2015 aula 6f dosimetria individual medicao

aula

1. DOSIMETRIA INDIVIDUAL MEDIÇÃO

2. A dosimetria da radiação é o ramo da ciência que procura relacionar quantitativamente as medidas especificas realizadas num campo de radiação através das alterações físicas, químicas, e ou biológicas que a radiação produz num material. A dosimetria é essencial para quantificar a incidência de varias alterações biológicas em função da quantidade de radiação recebida (relação dose - efeito), para comparar diferentes experimentos para monitoramento da exposição individual, e para a verificação do ambiente. Dosimetria da Radiação

3. MEDIDA DA RADIAÇÃO E DA DOSE Em proteção radiológica temos que ser capazes de determinar o risco potencial causado pela radiação. Para fazermos isto é necessário medir as grandezas que descrevem o campo de radiação, conhecidas como grandezas radiométricas e também medir os efeitos produzidos pela dose de radiação, conhecidas como grandezas dosimétricas . Para garantir consistência entre estas grandezas, uma organização especial conhecida como Comissão Internacional sobre Unidades e Medidas da Radiação ( ICRU ) é a responsável pela recomendação de definições e fatores de conversão apropriados para uso em proteção radiológica.

4. FATORES DE CONVERSÃO PARA USO EM PROTEÇÃO RADIOLÓGICA.

5. GRANDEZAS OPERACIONAIS Como é praticamente impossível fazer a medida direta da quantidade de energia depositada por cada tipo de radiação em cada um dos órgãos do corpo, as grandezas de dose equivalente e dose efetiva não são mensuráveis na prática. Para solucionar esta dificuldade, a ICRU em seu relatório 47 recomenda as seguintes grandezas de dose operacionais para a monitoração de área: equivalente de dose ambiente equivalente de dose direcional E para a monitoração individual é recomendada: equivalente de dose pessoal

6. Para Monitoração Individual Equivalente de Dose Pessoal A equivalente de dose pessoal cujo símbolo é Hp (d), é definida como sendo a dose equivalente para tecido mole abaixo de um ponto específico no corpo numa profundidade d mm. Dependendo do tipo de radiação incidente, a profundidade pode ser considerada como sendo igual a 0,07 mm para a pele ou 3 mm para o cristalino dos olhos para radiação pouco penetrante, e como sendo 10 mm para corpo inteiro exposto a radiação consideravelmente penetrante.

7. Limites de Dose Operacionais Grandeza Teórica Grandeza Operacional Limite de Dose Ocupacional Anual Dose Efetiva Equivalente de dose pessoal para corpo inteiro H p (10) 20 mSv por ano (media aritmética em 5 anos) Dose Equivalente: Equivalente de dose pessoal: No cristalino dos olhos No cristalino dos olhos H p (3) 20 mSv Na pele Na pele H p (0,07) 500 mSv

8. É um monitor que mede uma grandeza radiológica ou operacional, mas com resultados relacionados ao corpo inteiro, órgão ou tecido humano. Além das propriedades de um monitor ele deve ter: - resultados em dose absorvida ou dose equivalente (ou taxa); - ser construído com material tecido-equivalente; - possuir fator de calibração bem estabelecido; - suas leituras e calibrações são rastreadas a um laboratório nacional e à rede do BIPM ; - incertezas bem estabelecidas e adequadas para sua aplicação; - modelo adequado para cada aplicação; - modelo adequado para cada tipo e intensidade de feixe. Dosímetro

9. INTRODUÇÃO A DOSIMETRIA INDIVIDUAL Observe que a dosimetria individual pode ser dividida em duas categorias: Dosimetria externa, isto é, a medida da dose causada por fontes fora do corpo; e Dosimetria interna, isto é, medida da dose causada por fontes internas ao corpo.

10. DOSIMETRIA INDIVIDUAL   Estimativa do equivalente de dose, profundo e superficial, que um trabalhador profissionalmente exposto recebe, obtida mediante a leitura do dosímetro usado pelo IOE durante toda sua jornada laboral. Os diferentes tipos de dosímetros individuais, classificados segundo sua colocação, são: a)    Dosímetros de corpo inteiro b)    Dosímetros de extremidades (pulso e anel) c)    Dosímetros específicos para a medida em outras áreas ou situações especiais O serviço oferecido deve ser mensal e os dosímetros devem estar claramente etiquetados incluindo tanto os dados do usuário como um código de barras único que permite a rastreabilidade do mesmo.

11. MÉTODOS DE DOSIMETRIA EXTERNA São usados dois métodos para a dosimetria externa e estes são a monitoração ativa e passiva . Monitoração Ativa A monitoração ativa envolve o uso de um instrumento ou dispositivo que interage com a radiação recebida pelo usuário e fornece uma leitura imediata do equivalente de dose pessoal de corpo inteiro, Hp (10). Os dosímetros deste tipo, normalmente, são dosímetros eletrônicos e consiste de um detector GM ou semicondutor, para detectar a radiação X e gama, com um circuito eletrônico associado, mostrador e bateria. Um eletroscópio de fibra de quartzo ( EFQ ) é um outro exemplo de um dosímetro ativo.

12. Monitoração Ativa

13. Monitoração Passiva A monitoração passiva envolve o armazenamento da informação sobre a dose de tal modo que o monitor tenha que ser recolhido pelo usuário e processado em um laboratório para obtenção do resultado da dose individual. Isto faz com que estes monitores não apresentem leituras imediata da dose ou taxa de dose, porém, ao invés disso eles mantém a informação até que o sinal pertinente seja lido no final de um período de uso . Uma vantagem dos dosímetros passivos é que eles podem registrar a informação sobre a dose de maneira estável de tal modo que não seja perdida facilmente. Uma outra vantagem é que os valores do equivalente de dose pessoal de Hp (10) ( corpo inteiro ), Hp (0.07) ( pele ) e Hp (3) ( cristalino dos olhos ) podem ser medidos com dosímetros passivos enquanto que com os dosímetros ativos geralmente só é medido o Hp (10 ).

