Radiação Ionizante: Descoberta, Tipos e Efeitos, Resumos de Radiologia

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FUNDAMENTOS DE

RADIOLOGIA

Professor: TNR Everton Costa Pinto

APRESENTAÇÃO

Os técnicos de radiologia são profissionais de saúde que efetuam exames na área da radiologia, ou seja, atuam ao nível da produção de imagens do interior do corpo que permitem diagnosticar situações patológicas como pneumonias, tumores ou fraturas ósseas, entre muitas outras. As suas principais funções consistem, assim, na programação, execução e avaliação de todas as técnicas radiológicas utilizadas no diagnóstico, na prevenção e promoção da saúde, recorrendo para esse efeito a equipamentos tecnologicamente avançados. As suas funções compreendem a preparação e posicionamento do paciente para a realização do exame, bem como a sua vigilância durante o mesmo. Além disso, planejam, programam e executam os procedimentos necessários ao esclarecimento da situação clínica dos doentes. Por vezes, elaboram um relatório preliminar descritivo daquilo que observam, no sentido de permitir uma correta decisão por parte do médico, na elaboração do diagnóstico e na definição da terapêutica. Pelo fato de trabalharem com radiações, estes profissionais devem manter um nível máximo de segurança na sua utilização com vista a assegurar a sua proteção e a do paciente. As técnicas que tradicionalmente utilizam incluem a radiologia convencional, a tomografia computadorizada (usualmente designada por TC), a ressonância magnética, entre outras. O âmbito da radiologia tem aumentado nos últimos anos, em parte devido ao desenvolvimento tecnológico - e novas técnicas têm surgido como a angiografia, que permite o estudo dos vasos arteriais e venosos. Dada a diversificação crescente das técnicas utilizadas, a atividade destes profissionais é também designada por imaginologia, termo que pela sua abrangência é considerado mais adequado à realidade atual. Fazendo uso do conhecimento que tem dos equipamentos, estes técnicos tentam obter uma imagem de diagnóstico o mais esclarecedora possível. Os aparelhos que usam variam desde os mais simples, como o que é usado para o exame de raios-X, a equipamentos muito sof isticados, utilizadores de sistemas informáticos para a produção e aquisição de imagens (permitindo a realização de exames como a TC). Os técnicos de radiologia necessitam, por isso, de saber usar os programas de software que integram os equipamentos, chegando alguns a participar, inclusive, na preparação desses mesmos programas.

ENERGIA

De um modo geral, a energia pode ser definida como a capacidade de realizar trabalho ou como o resultado da realização de um trabalho. Na prática, a energia é melhor “sentida” do que definida. Quando se olha para o Sol, tem-se a sensação de que ele é dotado de muita energia, devida à luz e ao calor que emite constantemente.

FORMAS DE ENERGIA

Existem várias formas ou modalidades de energia: a) Energia Cinética : associada ao movimento dos corpos. b) Energia Potencial : armazenada num corpo material ou numa posição no espaço e que pode ser convertida em energia “sensível” a partir de uma modificação de seu estado, podendo ser citadas, por exemplo, a Energia Potencial Gravitacional, Energia Química, Energia de Combustíveis e a energia existente nos átomos.

c) Luz e Calor são duas outras modalidades de energia: Energia Luminosa e Energia Térmica , fáceis de serem “sentidas”.

d) Energia Magnética (ímã): só pode ser percebida por meio de sua atração sobre alguns materiais, como o ferro.

MATÉRIA E ENERGIA

Se um carro, a uma velocidade de 30 km/h, bater em um muro, vai ficar todo amassado e quase nada vai acontecer com o muro. Se um caminhão carregado, também a 30 km/h, bater no mesmo muro, vai “arrebentá-lo” e o caminhão quase nada sofrerá. Isso significa que, quanto maior a massa, maior a energia associada ao movimento.

