Radioatividade

Radioatividade

 

O que é radioatividade?

 

Existem na Natureza alguns elementos fisicamente instáveis, cujos átomos, ao se desintegrarem, emitem energia sob forma de radiação. Dá-se o nome radioatividade justamente a essa propriedade que tais átomos têm de emitir radiação.

O urânio-235, o césio-137, o cobalto-60, o tório-232 são exemplos de elementos fisicamente instáveis ou radioativos. Eles estão em constante e lenta desintegração, liberando energia através de ondas eletromagnéticas (raios gamas) ou partículas subatômicas com altas velocidades (partículas alfa, beta e nêutrons). Esses elementos, portanto, emitem radiação constantemente.

A radioatividade foi descoberta pelos cientistas no final do século passado. Até aquela época predominava a idéia de que os átomos eram as menores partículas de qualquer matéria e semelhantes a esferas sólidas. A descoberta da radiação revelou a existência de partículas menores que o átomo: os prótons e os nêutrons, que compõem o núcleo do átomo, e os elétron, que giram em torno do núcleo. Essas partículas, chamadas de subatômicas, movimentam-se com altíssimas velocidades.

Descobriu-se também que os átomos não são todos iguais. O átomo de hidrogênio, por exemplo, o mais simples de todos, possui 1 próton e 1 elétron (e nenhum nêutron). já o átomo de urânio-235 conta com 92 prótons e 143 nêutrons.

 

1- Emissões radioativas naturais

Radioatividade é a emissão espontânea de partículas e/ou radiações de núcleos instáveis.

Emissões radioativas naturais Natureza Velocidade relativa à da luz (c) Poder de penetração relativo Poder de ionização relativo
α 2 prótons +
2 nêutrons		 5 a 10% 1 10 000
b elétron 40 a 95% 100 100
g onda eletromagnética 100% 10 000 1

 

 

Leis da Radioatividade

Primeira lei da radioatividade natural (Soddy)

Frederick Soddy, um cientista inglês, considerou a suposta idéia de que a radioatividade era um fenômeno que resulta de uma instabilidade nuclear. Desse modo, um átomo radioativo, após emitir uma partícula (α) ou (β), iria converter-se em átomo de outro elemento.

Foi constatado que, após a emissão de uma partícula α, o átomo se converte em um elemento no qual seu número atômico diminui 2 unidades, e sua massa atômica diminui de 4 unidades.

Assim, Frederick Soddy apresentou a Primeira Lei da Radioatividade também conhecida como Lei de Soddy:

Quando um átomo radioativo emite uma partícula (α), seu número atômico diminui de 2 unidades e seu número de massa diminui de 4 unidades.

Segunda lei de radioatividade natural (Soddy, Fajans e Russel)

A Segunda Lei da Radioatividade foi enunciada por Soddy, Fajans e Russel. Esses três cientistas descobriram que ao emitir uma partícula (β), o átomo radioativo aumenta 1 unidade no seu número atômico e seu número de massa permanece constante.

Esta Lei também ficou conhecida como Lei de Soddy, Fajans e Russel:

Quando um átomo radioativo emite uma partícula (β), seu número atômico aumenta de uma unidade, e seu número de massa permanece constante.

 

2- Séries Radioativas Naturais

 

Elementos radioativos naturais

- Todos com Z ≤ 84; parte dos que têm Z entre 81 e 83. São exceções os isótopos radioativos naturais com Z < 81.

Séries radioativas naturais

 

 

 

 

bullet Série do urânio 238U → 206Pb (4n + 2)

 
bullet Série do tório 232Th → 208Pb (4n)

 
bullet Série do actínio 235U → 207Pb (4n + 3)

Contador Geiger-Muller é o aparelho usado para detectar radioatividade. As emissões radioativas ionizam os gases, tornando-os condutores de eletricidade; este é o princípio de funcionamento do aparelho.

 

3- Cinética das Radiações

 

v = k·N

v = velocidade de desintegração ou atividade radioativa
k = constante radioativa
N = número de átomos do elemento radioativo

 

Constante Radioativa (k) - é a constante radioativa que representa a fração de átomos desintegrados na unidade de tempo.

Podemos determinar uma constante para cada elemento.

Exemplo:



Isto é, numa amostra de rádio que contém 2300 átomos, apenas 1 se desintegra no espaço de tempo de um ano.

Meia-vida (t1/2) é o tempo depois do qual metade dos átomos da amostra se desintegra.

Período de semidesintegração ou meia- vida (P ou t½) - é o tempo necessário para que a metade dos núcleos radioativos se desintegre, ou seja, para que uma amostra radioativa se reduza a metade.”

Considere uma amostra com n0 átomos radioativos iniciais.

Depois de um espaço de tempo, haverá átomos que ainda não se desintegraram.