14. Monitoração Passiva Alguns exemplos de dosímetros passivos são os seguintes: filme dosimétrico para dosimetria individual; dosímetro termoluminescente ( DTL ) para dosimetria individual e ambiental; e dosímetros emulsão nuclear ou traço de recuo para dosimetria de nêutrons.

15. Monitoração Passiva

16. DOSÍMETRO FOTOGRÁFICO

17. Dosímetro Fotográfico Utilizam película fotográfica ( AgBr –brometo de prata) O enegrecimento da película fotográfica é medido com um densitômetro – que mede a transmissão da luz - e desta é deduzida a dose recebida. Inclui filtros de diversos materiais absorvedores de radiação: chumbo, cobre, cádmio, alumínio.

18. Filme Dosimétrico Os filmes dosimétricos, conhecidos como dosímetro fotográfico consistem de uma película fotográfica colocada em um estojo. O filme negativo consiste de uma base de acetato, revestido numa ou nas duas faces com uma emulsão, colóide que contém cristais pequenos de brometo de prata. A espessura do filme varia entre 20 e 50  m e o diâmetro dos grãos varia entre 0,1 e 1,5  m As películas fotográficas podem ser utilizadas para detectar radiação ultravioleta, visível, infravermelha, raios X , radiação gama, partículas carregadas, nêutrons e diversos tipos de radiações nucleares.

19. Filme Dosimétrico Estojos contendo envelopes com filmes para raios X são pendurados por uma presilha na roupa para o monitoramento individual da dose de radiação beta/gama e para a identificação do trabalhador. O estojo é montado com uma série de filtros que permite fazer a distinção entre as radiações beta, X, gama e nêutrons térmicos e também permite a determinação da dose equivalente individual para Hp (10), Hp (0,07) e Hp (3),

20. Aplicação dos Filtros Existentes no Porta Filme Padrão Filtro Material Aplicação 1 Janela Aberta Para radiação beta e radiação X branda 2 Plástico (50 mg cm -2 ) Para determinação quantitativa da dose e energia da radiação gama e X. 3 Plástico (300 mg cm -2 ) Para determinação quantitativa da dose e energia da radiação gama e X 4 Duralumínio (0,040”) Para determinação quantitativa da dose e energia da radiação gama e X 6 Sn + Pb (0,028” 0,012”) Para determinação quantitativa da dose e energia da radiação gama e X 5 Cd + Pb (0,028” 0,012”) Para a detecção de nêutrons lentos pela radiação gama emita após a sua captura pelo cádmio 7 Chumbo (0,012”) Blindagem das bordas para evitar a sobreposição pelo escurecimento do filme devido a radiação incidente em ângulos diferentes 8 Indío (0,4 g) Para a monitoração após um grande acidente envolvendo a exposição a radiação neutrônica

21. DOSÍMETRO FOTOGRÁFICO Duas películas compõem o filme dosimétrico : a de baixo alcance (1, 5μm ) e a de alto alcance (0, 5μm ). A de baixo alcance é mais sensível que a película de alto alcance. Para uma mesma quantidade de radiação , a de baixo alcance mostra um enegrecimento maior que as de alto alcance.

22. O filme é extremamente dependente da energia do fóton. Na região de energia entre 15 e 50 keV , o filme pode apresentar uma resposta intensificada por um fator 20 quando comparada com a exposição a energias superiores a 100 keV.

23. Para compensar o problema da dependência energética e para medir as doses beta, o envelope do filme é usado com um estojo projetado especificamente para acomodar o filme

24. FUNCIONAMENTO DO DOSÍMETRO FOTOGRÁFICO A resposta do filme à radiação é avaliada através da medida da densidade óptica . Se I for a intensidade da luz incidente e "I" for a intensidade da luz transmitida através do filme, a densidade óptica é definida por: D.O. = log I / I

25. FUNCIONAMENTO DO DOSÍMETRO FOTOGRÁFICO Densidade Log 10 intensidade de luz incidente Por exemplo, 1000 fótons =3 menos Log 10 intensidade de luz transmitida Por exemplo, 10 fótons =1 Densidade (3-1) = 2

26. CALIBRAÇÃO DO DOSÍMETRO FOTOGRÁFICO ·   Submeter à radiação de 60 Co filmes com seus porta-dosímetros a diferentes valores de exposição, na faixa de utilização; ·    Revelar os filmes; ·    Medir a densidade óptica dos filmes na posição de cada filtro; ·   Colocar num gráfico os valores da densidade óptica em função da exposição.

27. CALIBRAÇÃO DO DOSÍMETRO FOTOGRÁFICO

28. DOSÍMETRO FOTOGRÁFICO A calibração dos filmes e o uso de leituras em densitômetro para obter a dose parece, em princípio, ser direto. Na prática, porém, o procedimento é complicado por um número de fatores. Primeiro , a densidade no filme para certa dose de radiação depende do tipo de emulsão e do lote particular do fabricante. Segundo , o filme é afetado pelas condições ambientais, tais como a exposição a umidade, e pelo envelhecimento geral. Elevadas temperaturas contribuem para a densidade de base numa emulsão antes de sua revelação.

29. DOSÍMETRO FOTOGRÁFICO Terceiro , são introduzidas variações significativas na densidade pelos passos inerentes no processo de revelação do filme em si. Estes passos incluem o tipo, concentração, e envelhecimento da solução reveladora bem como do tempo de revelação e manuseio através da agitação, enxágue, e fixação. As variações destas fontes são significativamente reduzidas pela aplicação do seguinte procedimento tanto para dosímetro fotográfico usado pelo trabalhador como para aquele usado na calibração dos dosímetros. Todas as unidades devem ser do mesmo lote de produção do fabricante, armazenadas e manuseadas de maneira similar, reveladas ao mesmo tempo nas mesmas condições, e lidas com um único densitômetro, e até mesmo por um único operador. Portanto , a experiência mostra que pode ser alcançado um grau aceitável de reprodutibilidade .

30. DOSÍMETRO FOTOGRÁFICO Um grave problema de natureza diferente para a determinação da dose é apresentado pela resposta intensificada do filme a fótons de baixa energia. A curva na parte superior ilustra a resposta relativa ( enegrecimento ) de um filme colocado num estojo plástico para uma dose fixa de fótons monoenergéticos em função de sua energia.

