na física dos decaimentos nucleares, o núcleo desintegrante é geralmente chamado de  núcleo pai  e o núcleo remanescente após o evento como  núcleo filha . Como o decaimento alfa representa a desintegração de um núcleo pai  de uma filha através da emissão do núcleo de um átomo de hélio (que contém quatro núcleons), existem apenas  quatro séries de decaimento . Dentro de cada série, portanto, o número de massa dos membros pode ser expresso como quatro vezes um número inteiro apropriado (n) mais a constante para essa série. Como resultado, a série de tório é conhecida como a série 4n, a série de neptúnio como a série 4n + 1, a série de urânio como a série 4n + 2 e a série de actínio como a série 4n + 3.

Três dos conjuntos são chamados de séries naturais ou clássicas. O quarto conjunto, a série neptúnio, é liderado pelo neptúnio-237. Seus membros são produzidos artificialmente por reações nucleares e não ocorrem naturalmente.

• a série de tório (série 4n) ,
• a série de urânio (séries 4n + 2) ,
• a série actinium (séries 4n + 3) ,
• a série de neptúnio (série 4n + 1) .

As séries clássicas são encabeçadas por  núcleos instáveis ​​primordiais . Nuclídeos primordiais são nuclídeos encontrados na Terra que existem em sua forma atual desde antes da formação da Terra. As quatro séries anteriores consistem em radioisótopos, que são descendentes de quatro núcleos pesados ​​com meia-vida longa e muito longa:

• a série de tório com tório-232 (com meia-vida de 14,0 bilhões de anos),
• a série de urânio com urânio-238 (que vive por 4,47 bilhões de anos),
• a série actinium com urânio-235 (com meia-vida de 0,7 bilhões de anos).
• a série de neptúnios com neptúnio-237 (com meia-vida de 2 milhões de anos).

As  meias-vidas  de todos os núcleos-filhas são extremamente variáveis ​​e é difícil representar uma gama de escalas de tempo que variam de segundos a bilhões de anos. Como os radioisótopos-filhas têm meias-vidas diferentes, o equilíbrio secular é alcançado após algum tempo. Na longa cadeia de decaimento de um elemento naturalmente radioativo, como o  urânio-238 , onde todos os elementos da cadeia estão em equilíbrio secular, cada um dos descendentes acumulou uma quantidade de equilíbrio e todos decaiu na taxa definida pelo pai original. Se e quando o equilíbrio for alcançado, cada isótopo filha sucessivo estará presente em proporção direta à sua meia-vida. Desde a sua  atividade é inversamente proporcional à sua meia-vida, cada nuclídeo na cadeia de decaimento finalmente contribui com tantas transformações individuais quanto a cabeça da cadeia.

Como pode ser visto nas figuras, a ramificação ocorre nas quatro séries radioativas. Isso significa que a deterioração de uma determinada espécie pode ocorrer de mais de uma maneira. Por exemplo, na série do tório, o bismuto-212 decai parcialmente por emissão beta negativa em polônio-212 e parcialmente por emissão alfa em tálio-206.

A cascata radioativa  influencia significativamente a  radioatividade  ( desintegrações por segundo ) de amostras e materiais naturais. Todos os descendentes estão presentes, pelo menos de forma transitória, em qualquer amostra natural, seja de metal, composto ou mineral. Por exemplo, o urânio puro-238 é fracamente radioativo (proporcional à sua meia-vida longa), mas um minério de urânio é cerca de 13 vezes mais radioativo que o metal puro-urânio-238 por causa de seus isótopos filhos (por exemplo, radônio, rádio, etc.) contém. Não são apenas os isótopos de rádio instáveis ​​emissores significativos de radioatividade, mas como o próximo estágio na cadeia de decaimento, eles também geram radônio, um gás radioativo pesado, inerte e de ocorrência natural. O próprio rádon é um gás nobre radioativo, mas a questão principal é que é um meio de transporte da rocha para a atmosfera (ou dentro de edifícios) por seus produtos de decomposição de curta duração (Pb-210 e Po-210), que possuem muito mais saúde riscos.