P é definido como o período de semidesintegração.

O tempo para que ocorra a desintegração da metade dos átomos não depende do número de átomos radioativos iniciais, pois quanto maior for o número de átomos, maior será a velocidade de desintegração.

Para cada período “P” que se decorre, há uma redução da metade da amostra que vai se reduzindo incessantemente até que atingir uma quantidade muito pequena.

 




 

Logo, temos:


onde,

n = número de átomos final
n0 = número de massa inicial
x = número de períodos transcorridos

 

k·t1/2 = 0,693

Vida média = 1/k

A velocidade de desintegração ou atividade radioativa não depende de fatores externos como pressão e temperatura, nem da substância sob a qual se apresenta o elemento radioativo. Só depende do número de átomos N do elemento radioativo presentes na amostra.

Transmutação artificial (Rutherford, 1919)

14N + 4

 

 

α → 17O + 1p

A partir dessa, muitas outras transmutações foram conseguidas.

 

4- Fissão Atômica e Fusão Nuclear

Fissão atômica - Transmutação com divisão do núcleo, dando dois núcleos menores. É a transmutação da bomba atômica.

Enrico Fermi, um físico italiano, descobriu em 1932 o fenômeno da fissão nuclear que consiste no bombardeamento dos átomos por nêutrons, resultando em átomos de núcleos radioativos.

No ano de 1934, Fermi bombardeou o urânio (Z = 92) com nêutrons, e obteve átomos radioativos. Porém, não foi desta vez que o fenômeno foi completamente esclarecido.

Alguns anos depois dois cientistas alemães, Otto Hahn e Fritz Strassman, descobriram a presença de bário, lantânio e criptônio ao bombardear o urânio com nêutrons.

No entanto, tal experiência só foi explicada pelos cientistas Lise Meitner e Frisk em 1939.

O átomo de urânio-235 é bombardeado por um nêutron, e divide-se em dois novos átomos radioativos que emitem normalmente dois ou três nêutrons.



 

Massa crítica

Quanto maior for o número de urânio-235, mais chances haverá de ocorrer novas divisões, originando novos nêutrons e outras divisões, sucessivamente. Chamamos esse processo de reação em cadeia, que só ocorre acima de determinada massa de urânio.

Para que a reação em cadeia ocorra é necessária certa quantidade de massa de urânio. Chamamos de massa crítica essa quantidade de massa suficiente para iniciar o processo.



 

Reator Nuclear

Reator nuclear é uma bomba atômica controlada, ou seja, a qualquer momento a reação em cadeia pode ser cessada ou acelerada através da introdução ou retirada de barras de cádmio, que é o elemento que possui a propriedade de absorver os nêutrons.



Fusão nuclear - Transmutação com união de dois núcleos, dando um único núcleo. É a transmutação da bomba de hidrogênio.

O Sol é responsável por quase toda a energia que a Terra recebe todos os dias. Tal energia é liberada por reações termonucleares.

No Sol, a temperatura é muito elevada, e essa temperatura fornece a energia de ativação necessária para a aglutinação dos átomos de hidrogênio (H), num processo chamado fusão nuclear.


Portanto, a síntese do elemento hélio ocorre a partir do hidrogênio no Sol.

A fusão nuclear libera uma quantidade de energia muito grande, mas tal processo só ocorre através de temperaturas de milhões de °C como a do Sol.

Para que fosse possível realizar uma reação semelhante a essa, tentou-se sintetizar o hélio pela fusão de isótopos de hidrogênio, produzindo uma bomba de hidrogênio para que ocorra a reação nuclear.


 

5 - Carbono 14

 

O carbono-14 (radiocarbono) é um radioisótopo formado na atmosfera, quando os nêutrons de raios cósmicos bombardeiam os átomos de nitrogênio-14.

Ao ser formado, o carbono-14 reage com o O2 atmosférico, formando o C14O2 que é absorvido pelas plantas através da fotossíntese, assim os animais e até mesmo seres humanos, quando ingerem esses vegetais absorvem também o C-14 que se torna constituinte da estrutura destes organismos. Quando a planta ou o animal morre ocorre uma redução na quantidade de C-14 devido à seguinte desintegração:

Essa desintegração ocorre num período de semidesintegração de 5730 anos, portanto, é possível fazer a datação por carbono-14, um processo que determina a idade de fósseis arqueológicos com até 50 mil anos, pois depois deste período a quantidade de C-14 será muito pequena, e os aparelhos não seriam capazes detectar as radiações.



 

6- Iodo Radioativo

 

O iodo é utilizado na medicina com o objetivo de diagnosticar doenças de tireóide. O período de semidesintegração do isótopo é de 8 dias.