31. Filme Processado

32. Processamento Ativação - AgBr Imagem Latente Redução de AgBr para Ag Manifestação Da Imagem Lavagem Raios X Revelador fixador Remoção de AgBr Lavagem Secagem Água Água ar

33. Dosimetria Fotográfica Exposição A radiação atinge a emulsão fotográfica e gera pares de íons próximo aos grãos de AgBr convertendo os íons Ag+ em átomos de Ag Processamento químico Revelação No processo químico toda a Ag+ convertida em átomos de Ag, produzirá um grão de prata microscópico opaco Banho de interrupção Fixação e secagem

34. Dependência com a Energia Resposta intensificada para energias < 200 keV devido ao efeito fotoelétrico Uso de filtros para eliminar esta sobre resposta

35. Vantagens Resolução espacial Imbatível em resolução espacial Desempenho na leitura O registro é permanente Disponibilidade comercial Geometria Formato delgado e liso permite uso simples Pode ser aproximado às dimensões do modelo de cavidade de Bragg-Gray Linearidade vs. dose Independente da taxa de dose

36. Vantagens: São de baixo custo. Fácil de usar. Resistentes. Permitem ter um registro permanente da dose acumulada. Desvantagens: Sensíveis à luz e à umidade Somente podem ser usados uma vez a película fotográfica Sua efetividade depende da dose que deve medir Dosímetro Fotográfico

37. Desvantagens Processamento químico úmido Exige controle cuidadoso do processo de revelação química úmido Dependência com a energia dos raios X Sobre resposta para energias abaixo de 300 keV devido as interações fotoelétricas com os grãos de brometo de prata Sensibilidade a ambientes agressivos Função resposta duplamente avaliada Sobre saturação da resposta do filme causa uma leitura duplamente avalaida Não responde a nêutrons de baixa energia

38. DOSIMETRIA FOTOGRÁFICA O estojo para filmes também é usado no monitoramento individual da radiação beta. Para exposições mistas de radiação beta/gama, a contribuição separada das partículas beta é avaliada por comparação da densidade ótica atrás de um filtro adequado que as absorve e da densidade atrás de uma “janela aberta”. A última consiste somente do material estrutural do envelope do filme. Uma vez que as partículas beta possuem curto alcance, um estojo que foi exposto a ela somente será escurecido atrás da janela aberta, mas não atrás do filtro absorvedor.

39. DOSIMETRIA FOTOGRÁFICA Assim também seria encontrado o resultado para a exposição a fótons de baixa energia. Para distinguir estes das partículas beta, pode ser empregado dois outros filtros adicionais, um de alto número atômico e outro com baixo número atômico, tal como prata e alumínio. Eles devem possuir a mesma densidade de espessura, assim como serem absorvedores de partícula beta equivalentes. O filtro de alto Z absorverá fortemente os fótons de baixa energia que serão atenuados menos pelo filtro de baixo Z. A presença de fótons de baixa energia contribuirá para a diferença no enegrecimento atrás dos dois filtros .

40. DOSIMETRIA FOTOGRÁFICA Os dosímetros fotográficos multi elementos para monitoramento individual foram substituídos por dosimetros termoluminescentes . Entretanto , os dosímetros fotográficos ainda servem para muitas aplicações, onde os campos de radiação são relativamente simples e bem conhecidos.

41. Termoluminescente (DTL)

42. Dosímetro Termoluminescente Contem fluoreto de lítio ( LiF ) ou fluoreto de cálcio (CaF 2 ), que são cristais que aprisionam elétrons provenientes da radiação (ionização). Sua leitura é realizada em laboratório. POSSUI UM NÚMERO DE CONTROLE DO USUÁRIO

43. Termoluminescente ( DTL ) Num detector cintilador é desejável que os estados excitados decaiam rapidamente para estados fundamentais resultando assim a fluorescência imediata. Em outra classe de cristais inorgânicos denominada dosímetro termoluminescente ( DTL ), o material do cristal e as impurezas são escolhidos de tal modo que os elétrons e as lacunas permaneçam armadilhados nos locais ativadores em temperatura ambiente de sala. Colocado num campo de radiação, o cristal DTL serve como um detector integrador passivo, onde o número de elétrons e lacunas armadilhado depende de seu histórico de exposição à radiação .

44. CRISTAIS TERMOLUMINESCENTES Verifica-se que podem existir impurezas num cristal, que provocam a distorção na rede cristalina. Estas imperfeições podem aumentar a capacidade da amostra de armazenar energia quando este é exposto à radiação ionizante. Essa energia armazenada pode ser liberada sob a forma de luz, quando o material for aquecido. Quando o processo de fosforescência é acelerado por um aquecimento do cristal, o efeito é denominado termoluminescência ( TL ) e os materiais são chamados fósforos termoluminescentes .

45. Termoluminescente (DTL) Detecta Radiação Beta, Gama, X, e Nêutrons

46. Termoluminescencia Dosímetro Termoluminescente (DTL) função muito próxima a de um cristal inorgânico com algumas exceções o material do cristal e as impurezas são escolhidos de tal modo que os elétrons e as lacunas permaneçam armadilhados nos centros de impurezas em temperatura ambiente atua como um detector integrador: o número de elétrons e lacunas aprisionados depende do histórico de exposição a radiação do cristal

47. DOSÍMETRO TERMOLUMINESCENTE Os tipos mais comuns de materiais TL são os seguintes: Fluoreto de lítio dopado com manganês ( LiF :Mn) para dosimetria individual; Borato de lítio dopado com manganês ( Li2B4O7 :Mn) para dosimetria de altas doses; Fluoreto de cálcio dopado com disprósio ( CaF2 : Dy ) para monitoração ambiental; e Sulfato de cálcio dopado com disprósio ( CaSO4 : Dy ) também para a monitoração ambiental.

