Chamamos de blindagem ou barreira todo o material com capacidade de absorver ou atenuar um feixe de radiação que nela incide. Tratando-se de radiação corpuscular (alfa e beta, por exemplo), a blindagem provavelmente será capaz de absorver a totalidade das partículas, muito embora não impeça a radiação de freamento que poderá ser produzida.

Uma blindagem não é capaz de impedir totalmente a transmissão da radiação eletromagnética ionizante gama e raios X mas apenas atenuá-la. O grau de atenuação depende, de vários fatores como, natureza do material que que compõe a blindagem, a geometria da medição a ser feita, a forma geométrica da fonte, a energia da radiação incidente e da espessura da barreira.

Nesta página para analisarmos blindagens para fótons ou radiações eletromagnéticas ionizantes o faremos sobre dois focos a condição de boa geometria e a condição de má geometria. nas duas assumiremos que a fonte a ter sua emissão de radiação blindada é uma fonte puntiforme.

Uma fonte é dita puntiforme em relação a um dado ponto de interesse se a distância entre ambos é muito maior que a maior dimensão da fonte. No caso do feixe de radiação emitido por uma fonte puntiforme ser estreito, isto é, colimado, e o material absorvedor tiver densidade que possibilite o uso de espessuras finas, o fator de build-up é igual à unidade (B = 1). Esta é, então, denominada condição de “boa geometria”. Se o feixe é largo, de tal sorte que provoca espalhamento contribuindo com adição de fótons ao feixe transmitido a condição é dita de “má geometria”. Neste caso, torna-se obrigatória a determinação do fator de build-up ou fator de crescimento que depende da energia da radiação, do material de blindageme da sua espessura. (Tauhata et al, 2003)

Condição de boa geometria e cálculo

Na definição da condição de boa geometria alguns parâmetros devem ser bem compreendidos para que se possa realizar o cálculo de uma blindagem nesta condição. Os parâmetros são:

• Interação de fótons com a matéria;
• Coeficiente de atenuação linear;
• Camada semirredutora (CSR ou HVL);
• Camada decimo redutora (CDR ou TVL);
• Fator de redução ou atenuação (Fr);
• Procedimento de cálculo.

Interação de fótons com a matéria

A interação da radiação X e gama com a matéria faz-se através de diversos processos físicos. Este processos são a difusão elástica de Rayleigh, o efeito fotoelétrico, a difusão de Compton e a criação de pares elétron pósitron, sendo que probabilidade de ocorrência de cada um destes processos depende essencialmente da energia fóton e do tipo de material atravessado.

Coeficiente de atenuação linear (μ)

Quanto maior a espessura de um material, maior a quantidade de radiação que ela absorve, ou seja, menor a intensidade do feixe que atravessa o material. Como a absorção obedece a uma lei exponencial, a intensidade diminui, mas nunca se anula completamente. A capacidade de absorção varia de material para material. Isso se explica através de coeficiente de absorção “μ”, que representa a probabilidade, por unidade de comprimento, de que o fóton seja removido do feixe pelo material (por absorção ou espalhamento). Abaixo tabela com valores de coeficiente de atenuação linear.

Camada semirredutora (CSR ou HVL)

Um conceito importante no cálculo de blindagem é o de camada semirredutora, corresponde à espessura necessária para reduzir a intensidade do feixe de fótons à metade do valor inicial e que está relacionada com o coeficiente de atenuação linear μ pela equação abaixo.

Camada décimo redutora (CDR ou TVL)

A Camada décimo Redutora (CDR) é a espessura necessária para atenuar em 1/10 o feixe de fótons incidentes, é também muito utilizada no cálculo de espessura de blindagem.

Abaixo tabela com valores de HVL e TVL.

Fator de redução ou atenuação (Fr)

É um parâmetro empregado para estimar a espessura do material de blindagem. Conhecendo-se um fator de redução Fr, a espessura de blindagem pode ser obtida por:

onde x representa a espessura do blindagem com o material de selecionado.

Procedimento de cálculo em boa geometria (B = 1)

A fonte é suficientemente pequena (puntiforme), de modo que a fluência de fótons varie com o inverso do quadrado da distância. A atenuação na camada de ar intermediária entre a fonte e o ponto de medição é desprezível ou corrigida pelo fator de atenuação. Somente fótons provenientes da fonte contribuem para o ponto de medição, ou seja, que não haja espalhamento nos materiais circunvizinhos. Todo espalhamento Compton gerado na interação dos fótons na blindagem é absorvida na mesma, o mesmo ocorrendo com os fótons por aniquilação que possam ser gerados.

Condição de má geometria e cálculo

A partir da atenuação exponencial da radiação eletromagnética por um material, pode-se supor que os fótons espalhados pelas interações são completamente removidos do feixe transmitido, na direção de incidência. No entanto isso só ocorre no caso de feixe colimado e com espessura fina de material absorvedor, requisitos de uma boa geometria. Essa contribuição aditiva representa efetivamente um crescimento da intensidade do feixe em relação ao valor esperado.

A diferença pode ser corrigida por um fator denominado fator de crescimento (fator de build up) que depende da energia da radiação, do material de blindagem e da sua espessura. A lei de atenuação pode ser escrita como:

O fator B(μx) depende de μ e da espessura x, podendo ser estimado, com boa aproximação por fórmulas semiempíricas ou gráficos que fornecem o valor de build-up em função de μ.x, para valores de energia média do feixe de radiação e da natureza do material absorvedor. Abaixo a expressão para cálculo de espessura para B ≠ 1.

O gráfico apresentado a seguir para material absorvedor de concreto pode ser utilizado para se obter o fator de Build up.

Exemplo de cálculo (B ≠ 1)

Determine a espessura das paredes de concreto de um bunker (casamata) para serviço de gamagrafia com uma fonte puntiforme de 60 Co de 30 Ci de atividade. Sabe-se que a distância mínima entre a fonte e a parede mais próxima não será menor que 3 m e que a taxa de exposição externamente ao bunker não poderá exceder a 2,5 mR/h.

Referência bibliográfica

Tauhata, L., Salati, I.P.A., Prinzio, R.Di., Prinzio, M.A.R.R.Di. Radioproteção e Dosimetria: Fundamentos - 5a revisão agosto/2003 - Rio de Janeiro - IRD/CNEN 242p.