O processo é feito da seguinte forma:

- uma dose de iodo radioativo é injetada no sangue do paciente, rapidamente o iodo será absorvido pela glândula tireóide.

- após um determinado tempo, é possível fazer um mapeamento funcional dessa glândula.

Se caso a glândula estiver funcionando de maneira inadequada, o mapa será alterado, e assim a doença será diagnosticada.

 

 7- Medindo a Radiação:

 

 Contador Geiger-Müller é um aparelho capaz de detectar a presença de radiações ionizantes. É formado por um tubo de metal com um fio no centro, no interior de um tubo de vidro ou plástico. Em uma das extremidades há a presença de uma janela coberta por uma substância delgada. O fio e o tubo de metal estão ligados a uma fonte elétrica de alta voltagem. A radiação ionizante penetra pela janela e ioniza o gás, liberando os elétrons, que se multiplicam e se dirigem para o fio central. Como resultado ocorre um pulso elétrico, que passa por uma amplificação, produzindo um sinal elétrico que é manifestado por um clique. Cada partícula α ou β que atravessa o tubo resulta num clique.


Existe outra maneira de detectar uma radiação ionizante, através de um filme fotográfico. Pois o filme é sensibilizado por radiação ionizante da mesma forma que a luz visível.

 

8- Efeitos Biológicos


A radiação ionizante causa uma série de danos aos seres humanos, como queimaduras, câncer, imperfeições genéticas em futuras gerações e até mesmo a morte.

A radiação atua de forma diferente para cada tipo de célula.

Lei de BERGONIE e TRIBONDEAU

A sensibilidade das células à radiação é diretamente proporcional à sua atividade reprodutora e inversamente proporcional ao seu grau de especialização.

Podemos dividir os efeitos da radiação em duas categorias:

1) efeitos somáticos: são provenientes de danos nas células do corpo e se manifestam apenas na pessoa irradiada, não oferecendo riscos às gerações futuras.

Quando a exposição é aguda, ou seja, a dose total de radiação é recebida num curto intervalo de tempo, os efeitos são imediatos (poucas horas ou semanas), como por exemplo, náusea, perda de apetite e de peso e até mesmo a morte.

Quando a exposição é crônica, ou seja, a dose é recebida pouco a pouco, durante anos, os efeitos são tardios (anos ou décadas), como por exemplo, câncer, úlcera, catarata, esterilidade, envelhecimento precoce, leucemia.

A gravidade dos efeitos somáticos depende da dose total de radiação recebida, do intervalo de tempo em que ela foi recebida, e da região do corpo que foi atingida.

2) efeitos hereditários: também conhecidos com efeitos genéticos, são originados somente no descendente da pessoa irradiada. São resultantes dos danos que as radiações provocam nas células dos órgãos reprodutores.


9- Efeitos da Radiação 

1) Absorção de 0 a 25 rem – nada se observa.
2) Absorção de 25 a 50 rem – redução dos glóbulos brancos.
3) Absorção de 100 a 200 rem – náuseas – intensa redução dos glóbulos brancos.
4) Absorção de 500 rem – 50% de probabilidade de morte entre 30 dias.

O corpo humano é insensível à radiação ionizante.

As radiações nucleares possuem uma quantidade de energia suficiente para provocar a ionização, enquanto as radiações mais comuns como o calor e a luz visível não possuem essa capacidade.

Nas células, a ionização pode provocar alterações moleculares, e formação de um tipo de espécies químicas que causam danos para a célula.

O ser humano é o alvo mais susceptível à radiação nuclear, e os efeitos da radiação no corpo humano resultam dos danos de cada célula em particular.

Os danos que a radiação pode provocar no homem são:

- impedimento da divisão celular.
- danificação da divisão celular.
- modificações na estrutura genética das células reprodutoras.
- destruição total da célula.

Se o corpo humano receber de uma vez 700 rads, ocorrerá um efeito fatal. A exposição à doses de 50 rads não provoca nos seres humanos sinais de doenças imediatos.

 

10- Unidades


Becquerel (Bq): é uma unidade de radioatividade definida como 1 desintegração por segundo.

Curie (Ci): é uma unidade de radioatividade definida como 3,7 x 1010 desintegrações por segundo. É aproximadamente a atividade de 1 grama de rádio. Logo:

1Ci = 3,7 x 1010 Bq

Rad: é uma unidade definida como a quantidade de energia absorvida pelos tecidos e ossos por unidade de massa. Um rad é equivalente a 0,01 joule por quilograma.

Rem: é uma unidade usada para calcular o efeito que a absorção de certa quantidade de energia provocou em determinado organismo. O rem está relacionado com a quantidade necessária de radiação para causar uma quantidade particular de efeitos danosos ao organismo. Um rem é equivalente a 0,01 joule por quilograma.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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