48. DOSÍMETRO TERMOLUMINESCENTE Os materiais termoluminescente encontram-se disponíveis em várias formas, por exemplo, pó, cartões prensados a quente, pastilhas, discos impregnados em teflon. Um DTL comum consiste de um cartão contendo o material TL e um estojo com filtros de várias espessuras e materiais, geralmente, cobre e plástico, para medir os valores de dose profunda, dose na pele e dose no cristalino dos olhos.

49. Exemplo de Estojo para DTL com LiF:Mn

50. FUNCIONAMENTO DOS TERMOLUMINESCENTES A radiação ionizante produz no cristal pares de elétrons-lacunas, que migram através do mesmo até se recombinarem ou serem capturados em armadilhas. Aquecendo-se o cristal, os elétrons, absorvendo energia térmica, escapam das armadilhas, indo para a banda de condução. Podem, então, movimentar-se livremente no cristal até se recombinarem com uma lacuna aprisionada, eventualmente emitindo luz.

51. Modelo para explicar o processo termoluminescente .

52. Dosímetro Termoluminescente (TLD)

53. Termoluminescencia Dosímetros Termoluminescente processado num leitor DTL, onde o cristal é aquecido quando aquecido, os elétrons e lacunas armazenados dentro da matriz do cristal migrarão e combinarão, liberando fótons de baixa energia um TFM dentro do leitor DTL coleta os fótons e produz uma saída elétrica que é registrada na forma de uma curva de intensidade de calor a área sob a curva é comparada com DTL calibrados para inferir a dose de radiação recebida pelo cristal

54. Termoluminescência DTL e uma curva de intensidade de calor para DTL

55. FUNCIONAMENTO DOS TERMOLUMINESCENTES A curva de emissão é a melhor característica de um fósforo termoluminescente. Representa a luz emitida pelo cristal em função da temperatura ou do tempo de aquecimento e consiste de vários picos. Cada um deles está associado a uma determinada armadilha e é caracterizado pela temperatura em que ocorre o máximo de emissão.

56. O gráfico da quantidade de luz emitida como função do tempo ou da temperatura é chamado de curva de luminescência .

57. LEITURA DO TERMOLUMINESCENTE Após a exposição o material DTL é aquecido. Quando a temperatura é aumentada, os elétrons e as lacunas armadilhados migram e se combinam, com o acompanhamento da emissão de fótons com energias de poucos eV . Alguns destes fótons entram num tubo fotomultiplicador e produzem um sinal elétrico. O material é comumente processado no leitor DTL , que aquece automaticamente o material, mede o rendimento de luz em função da temperatura, e registra a informação na forma de uma curva de aquecimento

58. LEITURA DO TERMOLUMINESCENTE

59. LEITURA DO TERMOLUMINESCENTE Tipicamente, ocorrem vários picos quando as armadilhas de diferentes níveis de energia são esvaziadas. A saída de luz total ou a área coberta pela curva de aquecimento pode ser comparada com aquela de DTLs calibrados para atribuir a dose de radiação. Todas as armadilhas podem ser esvaziadas pelo aquecimento em temperaturas suficientemente altas, e o cristal pode ser reutilizado.

60. CALIBRAÇÃO DO TERMOLUMINESCENTE

61. Diferente do filme que pode ser utilizado uma só vez, uma vantagem do DTL é que ele pode ser reutilizado . Para a preparação do material para sua reutilização, deve-se aquecê-lo a uma alta temperatura ou submete-lo ao recozimento , para promover o esvaziamento de todas as armadilhas. O processo de leitura é rápido, por exemplo, aproximadamente 20 segundos por dosímetro, e pode ser automatizado. Enquanto a reutilização do DTL é uma de sua maior vantagem, o processo de recozimento destrói qualquer informação armazenada no dosímetro e portanto provoca a perda de qualquer registro existente anteriormente no dosímetro, isto não permite nova interpretação.

62. DTL para Pulso, Cabeça e Dedo

63. Ciclo de Leitura Período de pré-aquecimento Sem integração da quantidade de luz para discriminar contra aprisionamentos instáveis de baixa temperatura Período de leitura Duração da emissão da parte da curva de luminescência a ser lida como medida da dose Período de aquecimento Durante o qual o restante da energia armazenada é eliminada sem a integração da quantidade de luz Período de resfriamento Após o aquecedor de potência panorâmica ter sido desligado

64. Estabilidade de Aprisionamento Tratamento - aquecimento Aplicado após ter sido obtida a leitura do sinal do DTL Para evitar alterações na configuração das armadilhas Fósforo TL proporciona melhor desempenho como dosímetro se receber tratamento por aquecimento uniforme , reprodutível , e ótimo antes e após seu uso Ex. LiF (TLD-100) 400 C por 1 h, resfriamento rápido, em seguida submetido a 80 C por 24 h

65. DTL São utilizados vários tipos de materiais DTL . O sulfato de cálcio ativado com manganês, CaSO 4 : Mn, é suficientemente sensível para medir doses da ordem de μGy . Suas armadilhas são relativamente superficiais, portanto, possui a desvantagem da “perda de informação” significativa em 24 h. O CaSO 4 : Dy é bem melhor. Um outro cristal DTL popular é o LiF , que possui defeitos e impurezas inerentes e não necessita a adição de ativadores. Exibe perda de informação desprezível e a sua composição atômica é muito próxima à do tecido. Pode ser usado para medir as doses de radiação gama no intervalo de aproximadamente μGy – 10 mGy .

66. DTL Um outro material DTL inclui o CaF 2 : Mn, CaF 2 : Dy , e o Li 2 B 4 O 7 : Mn. Desenho esquemático de dois dosímetros individuais DTL .

67. DTL O sistema beta-gama possui quatro pastilhas de LiF . Elementos 1, 2, e 3 são material Harshaw TLD -700, que é essencialmente composto puro de 7 LiF e, portanto, insensível a nêutrons .[ O lítio natural é composto de 92,5% de 7 Li e 7,5% de 6 Li .]. A primeira pastilha possui uma espessura de 0,38 mm, e está situada atrás de 1000 mg .cm –2 de Teflon e plástico para medir a “dose profunda” regulamentar. A pastilha 2 é colocada atrás de um absorvedor delgado e uma camada de 0,10 mm de cobre, proporcionando uma espessura total de 333 mg .cm –2 . Os filtros de cobre eliminam os fótons de baixa energia enquanto deixam passar parte das partículas beta.