USO DA ENERGIA

A energia elétrica é muito importante para as indústrias, porque torna possível a iluminação dos locais de trabalho, o acionamento de motores, equipamentos e instrumentos de medição. Para todas as pessoas, entre outras aplicações, a energia elétrica serve para iluminar as ruas e as casas, para fazer funcionar os aparelhos de televisão, os eletrodomésticos e os elevadores dos edifícios. Sem energia elétrica seria muito incômodo construir e habitar edifícios de mais de três andares. Por todos esses motivos, é interessante converter outras formas de energia em energia elétrica.

CONVERSÃO DE ENERGIA Um bom exemplo de conversão de uma forma de energia em outra é o nosso corpo. A energia liberada pelas reações químicas que ocorrem nos diversos órgãos (estômago, intestinos, fígado, músculos, sangue etc.) é convertida em ações ou movimentos (andar, correr, trabalhar etc.).

CENTRAL TÉRMICA

Se as pás forem movidas por passagem de vapor, obtido por aquecimento de água como se fosse uma grande chaleira, tem-se, então, uma Usina Termelétrica. O calor pode ser gerado pela queima de óleo combustível, carvão ou gás.

ESTRUTURA DA MATÉRIA

O ferro é um material, ou melhor, um elemento químico bastante conhecido e fácil de ser encontrado. Se triturarmos uma barra de ferro, obteremos pedaços cada vez menores, até atingirmos um tamanho mínimo, que ainda apresentará as propriedades químicas do ferro. Essa menor estrutura, que apresenta ainda as propriedades de um elemento químico, é denominada ÁTOMO , que em grego significa indivisível.

O ÁTOMO Por muito tempo, pensou-se que o átomo, na forma acima definida, seria a menor porção da matéria e teria uma estrutura compacta. Atualmente, sabemos que o átomo é constituído por partículas menores (sub-atômicas), distribuídas de uma forma que lembra o Sistema Solar. Existe um Núcleo , onde fica concentrada a massa do átomo e minúsculas partículas que giram em seu redor, denominadas elétrons. Os elétrons são partículas de carga negativa e massa muito pequena. A comparação com o sistema solar, embora sirva para dar uma idéia visual da estrutura do átomo, destacando os "grandes espaços vazios", não exprime a realidade. No sistema solar, os planetas se distribuem quase todos num mesmo plano de rotação ao redor do Sol. No átomo, os elétrons se distribuem em vários planos em torno do núcleo. Não é possível determinar simultaneamente a posição de um elétron e sua velocidade num dado instante.

O urânio, que possui 92 prótons no núcleo, existe na natureza na forma de 3 isótopos:

• U-234 , com 142 nêutrons (em quantidade desprezível);
• U-235 , com 143 nêutrons (0,7%);
• U-238 , com 146 nêutrons no núcleo (99,3%).

LIBERAÇÃO DA ENERGIA NUCLEAR

Uma vez constatada a existência da energia nuclear, restava descobrir como utilizá-la. A forma imaginada para liberar a energia nuclear baseou-se na possibilidade de partir-se ou dividir-se o núcleo de um átomo “pesado” , isto é, com muitos prótons e nêutrons, em dois núcleos menores, através do impacto de um nêutron. A energia que mantinha juntos esses núcleos menores, antes constituindo um só núcleo maior, seria liberada, na maior parte, em forma de calor (energia térmica).

FISSÃO NUCLEAR

A divisão do núcleo de um átomo pesado, por exemplo, do urânio-235 , em dois menores, quando atingido por um nêutron, é denominada Fissão Nuclear. Seria como jogar uma bolinha de vidro (um nêutron) contra várias outras agrupadas (o núcleo).

REAÇÃO EM CADEIA Na realidade, em cada reação de fissão nuclear resultam, além dos núcleos menores, dois a três nêutrons, como conseqüência da absorção do nêutron que causou a fissão. Torna- se, então, possível que esses nêutrons atinjam outros núcleos de urânio-235, sucessivamente, liberando muito calor.

Tal processo é denominado Reação de Fissão Nuclear em Cadeia ou, simplesmente, Reação em Cadeia.

