Os raios cósmicos são fontes de radiação ionizante potencialmente perigosas para o organismo humano. Para quantificar a dose de radiação recebida, utiliza-se o sievert (Sv), definido como a unidade de energia recebida por unidade de massa. A exposição à radiação proveniente de raios cósmicos aumenta com a altitude, o que pode representar um problema para as tripulações de aeronaves. Recentemente, foram realizadas medições acuradas das doses de radiação ionizante para voos entre Rio de Janeiro e Roma. Os resultados têm indicado que a dose média de radiação recebida na fase de cruzeiro (que geralmente representa 80% do tempo total de voo) desse trecho intercontinental é 2 μSv/h. As normas internacionais da aviação civil limitam em 1 000 horas por ano o tempo de trabalho para as tripulações que atuem em voos intercontinentais. Considere que a dose de radiação ionizante para uma radiografia torácica é estimada em 0,2 mSv.
RUAS, A. C. O tripulante de aeronaves e a radiação ionizante. São Paulo: Edição do Autor, 2019 (adaptado).
A quantas radiografias torácicas corresponde a dose de radiação ionizante à qual um tripulante que atue no trecho Rio de Janeiro−Roma é exposto ao longo de um ano?
a) 8
b) 10
c) 80
d) 100
e) 1000
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Resolução em Texto
Matérias Necessárias para a Solução da Questão
- Física: Radiação Ionizante (Interpretação)
- Matemática Básica: Regra de três e Conversão de Unidades
Nível da Questão: Médio
Gabarito: A
1º Passo: Análise do Comando e Definição do Objetivo
Comando: “A quantas radiografias torácicas corresponde a dose de radiação ionizante à qual um tripulante que atue no trecho Rio de Janeiro−Roma é exposto ao longo de um ano?”
Objetivo: Determinar o número de radiografias equivalentes à dose de radiação recebida por um tripulante durante voos intercontinentais.
Dica Geral: A dose de radiação recebida é geralmente comparada com procedimentos médicos comuns, como radiografias, devido à gravidade da exposição a radiações ionizantes. A questão envolve apenas a interpretação do texto e cálculos usando regra de três.
2º Passo: Análise das Frases-Chave do Texto
- Dose média de radiação recebida: 2 μSv/h (microsievert por hora)
- Limite anual de trabalho: 1 000 horas
- Tempo de voo na fase de cruzeiro: 80% do total (ou seja, 800 horas/ano)
- Dose de uma radiografia torácica: 0,2 mSv (milisievert)
Essas são as informações principais do texto. Elas destacam a exposição contínua à radiação durante voos. O enunciado pede a comparação dessa dose com procedimentos médicos (radiografia – raio-x).
3º Passo: Explicação dos Conceitos Importantes
Radiação
Radiação é a emissão de energia no formato de ondas eletromagnéticas (como luz, micro-ondas ou raios X) ou partículas (como elétrons, prótons ou nêutrons). Essa energia é capaz de se propagar pelo espaço ou através de meios materiais.
Existem dois tipos principais de radiação:
- Radiação não ionizante: Inclui ondas de rádio, micro-ondas e luz visível. Essa radiação não possui energia suficiente para alterar a estrutura dos átomos.
- Radiação ionizante: Inclui raios-X, raios gama e partículas subatômicas (prótons, elétrons e nêutrons), sendo caracterizada por possuir alta energia, capaz de alterar a matéria ao nível atômico.
A radiação ionizante é importante no contexto da questão, pois é a que está presente nos raios cósmicos e em procedimentos médicos, como radiografias.
Ionização
Ionização é o processo pelo qual um átomo ou molécula ganha ou perde elétrons, transformando-se em um íon (átomo eletricamente carregado, ou seja, possui uma carga: positiva ou negativa). Isso ocorre quando uma energia suficientemente alta é aplicada, rompendo a atração entre os elétrons e o núcleo do átomo.
Exemplos de ionização:
- Ganho de elétrons: O átomo se torna um íon negativo (ânion).
- Perda de elétrons: O átomo se torna um íon positivo (cátion).
Esse processo é relevante porque os íons gerados podem reagir quimicamente de maneiras que os átomos neutros não fariam, o que pode levar a danos celulares em organismos vivos.
Radiação e Ionização: Como se relacionam
A radiação ionizante é justamente o tipo de radiação que possui energia suficiente para
causar ionização (perda de elétrons, geralmente). Ela interage com a matéria,
removendo elétrons dos átomos e moléculas, o que pode levar a:
- Alterações celulares: Danos ao DNA e outras estruturas celulares.
- Efeitos biológicos: Pode ser útil, como em tratamentos de câncer, mas também pode causar mutações ou morte celular, dependendo da dose.
No caso dos raios cósmicos, a radiação ionizante interage com o corpo humano e pode ser potencialmente prejudicial, especialmente em altas altitudes, pois há uma maior concentração dessa radiação ionizante. É por isso que o impacto dessa radiação é medido e comparado com procedimentos médicos, como radiografias, para avaliar os riscos envolvidos.
- Microsieverts (μSv) e Milisieverts (mSv): Unidades usadas para medir a exposição à radiação, com 1 mSv equivalendo a 1.000 μSv.
- Tempo de cruzeiro: Representa a maior parte do voo, onde o tripulante é exposto à radiação constantemente durante longos períodos. É o momento após a subida do avião e imediatamente anterior à sua descida.
4º Passo: Resolução detalhada com cálculos
- 1. Cálculo da dose total de radiação recebida
Sabemos que a dose média recebida por hora é de 2 μSv durante a fase de cruzeiro. Sabemos que o limite anual para os tripulantes é de 1.000 horas. Porém, dessas 1.000 horas, 80% são na fase de cruzeiro (800 horas, portanto). Agora é uma regra de três simples:
1h ——-—-2 μSv
800h ——– X
Assim, teremos: X = 1600μSv
- 2. Conversão de μSv para mSv
Sabemos que:
1 mSv ——- 1 000μSv
X ———-— 1600μSv
X = 1600/1000 ➜ X = 1,6mSv
- 3. Relacionar com radiografias
A dose de uma radiografia é de 0,2 mSv. Agora podemos calcular quantas radiografias correspondem a 1,6 mSv:
1,6/0,2 ➜ 16/2 ➜ 8 radiografias
5º Passo: Conclusão e Justificativa
A resposta correta é A) 8.
O tripulante que atua em voos intercontinentais entre Rio de Janeiro e Roma recebe, ao longo de um ano, uma dose de radiação ionizante durante a fase de cruzeiro equivalente a 1,6 mSv. Quando comparamos esse valor com a dose de radiação de uma radiografia torácica (0,2 mSv), concluímos que a exposição é equivalente a 8 radiografias torácicas, pois (1,6 ÷ 0,2 = 8).
Resumo Final
Ao longo de um ano, um tripulante de voos intercontinentais está exposto a uma quantidade significativa de radiação ionizante, principalmente na fase de cruzeiro (parte mais alta e longa do voo), que corresponde a 80% do tempo total de voo. Essa exposição equivale a 8 radiografias torácicas, um dado relevante para monitorar e
garantir a segurança ocupacional desses profissionais frente aos riscos cumulativos da radiação.