68. DTL Sua resposta, comparada com aquela da pastilha 3 atrás de um absorvedor delgado (“janela aberta”) para discriminação de fótons de baixa energia, é usada para avaliar a dose superficial. O elemento 4 consiste do TLD -600, que é enriquecido em aproximadamente 96% no isótopo 6 Li . Esta pastilha é sensível a nêutrons térmicos e é colocado na profundidade regulatória do cristalino dos olhos (300 mg .cm –2 ). Se uma pessoa que está usando o dosímetro for exposta a nêutrons rápidos, parte deles serão moderados pelo corpo e serão detectados como nêutrons lentos somente na pastilha 4 do dosímetro, portanto, fornece evidência da exposição a nêutrons.

69. DTL Quando existe um potencial para exposição a nêutrons, deve ser utilizado um dosímetro especial DTL . As leituras dos pares de elementos TLD -600 e TLD -700, um sensível e o outro insensível a nêutrons, podem ser comparadas. Uma vez que suas respostas para a radiação gama são idênticas, a diferença pode ser atribuída aos nêutrons. Os filtros de cádmio para as pastilhas 1 e 2 absorve os nêutrons térmicos incidentes. As diferenças observadas em suas leituras, portanto, são associadas aos nêutrons rápidos. Sem os filtros de cádmio, as diferenças entre os elementos 3 e 4 indicam a presença de nêutrons (rápidos + térmicos).

70. DTL Dosímetro beta–gama

71. Vantagens Intervalo de dose amplo Desde poucos microGy até  10 Gy linearmente Independente da taxa de dose 0 - 10 09 Gy/s Pequeno Tamanho Tabletes, pastilhas, pó Disponibilidade comercial Reutilizável Pode ser usado várias vezes

72. Vantagens Econômicas Reutilizável – reduz custos Disponibilidade em diferentes tipos com diferentes sensibilidades para nêutrons térmicos TLD-700 ( 7 LiF) Sensível a fótons somente TLD-100 (93% 7 LiF + 7% 6 LiF) Sensível tanto a nêutrons como a fótons TLD-600 (96% 6 LiF) Sensível somente a nêutrons

73. Vantagens Facilidade de leitura Processo de leitura rápido (<30 s) Compatibilidade para automação Leitura automática para uma grande quantidade de DTLs Exatidão e Precisão Reprodutibilidade de 1 - 2 % 1 - 2 % de precisão na calibração individual e média de vários dosímetros num conjunto

74. Desvantagens Perda de uniformidade A sensibilidade varia de lote para lote, até mesmo de dosímetro a dosímetro de mesmo lote Instabilidade no armazenamento A sensibilidade varia com o tempo Perda de informação Perda gradual do sinal latente do DTL

75. Desvantagens Sensibilidade a luz Sensível a luz — especialmente a UV, luz solar, ou luz fluorescente TL Espúrio O ato de raspar, ato de lascar, ou contaminação de superfície por poeira ou umidade pode causar uma leitura TL espúria Perda de uma leitura Não existe segunda chance para obtenção de nova leitura

76. Desvantagens Memória da radiação e histórico térmico Sensibilidade aumentada ou diminuída após receber uma grande dose de radiação Instabilidade de leitura Manutenção na constância na leitura é dificultada durante períodos de tempo longos

77. Dosímetro Termoluminescente Termo luminescência: Propriedade dos materiais onde, ao ser aquecidos emitem luz . Nestes Dosímetros, a quantidade de luz emitida é proporcional à Dose Acumulada . Vantagens: Custo moderado São resistentes Podem ser usados várias vezes Mais precisos que os fotográficos Desvantagens As leituras não são imediatas Requerem um equipamento especial para sua leitura

78. Luminescência Estimulada Opticamente - LEO Detecta Radiação Beta, Gama, X, e Nêutrons

79. Luminescência Opticamente Estimulada A luminescência opticamente estimulada ( LOE ) compartilha algumas semelhanças e alguns contrastes com a termoluminescência. Uma variedade de materiais exibem ambos os fenômenos. Sob irradiação, os elétrons são armadilhados em estados excitados de meia vida longa em cristais dopados. Nos DTLs a dose é atribuída a partir da quantidade de luz emitida após estimulação térmica. Nos LOEs , a emissão de luz é causada por estimulação óptica. A leitura de um DTL esvazia todos os estados de elétrons armadilhados , apagando o registro primário e retornando o dosímetro para a sua condição original para reutilização.

80. Luminescência Opticamente Estimulada A leitura de um LOE , por outro lado, retira relativamente muito pouco da carga armazenada, essencialmente preservando o registro primário e possibilitando que o dosímetro seja lido novamente. Pode ser usada a variação na potência de estimulação no LOE com vantagem para obter sensibilidade num intervalo bastante amplo de doses. Embora tempos atrás não se tinha idéia do uso prático do LOE para fins de dosimetria, atualmente tornou-se uma realidade com o desenvolvimento dos dosímetros individuais Luxel ® pela Landau, Inc. nos finais dos anos 1990. O material detector é o óxido de alumínio, com a presença de carbono, Al 2 O 3 : C. (cristais com diferentes dopagens podem ser fabricados para aplicações especificas).

81. Luminescência Opticamente Estimulada Dosímetro Luxel ®.

82. Luminescência Opticamente Estimulada Uma fina lamina de Al 2 O 3 é sanduichada entre um estojo selado contendo filtros multi elementos. Como no filme e DTL , os diferentes filtros são usados para fornecer informações especificas sobre os campos de radiação mistos para a avaliação da dose pessoal. As leituras individuais são alimentadas num algoritmo computacional que estima as doses profunda e superficial regulamentares. A avaliação da dose de nêutrons pode ser adicionada incluindo um detector CR-39 opcional , que é analisado pela revelação e contagem do traço .