Radiação do urânio e seus produtos de decomposição

A  cascata de urânio  influencia significativamente a radioatividade ( desintegrações por segundo ) de amostras e materiais naturais. Todos os descendentes estão presentes, pelo menos de forma transitória, em qualquer amostra natural contendo urânio, seja metal, composto ou mineral. Por exemplo, o urânio puro-238 é fracamente radioativo (proporcional à sua meia-vida longa), mas um minério de urânio é cerca de 13 vezes mais radioativo que o metal puro-urânio-238 por causa de seus isótopos filhos (por exemplo, radônio, rádio, etc.) contém. Não são apenas os isótopos de rádio instáveis ​​emissores significativos de radioatividade, mas como o próximo estágio da cadeia de decaimento, eles também geram radônio, um gás radioativo pesado, inerte e de ocorrência natural.

Radiação do tório e seus produtos de decomposição

A cascata de tório  influencia significativamente a  radioatividade ( desintegrações por segundo ) de amostras e materiais naturais. Todos os descendentes estão presentes, pelo menos de maneira transitória, em qualquer amostra natural que contenha tório, seja metal, composto ou mineral. Por exemplo, o tório-232 puro   é fracamente radioativo (proporcional à sua meia-vida longa), mas um minério de tório é cerca de 10 vezes mais radioativo do que o metal puro-tório-232 devido aos seus isótopos filhos (por exemplo, rádon, rádio etc.) contém. Os isótopos de rádio instáveis ​​não são apenas emissores significativos de radioatividade, mas, como etapa seguinte da cadeia de decaimento, eles também geram radônio, um gás radioativo pesado, inerte e de ocorrência natural.

Núcleo da Terra Líquida

Todos os três isótopos  de urânio de ocorrência natural ( ²³⁸ U,  ²³⁵ U e  ²³⁴ U) e o isótopo de tório de ocorrência natural  têm  meia-vida muito longa  (por exemplo, 4,47 × 10 ⁹  anos para  ²³⁸ U). Devido a essa meia-vida muito longa, o urânio e o tório são  fracamente radioativos  e contribuem para baixos níveis de radiação natural do ambiente no ambiente. Esses isótopos são alfa radioativos (emitindo  partículas alfa ), mas também raramente podem sofrer uma fissão espontânea .

Todos os isótopos de ocorrência natural pertencem a  nuclídeos primordiais , porque sua meia-vida é comparável à idade da Terra (~ 4,54 × 10 ⁹  anos). O urânio possui a segunda massa atômica mais alta desses nuclídeos primordiais, mais leve que o  plutônio . Além disso, o calor decadente de urânio e tório e seus produtos decadentes (por exemplo, radônio, rádio etc.) contribui para o aquecimento do núcleo da Terra. Juntamente com o potássio-40 no manto da Terra, acredita-se que esses elementos sejam a principal fonte de calor que mantém o líquido do núcleo da Terra.

Radiação Terrestre – É perigoso?

Devemos enfatizar que comer bananas, trabalhar como tripulação de voo de uma companhia aérea ou morar em locais com isso aumenta sua taxa de dose anual. Mas isso não significa que deve ser perigoso. Em cada caso, a intensidade da radiação também é importante. É muito semelhante ao calor de um incêndio (menos radiação energética). 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.

No caso de radiação terrestre  , estamos falando geralmente das chamadas “doses baixas” . Dose baixa aqui significa doses pequenas adicionais comparáveis ​​à radiação normal de fundo ( 10 µSv = dose diária média recebida de fundo natural). As doses são muito baixas e, portanto, a probabilidade de indução de câncer pode ser quase insignificante. Em segundo lugar, e isso é crucial, a verdade sobre os efeitos na saúde de baixa dose de radiação ainda precisa ser encontrada. Não se sabe exatamente se essas baixas doses de radiação são prejudiciais ou benéficas (e onde está o limiar). Órgãos governamentais e reguladores assumem um modelo LNT em vez de um limite ou hormesisnão porque é a mais cientificamente convincente, mas porque é a estimativa mais conservadora . O problema desse modelo é que ele negligencia uma série de processos biológicos de defesa que podem ser cruciais em baixas doses . A pesquisa nas últimas duas décadas é muito interessante e mostra que pequenas doses de radiação administradas em uma taxa de dose baixa estimulam os mecanismos de defesa . Portanto, o modelo LNT não é universalmente aceito, com alguns propondo uma relação dose-resposta adaptativa, em que baixas doses são protetoras e altas são prejudiciais. Muitos estudos contradizem o modelo LNT e muitos deles mostraram resposta adaptativa a baixas doses de radiação, resultando em mutações e cânceres reduzidos. Esse fenômeno é conhecido comohormesis de radiação .