CONTROLE DA REAÇÃO DE FISSÃO NUCLEAR EM CADEIA

Descoberta a grande fonte de energia no núcleo dos átomos e a forma de aproveitá-la, restava saber como controlar a reação em cadeia, que normalmente não pararia, até consumir quase todo o material físsil (= que sofre fissão nuclear), no caso o urânio-235. Como já foi visto, a fissão de cada átomo de urânio-235 resulta em 2 átomos menores e 2 a 3 nêutrons, que irão fissionar outros tantos núcleos de urânio-235. A forma de controlar a reação em cadeia consiste na eliminação do agente causador da fissão: o nêutron. Não havendo nêutrons disponíveis, não pode haver reação de fissão em cadeia. Alguns elementos químicos, como o boro, na forma de ácido bórico ou de metal, e o cádmio, em barras metálicas, têm a propriedade de absorver nêutrons, porque seus núcleos podem conter ainda um número de nêutrons superior ao existente em seu estado natural, resultando na formação de isótopos de boro e de cádmio. A grande aplicação do controle da reação de fissão nuclear em cadeia é nos Reatores Nucleares, para geração de energia elétrica.

Outros elementos pesados, com massas próximas à do urânio, como o rádio e o polônio, também tinham a mesma propriedade. O fenômeno foi denominado radioatividade e os elementos que apresentavam essa propriedade foram chamados de elementos radioativos. Comprovou-se que um núcleo muito energético, por ter excesso de partículas ou de carga, tende a estabilizar-se, emitindo algumas partículas.

PARTÍCULA ALFA OU RADIAÇÃO ALFA

Um dos processos de estabilização de um núcleo com excesso de energia é o da emissão de um grupo de partículas, constituídas por dois prótons e dois nêutrons, e da energia a elas associada. São as radiações alfa ou partículas alfa , na realidade núcleos de hélio (He), um gás chamado “nobre”, por não reagir quimicamente com s demais elementos. As partículas α possuem carga +2.

PARTÍCULA BETA OU RADIAÇÃO BETA

Outra forma de estabilização, quando existe no núcleo um excesso de nêutrons em relação a prótons, é através da emissão de uma partícula negativa, um elétron, com carga -1, resultante da conversão de um nêutron em um próton. É a partícula beta negativa ou, simplesmente, partícula beta. No caso de existir excesso de cargas positivas (prótons), é emitida uma partícula beta positiva, chamada pósitron , resultante da conversão de um próton em um nêutron. Portanto, a radiação beta é constituída de partículas emitidas por um núcleo, quando da transformação de nêutrons em prótons (partículas beta) ou de prótons em nêutrons (pósitrons).

RADIAÇÃO GAMA Geralmente, após a emissão de uma partícula alfa (α) ou beta (β), o núcleo resultante desse processo, ainda com excesso de energia, procura estabilizar-se, emitindo esse excesso em forma de onda eletromagnética, da mesma natureza da luz, sem carga elétrica, denominada radiação gama. RADIAÇÃO É a propagação de energia, na forma de ondas eletromagnéticas ou de partículas. A onda eletromagnética é uma forma de energia, constituída por campos elétricos e campos magnéticos, ariáveis e oscilando em planos perpendiculares entre si, capaz de propagar-se no espaço. No vácuo, sua velocidade de propagação é de 300.000 km/s.

UNIDADE DE ATIVIDADE

A atividade de uma amostra com átomos radioativos (ou fonte radioativa) é medida em:

MEIA-VIDA

Cada elemento radioativo, seja natural ou obtido artificialmente, se transmuta (se desintegra ou decai) a uma velocidade que lhe é característica. Para se acompanhar a duração (ou a “vida”) de um elemento radioativo foi preciso estabelecer uma forma de comparação. Por exemplo, quanto tempo leva para um elemento radioativo ter sua atividade reduzida à metade da atividade inicial? Esse tempo foi denominado meia-vida do elemento.

Isso significa que, para cada meia-vida que passa, a atividade vai sendo reduzida à metade da anterior, até atingir um valor insignificante, que não permite mais distinguir suas radiações das do meio ambiente. Dependendo do valor inicial, em muitas fontes radioativas utilizadas em laboratórios de análise e pesquisa, após 10 (dez) meias-vidas, atinge- se esse nível. Entretanto, não se pode confiar totalmente nessa “receita”, pois, em várias fontes usadas na indústria e na medicina, mesmo após 10 meias-vidas, a atividade dessas fontes ainda é alta.