83. Luminescência Opticamente Estimulada A Landauer emprega dois métodos de leitura para os dosímetros. Desde que a luz induzida emitida pelo detector deve ser medida na presença de luz de estimulação, é essencial que as duas fontes de luz não sejam mistas. Em um dos métodos, a estimulação é causada por um laser pulsado e o sinal emitido é lido entre pulsos. O outro método emprega estimulação continua por diodos emissores de luz ( DELs ) ou laser de onda continua ( LOC ), e é feita a medida da luz emitida pelo detector em comprimentos de onda fora do espectro do DEL ou LOC. O sistema pulsado é mais caro e mais complexo, mas consideravelmente mais rápido que o método de estimulação continua.

84. Foram planejadas uma variedade de técnicas para observar diretamente os traços de partículas carregadas individualmente. A dosimetria de nêutrons com o dosímetro fotográfico utiliza emulsões sensíveis a nêutrons onde os traços de prótons de recuo devido ao espalhamento elástico dos nêutrons rápidos podem ser contados e analisados. Na câmara de neblina, a umidade de um vapor supersaturado condensa como consequência dos íons gerados pela passagem de uma partícula carregada provocando um traço visível. Na câmara de neblina, são formadas bolhas minúsculas quando um líquido superaquecido começa a evaporar ao longo da trajetória de partículas carregadas. Registro do Traço de Partículas

85. Registro do Traço de Partículas Observ ação de traços de partícula alfa numa câmara de neblina.

86. Um outro dispositivo, a câmara de centelha utiliza uma diferença de potencial entre uma torre de placas para causar uma descarga ao longo da trajetória ionizada de uma partícula carregada que passa através da torre. A revelação dos traços é possível em alguns polímeros orgânicos e em vários tipos de vidro. Uma partícula carregada causa danos por radiação ao longo de sua trajetória no material. Quando tratado quimicamente ou eletroquimicamente, os locais que sofreram danos são atacados preferencialmente e se tornam visíveis, tanto com um microscópio como a olho nú . A revelação dos traços é factível somente para partículas possuindo alta TEL. Registro do Traço de Partículas

87. A técnica é utilizada largamente na dosimetria de nêutrons (por exemplo, detectores CR-39). Embora as partículas neutras não produzam uma cascata de íons, os traços das partículas de recuo carregadas que elas produzem podem ser registradas por esta técnica . Registro do Traço de Partículas

88. Pastilhas de vidro meta fosfato para medir altas doses de radiação fotônica (≥ 1 Gy ), que poderia ocorrer num acidente. A energia absorvida da radiação ionizante proporciona a migração de elétrons para locais permanente associados com a prata presente no vidro. Como um resultado, são produzidas novas frequências de absorção e o vidro fluoresce sob a exposição a luz ultravioleta. O rendimento de fluorescência pode ser comparado com padrões calibrados para avaliar a dose. Uma vez que a fluorescência não altera o vidro, a leitura não é destruída. Embora a radiofotoluminescência tenha sido utilizada para dosímetro pessoal de rotina, geralmente possui aplicação limitada para altas doses . Radiofotoluminescente

89. O deslocamento da fibra depende da exposição e se pode observar diretamente sobre a escala calibrada em unidades de exposição. Vantagens: São de leitura direta Podem ser usados muitas vezes Desvantagens: Não são de registro permanente. São mais onerosos. São muito sensíveis a golpes e maltratos . Câmara de Ionização de Bolso 0 50 100 150 200 miliRoentgens miliRoentgens 0 50 100 150 200

90. CANETAS DOSIMÉTRICAS Dosímetro de Bolso : É uma câmara de ionização, com dois eletrodos de fibra de quartzo, um fixo e outro móvel . Para sua aplicação, um pequeno filamento plano, isolado das paredes da câmara, é montado dentro da câmara de ionização Um carregador externo, induz cargas positivas nos dois eletrodos, fazendo com que se afastem. As ionizações produzidas no gás fazem com que as cargas sejam reduzidas, permitindo a movimentação gradativa da fibra de quartzo à sua posição original.

91. CANETAS DOSIMÉTRICAS

92. CANETAS DOSIMÉTRICAS Para preparar a câmara para uso é colocada uma carga positiva no filamento através de um carregador que se conecta ao filamento via o terminal positivo de uma bateria .

93. CANETAS DOSIMÉTRICAS Quando estiver carregado, o filamento positivo é repelido pela armação carregada positivamente. Quando a radiação penetra a parede da câmara, o gás é ionizado e os íons são atraídos para a armação e fibra ou paredes da câmara, que neutraliza parcialmente sua carga. O filamento torna-se menos repelido pela armação e inicia um movimento na direção de sua posição neutra. A posição do filamento pode ser visualizada através de lentes contra uma escala existente no final da câmara calibrada em roentgen ou rad por hora. Apropriadamente isolada do invólucro da câmara, a carga positiva pode continuar no filamento por horas .

94. CANETAS DOSIMÉTRICAS Os dosímetros de bolso deste tipo são relativamente baratos e podem ser usados para medir exposições a fótons no intervalo desde zero até várias centenas de miliroentgen . É necessário um dispositivo carregador separado .

95. CANETAS DOSIMÉTRICAS

96. CANETAS DOSIMÉTRICAS

97. CANETAS DOSIMÉTRICAS

98. CANETAS DOSIMÉTRICAS

99. Dosimetria O monitoramento radiológico das pessoas é uma necessidade de proteção e uma obrigação regulamentaria. O pessoal de resposta a emergência deve monitorar sua exposição total à radiação, durante suas funções. Quais pessoas deve ter o controle radiológico? De quem se espera … …que o nível de dose ou de incorporação seja de “consideração” em relação com os limites. … prováveis variações nas doses e incorporações.

100. Dosímetro Para que serve um Dosímetro? Os Dosímetros pessoais são dispositivos ou instrumentos que pode portar comodamente o trabalhador e que registram a dose acumulada que recebe durante seu trabalho.