O campo magnético da Terra fornece um escudo de radiação vital da radiação cósmica. Além de uma atmosfera protetora, também temos sorte de a Terra ter um campo magnético. O campo magnético se estende a dezenas de milhares de quilômetros no espaço, protegendo a Terra das partículas carregadas do vento solar e dos raios cósmicos que, de outra forma, removeriam a atmosfera superior, incluindo a camada de ozônio que protege a Terra da radiação ultravioleta prejudicial. Ele nos protege dos efeitos totais do vento solar e da GCR. Sem essa proteção, a biosfera da Terra pode não existir como existe hoje, ou seria pelo menos limitada à subsuperfície. O campo magnético da Terra também fornece um escudo de radiação para os astronautas e a própria ISS, porque está em baixa órbita da Terra.

Os cálculos da perda de dióxido de carbono da atmosfera de Marte, resultante da eliminação de íons pelo vento solar, indicam que a dissipação do campo magnético de Marte causou uma perda quase total de sua atmosfera. Outro fato é que qualquer pessoa que estivesse na superfície da Lua (ou seja, fora do  campo magnético da Terra ) durante uma erupção solar particularmente violenta em 2005 teria recebido uma dose letal .

Classificação da radiação cósmica

A radiação cósmica pode ser dividida em diferentes tipos de acordo com sua origem. Existem três fontes principais dessa radiação:

• Radiação Cósmica Solar . A radiação cósmica solar refere-se a fontes de radiação na forma de partículas de alta energia (predominantemente prótons) emitidas pelo sol, principalmente em eventos de partículas solares (SPEs).
• Radiação Cósmica Galáctica . A radiação cósmica galáctica, GCR, refere-se a fontes de radiação na forma de partículas de alta energia originárias fora do sistema solar, mas geralmente de dentro da nossa galáxia Via Láctea.
• Radiação dos cinturões de radiação da Terra (cinturões de van Allen ). As correias de radiação Van Allen são zonas de partículas de alta energia (especialmente prótons) presas pelo campo magnético da Terra.

Radiação Cósmica Galáctica

Radiação cósmica galáctica , GCR, refere-se a fontes de radiação na forma de partículas de alta energia originárias fora do sistema solar. GCR são núcleos de alta energia dos quais todos os elétrons ao redor foram arrancados durante sua passagem em alta velocidade pela galáxia. O incidente da GCR na atmosfera superior consiste em um componente nucleônico, que agrega responsáveis ​​por 98% do total (2% são elétrons). O componente nucleônico consiste então de uma mistura de prótons de alta energia (~ 86%), partículas alfa (~ 12%) e um traço de núcleos mais pesados ​​(~ 1%). Os GCR são capturados pelo campo magnético galáctico, portanto, provavelmente foram acelerados nos últimos milhões de anos e viajaram muitas vezes pela galáxia. O mecanismo de aceleração deles é incerto, mas um dos mecanismos possíveis é que as partículas são aceleradas por ondas de choque que se expandem das supernovas. A energia dessas partículas varia entre 10⁸ eV e 10 ²⁰ eV. Uma fração muito pequena são partículas estáveis ​​de antimatéria, como pósitrons ou antiprótons.

A natureza precisa dessa fração restante é uma área de pesquisa ativa. A taxa de fluência GCR varia com a atividade solar, sendo menor quando a atividade solar é maior. No mínimo solar, devido à menor proteção do campo magnético solar, a fluência é significativamente maior do que no máximo solar.

Radiação Cósmica Solar – Evento de Partículas Solares

A radiação cósmica solar refere-se a fontes de radiação na forma de partículas de alta energia (predominantemente prótons) emitidas pelo Sol , principalmente em eventos de partículas solares (SPEs). O incidente de radiação solar na atmosfera superior consiste principalmente de prótons (99%), com energias geralmente abaixo de 100 MeV. Eventos de partículas solares, por exemplo, ocorrem quando os prótons emitidos pelo Sol se aceleram perto do Sol durante uma explosão ou no espaço interplanetário por choques de ejeção de massa coronal. Observe que o Sol tem um ciclo de 11 anos, que culmina em um aumento dramático no número e na intensidade das explosões solares, especialmente durante os períodos em que existem inúmeras manchas solares.