OS RAIOS-X

Os raios-X são radiações da mesma natureza da radiação gama (ondas eletromagnéticas), com características idênticas. Só diferem da radiação gama pela origem, ou seja, os Raios-X não saem do núcleo do átomo. Raios-X não são energia nuclear

Meia-vida , portanto, é o tempo necessário para a atividade de um elemento radioativo ser reduzida à metade da atividade inicial.

Bq (Becquerel) = uma desintegração por segundo Ci (Curie) = 3,7 x 10^10 Bq

Os raios-X são emitidos quando elétrons, acelerados por alta voltagem, são lançados contra átomos e sofrem frenagem, perdendo energia. Não têm, pois, origem no núcleo do átomo.

Toda energia nuclear é atômica, porque o núcleo pertence ao átomo, mas nem toda energia atômica é nuclear. Outro exemplo de energia atômica e não nuclear é a energia das reações químicas (liberadas ou absorvidas).

A DESCOBERTA DOS RAIOS X

No final do século XIX, mais precisamente no dia 8 de novembro de 1895 foi descoberto os Raios X pelo físico alemão Wilhelm Conrad Roetgen ao ver sua mão projetada numa tela enquanto trabalhava com radiações. Por ser muito perspicaz e inteligente imaginou que de um tubo em que ele trabalhava deveria estar sendo emitido um tipo especial de onda que tinha a capacidade de atravessar o corpo humano.

Raios-X são energia atômica

A ampola de Edison, que ficou conhecida como lâmpada incandescente, depois de aperfeiçoada, deu origem à ampola de Crookes, usada por Roentgen. Atualmente, a ampola mais famosa é o tubo de televisão. Na época, Roentgen fez algumas observações sobre os "raios" que descobrira:

• são diferentes dos raios catódicos ;
• causam fluorescência em certos sais metálicos;
• impressionam (enegrecem) chapas fotográficas;
• são de natureza eletromagnética, pois não sofrem desvios em campos eletro- magnéticos;
• produzem radiações secundárias por onde atravessam;
• propagam-se em linha reta em toas as direções;
• transformam gases em condutores elétricos (ionização);
• seu poder de penetração aumenta com o aumento da tensão nos tubo que os geraram. A descoberta de Roentgen permitiu “visualizar” o interior de muitos objetos e o corpo humano, opacos à luz, mas transparentes aos raios-X. Na realidade, a primeira radiografia foi amão de sua própria mulher.

As primeiras aplicações dos aparelhos de raios-X ocorreram na Medicina, para diagnóstico de fraturas ósseas e, logo após, na Odontologia, para diagnóstico de canais dentários. Foram desenvolvidos aparelhos mais potentes para uso em radiografia industrial (semelhante à gamagrafia). As principais desvantagens de tais aparelhos, para a indústria, são as seguintes:

• as peças têm que ser levadas até eles, uma vez que é impraticável deslocar os aparelhos (de grande porte) e acessórios;
• depende de fonte de alimentação (energia elétrica);
• têm limitações, impostas pela forma das peças a serem radiografadas.

Em relação ao ser humano, os raios-X requerem os mesmos cuidados que a radiação gama e, por isso, não podem ser usados indiscriminadamente.

PENETRAÇÃO DAS RADIAÇÕES NA MATÉRIA As partículas alfa são as radiações mais ionizantes por terem carga +2, mas, exatamente por esse motivo, além de ter maior massa, sua penetração na matéria é pequena, não conseguindo atravessar uma simples folha de papel e percorrendo poucos centímetros no ar. Dependendo de sua energia, a maioria das partículas beta, que são elétrons de origem nuclear, podem percorrer até poucos metros no ar e têm

Os aparelhos de raios-X não são radioativos. Só emitem radiação quando estão ligados, isto é, em operação.