101. Tipos de Dosímetros Câmaras de ionização de leitura direta De filme fotográfico Termoluminescentes ( DTL ) Eletrônicos Os dosímetros pessoais permitem fazer uma medição da dose recebida e fazer um acompanhamento da dose acumulada num período de tempo determinado,

102. Outros Métodos de Detecção Dosímetros Químicos a radiação produz alterações químicas causando a produção de radicais OH - dosímetro Fricke é o mais estudado Calorímetro energia cedida na matéria é convertida em calor usado para medir feixes de radiação intensos

103. Dosimetria Química A radiação produz alterações químicas. Um dos mais estudados sistemas de detecção química é o dosímetro Fricke , onde os íons férricos numa solução sulfatada são oxidados pela ação da radiação Como em todos os dosímetros químicos aquosos a radiação interage com a água para produzir radicais livres (por exemplo, H e OH), que são fortemente reativos. O radical OH, por exemplo, pode oxidar o íon férrico diretamente: Fe 2 + + OH→ Fe 3 + + OH – . Após a irradiação, os dosímetros químicos aquosos podem ser analisados por titulação ou absorção de luz. O intervalo útil do dosímetro Fricke vai desde aproximadamente 40 a 400 Gray ( Gy ).

104. Dosimetria Química As medidas de dose são precisas e absolutas. O sistema aquoso se aproxima do tecido mole. Outros sistemas de dosimetria química são baseados em sulfato cérico , ácido oxálico, ou uma combinação de sulfato ferroso e sulfato cúprico. Doses da ordem de 0,1 Gy podem ser medidas quimicamente em alguns hidrocarbonetos tratados com cloro, tal como o clorofórmio. Doses muito grandes resultam em alterações de coloração visível em alguns sistemas.

105. Dosimetria Química Dosímetro Químico Principio básico A radiação interage com a água Produz produtos primários quimicamente ativos (radicais livres, tais como H 2 & H 2 O 2 ) em aproximadamente 10 -10 s ou menos Heterogeneamente distribuído inicialmente, aproximado com os traços de partículas carregadas Difunde por 10 -6 s, para tornar mais homogêneo, simultaneamente com suas interações químicas com os solutos presentes

106. Dosímetria Química Rendimento químico frente a radiação (valor G ) Definido como o número de entidades químicas produzidas, destruídas, ou alteradas pelo consumo de 100 eV da energia da radiação Em moles/J Cálculo da dose absorvida  M (mole/litro) A alteração na concentração de produto X devido à irradiação  (g/cm 3 ou kg/litro): densidade da solução

107. Dosímetria Química Exemplo Popular Dosímetro Fricke – Sulfato Ferroso Reação de oxidação Fe 2+  Fe 3+ Composição 0,001 M FeSO 4 ou Fe(NH 4 ) 2 (SO 4 ) 2 e 0,8 N H 2 SO 4

108. Dosimetria Química Vantagens Z,  en / &  similar a água Dosímetros líquidos podem ser feitos similarmente em formato e volume para o objeto em estudo Permite-se a dosimetria absoluta Podem ser usados diferentes dosímetros químicos para cobrir vários intervalos de dose: 10 -1 -10 8 Gy Resposta de dose linear vs. intervalo útil de dose

109. Dosimetria Química Desvantagens Falha de estabilidade para armazenamento evita a disponibilidade comercial, exige química úmida no laboratório do usuário Intervalo de dose útil muito alto para monitoração pessoal ou para medida de fontes de pequena intensidade Pequeno grau de dependência com dose - taxa e LET Dependência com a temperatura da solução durante a irradiação e durante o procedimento de leitura

110. Uma fonte de cobalto-60 é calibrada com um dosímetro Fricke no qual o fator G é definido como sendo igual a 1,62  mol/J. Antes da irradiação a densidade óptica E da solução em 305 nm era de 0,049 num pequeno tubo retangular com dimensões de 1 cm. Após exatamente 2 horas a densidade E foi alterada para 0,213. Calcule a dose e a taxa de dose sabendo-se que a extinção molar para o Fe 3+ é de 217,5 m 2 /mol. Dados: Gy = 1J/kg;  = 1024 kg/m 3 X = 1 cm ;  = 217,5 m 2 /mol; G = 1,62  mol/J; tempo = 2h; E = 0,213; E = 0,049 Resp.: 45,454 Gy ; 6,313 mGy/seg

111. Dosimetria Calorimétrica A energia cedida para a matéria devido a radiação normalmente é convertida eficientemente em calor. (A energia da radiação também pode ser gasta em transformações nucleares e alterações químicas). Se o absrovedor for térmicamente isolado, como num calorímetro, então o aumento da temperatura pode ser usado para avaliar a dose absorvida de maneira absoluta. Porém, é necessária uma quantidade muito grande de radiação para medidas calorimétricas. Uma energia absorvida de 4180 J kg –1 (= 4180 Gy ) em água aumenta a temperatura em somente 1 o C. Por serem relativamente insensíveis, os métodos calorimétricos em dosimetria foram empregados principalmente para feixes de radiação de grande intensidade, tais como aqueles usados em radioterapia. Os métodos calorimétricos também são usados para a calibração absoluta da intensidade de fontes de radiação.

112. Dosimetria Calorimétrica Dosímetro calorimétrico Medida direta da energia total cedida à matéria pela radiação Muito próximo de qualquer método de medida de dose absoluta  T : variação na temperatura h : capacidade térmica (cal/g C ou J/kg C) : defeito térmico Fração de E da dose que não é convertida em calor, devido a competição por reações químicas

113. Dosimetria Calorimétrica Vantagens Dosimetria absoluta Muito próxima de qualquer método de medida direta da energia envolvida na dose absorvida Pode ser usado uma grande variedade de materiais no volume sensível Independente dose - taxa Nenhuma dependência com a LET Relativamente estável quanto a danos causados pela radiação

114. Dosimetria Calorimétrica Desvantagens Pequena variação de temperatura, limita a medida a doses relativamente grandes Instrumento volumoso, difícil de transportar e ajustar Para baixas taxas de dose, a perda de calor limita a exatidão e precisão alcançada Problemas com a perda de calor

115. Dosímetros Passivos para Monitoração de Nêutrons Uma opção para dosimetria de nêutrons é fazer uso de DTL já que podem medir radiação neutrônica de todas energias. Contudo, é importante ter conhecimento das energias esperadas já que a resposta real varia consideravelmente desde o intervalo de energias térmicas até 20 MeV. Outros dosímetros para monitoração de nêutrons incluem as emulsões nucleares depositadas em filmes fotográficos, dosímetros emulsão nuclear . Estes dosímetros registram os traços produzidos pelos prótons de recuo que são formados quando o nêutron incidente interage com a base da emulsão. Estes traços podem ser visualizados quando o filme é revelado. Procedendo a contagem do número de traços num microscópio, pode-se determinar a dose causada por nêutrons.