A radiação solar é um risco significativo de radiação para naves espaciais e astronautas, também produz taxas de dose significativas em grandes altitudes, mas apenas a radiação mais energética contribui para doses ao nível do solo. Observe que qualquer pessoa que estivesse na superfície da Lua durante uma erupção solar particularmente violenta em 2005 teria recebido uma dose letal .

Radiação dos cinturões de radiação da Terra – cinturões de Van Allen

As correias de radiação Van Allen são zonas de partículas de alta energia (especialmente prótons) presas pelo campo magnético da Terra . A maioria dessas partículas de alta energia se origina do vento solar, capturado e mantido em torno de um planeta pelo campo magnético da terra. O cinto de van Allen é formado como um toro acima do equador. Existem dois cinturões de radiação van Allen, um cinturão interno centralizado a cerca de 3.000 quilômetros e um cinturão externo centralizado a cerca de 22.000 quilômetros da superfície terrestre. Ele contém principalmente prótons energéticos na faixa de 10 a 100 MeV.

As naves espaciais que viajam além da órbita baixa da Terra entram na zona de radiação dos cinturões de Van Allen. Além dos cintos, eles enfrentam riscos adicionais de raios cósmicos e eventos de partículas solares. Uma região entre as correias interna e externa de Van Allen fica de dois a quatro raios terrestres e às vezes é chamada de “zona segura”.

Radiação Cósmica

A radiação cósmica refere-se a fontes de radiação na forma de raios cósmicos que vêm do Sol ou do espaço sideral. A Terra sempre foi bombardeada por partículas de alta energia originadas no espaço sideral que geram chuveiros secundários na atmosfera mais baixa. Partículas carregadas (principalmente prótons de alta energia) do sol e do espaço exterior interagem com a atmosfera da Terra e o campo magnético para produzir um banho de radiação (isto é, banho de ar), tipicamente radiação beta e gama .

Energia dos Raios Cósmicos

A radiação cósmica primária consiste em uma mistura de prótons de alta energia (~ 87%), partículas alfa (~ 11%), elétrons de alta energia (~ 1%) e um traço de núcleos mais pesados ​​(~ 1%). A energia dessas partículas varia entre 10 ⁸ eV e 10 ²⁰ eV. Uma fração muito pequena são partículas estáveis ​​de antimatéria , como pósitrons ou antiprótons . A natureza precisa dessa fração restante é uma área de pesquisa ativa.

Observou-se que as energias dos raios cósmicos mais energéticos de ultra alta energia (UHECRs) se aproximam de 3 x 10 ²⁰ eV, cerca de 40 milhões de vezes a energia das partículas aceleradas pelo Large Hadron Collider. A origem das partículas de alta energia é do espaço sideral. Supõe-se que partículas com uma energia de até 10 ¹⁵ eV sejam provenientes de nossa própria galáxia, enquanto aquelas com as energias mais altas provavelmente têm uma origem extragalática.

As correias de radiação Van Allen são zonas de partículas de alta energia (especialmente prótons) presas pelo campo magnético da Terra . A maioria dessas partículas de alta energia se origina do vento solar, que foram capturados e mantidos em torno de um planeta pelo campo magnético da terra. O cinto de van Allen é formado como um toro acima do equador. Existem dois cinturões de radiação van Allen, um cinturão interno centralizado a cerca de 3.000 quilômetros e um cinturão externo centralizado a cerca de 22.000 quilômetros da superfície da Terra. Ele contém principalmente prótons energéticos na faixa de 10 a 100 MeV.

As naves espaciais que viajam além da órbita baixa da Terra entram na zona de radiação dos cinturões de Van Allen. Além dos cintos, eles enfrentam riscos adicionais de raios cósmicos e eventos de partículas solares. Uma região entre as correias interna e externa de Van Allen fica de dois a quatro raios terrestres e às vezes é chamada de “zona segura”.

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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: translations@nuclear-power.com ou preencha o formulário de tradução on-line. Agradecemos sua ajuda, atualizaremos a tradução o mais rápido possível. Obrigado.