116. Dosímetro Emulsão Nuclear e Filme Processado As desvantagens dos dosímetros de emulsão nuclear são a sua resposta pobre no intervalo abaixo de 700 keV e sua tendência para perda de informação devido a sua sensibilidade a luz e calor.

117. Dosímetro de Traço por Nêutrons Processado A principal vantagem é que não possui grandes problemas de perda de informação e, portanto pode ser usado por mais de três meses.

118. O detector de bolha popular é um único e importante dosímetro pessoal para nêutrons. Par de detectores, um exposto a nêutrons e o outro não exposto. Detectores de Bolha

119. Resposta Energética e Resposta Angular Na determinação da dose individual tanto com dosímetros ativos ou passivos, é importante considerar a resposta do dosímetro para um intervalo amplo de energias e ângulos de incidência da radiação. Como já foi visto, alguns dosímetros possuem limitações quanto a sua resposta para energias e isto deve ser considerado na escolha de um dosímetro para propósitos de medida das doses. Tanto os porta filmes como os DTL, a resposta do dosímetro para diferentes energias é determinada pelo uso de filtros. Em muitos casos, os materiais TL tais como o LiF são escolhidos para a dosimetria individual devido a sua habilidade em responder de maneira similar à resposta para o tecido humano num grande intervalo de energias da radiação. Porém, a resposta angular, direcional, dos DTL para a radiação é dependente com o tipo e espessura do material TL e com os filtros utilizados no estojo. A resposta angular dos DTL para fótons é pouco acentuada.

120. MÉTODOS PARA DOSIMETRIA INTERNA Os três tipos de medidas realizadas para obter a avaliação da dose interna são os seguintes: contagem in-vivo ; bioanálise ; e amostragem do ar .

121. Contagem In-vivo Contagem in-vivo é o termo usado para descrever a detecção de radiação emanando de dentro do corpo usando detectores situados em contato ou próximo à superfície do corpo. Esta técnica é conhecida como contagem de corpo inteiro ou de parte do corpo . Os contadores de corpo inteiro consistem de um arranjo de detectores semicondutores ou cintiladores que são usados para detectar o espectro de radiação X e gama proveniente dos contaminantes internos. Estes detectores são operados com o individuo sentado ou deitado num local blindado para reduzir a radiação de fundo natural.

122. Os fatores importantes que influenciam a eficiência de detecção são a geometria do arranjo de contagem, localização do indivíduo no detector e as características físicas do indivíduo sendo contado. De modo a obter os limites inferiores de detecção adequados, os tempos de contagem rotineiros podem ser da ordem de vários minutos, até 40 minutos, dependendo do conforto e conveniência das pessoas submetidas a contagem. A calibração dos radionuclídeos de interesse é obtida utilizando simuladores do corpo humano contendo quantidades conhecidas de material radioativo. É possível calibrar alguns contadores in-vivo de tal modo que a radiação X ocasionada pela radiação de frenamento (bremsstrahlung) provocada pelos emissores beta puro energéticos tais como P-32 também possa ser avaliada.

123. Bioanálise A amostragem para bioanálise é obtida a partir de amostras biológicas extraídas do corpo humano e analisada quanto ao teor de radioatividade de tal modo que possa ser avaliada a dose interna. Um exemplo comum é a análise de trício em urina, e plutônio e urânio em urina e fezes. A espectrometria com cintilação líquida e alfa são duas técnicas analíticas empregadas. Outros tipos de amostragem que são complexos e não muito exatos são as aberrações cromossômicas em amostras de sangue para exposições altas, acima de 50 mSv, e análise de muco nasal para as incorporações provocadas pela inalação de ar. Estas duas últimas técnicas são utilizadas na dosimetria acidental.

124. Amostragem de Ar Onde os níveis de radioatividade presentes no ar apresentam um risco interno, tais como emissores alfa, podem ser avaliados os níveis no ambiente de trabalho. Utilizando os tempos de ocupação para indivíduos ou grupos de trabalhadores, a avaliação da dose individual pode ser obtida a partir dos resultados da monitoração de ar rotineira. Pode ser obtida uma dosimetria mais precisa fazendo uso de amostradores de ar individuais ( AAI ). Os amostradores de ar individuais consistem de uma bomba alimentada por bateria que aspira o ar que passa através de um filtro. O dispositivo que aspira o ar é colocado o mais próximo do nariz e boca para simular a incorporação real admitida pelo trabalhador. No final do período de trabalho, o filtro é avaliado quanto aos contaminantes e as concentrações de atividade, em Bq m -3 , são calculadas usando as vazões conhecidas. Observe que o filtro de papel necessitará ser contado duas vezes para considerar os produtos de decaimento do radônio. Os AAI, geralmente são usados para avaliar a concentração de emissores alfa presentes nos locais de trabalho. Podem ser usados juntamente com a contagem in-vivo para melhorar a precisão total da avaliação dosimétrica. Outros dispositivos passivos, tais como detectores de traço gravado, estão disponíveis para avaliar a exposição a contaminação presente no ar tais como os produtos de decaimento do radônio.

125. Trabalhador usando um Amostrador de Ar Individual (AAI) Cálculo da Dose Equivalente Comprometida Fazendo uso de modelos, os valores para a incorporação de radioatividade podem ser avaliados e os fatores de conversão de dose, podem ser aplicados para calcular a dose equivalente comprometida.

126. PROTEÇÃO RADIOLÓGICA Módulo 2 Radioproteção Programa Específico de Treinamento Proteção Radiológica Matias Puga Sanches [email protected]