Radioatividade

Definição de Radioatividade

Como o próprio nome indica, a radioatividade é o ato de emitir radiação espontaneamente.

A radioatividade refere-se as partículas que são emitidos a partir de núcleos como um resultado da instabilidade nuclear.

Porque o núcleo experimenta o conflito intenso entre as duas forças mais poderosas na natureza, não deve ser surpreendente que há muitos isótopos nucleares que são instáveis e emitem algum tipo de radiação.

Os tipos mais comuns de radiação são chamados alfa, beta, gama e radiação, mas há várias outras variedades de decaimento radioativo.

A radioatividade definida como a emissão espontânea de partículas (alfa, beta, neutrões) ou radiação (gama, captura K), ou ambos ao mesmo tempo, a partir do decaimento de certos nuclidos que estas partículas são, devido a um ajustamento da sua estrutura interna.

A radioatividade pode ser: natural ou artificial.

Em radioatividade natural, a substância já tem radioatividade no estado natural.

Essa radiação é emitida quando o núcleo sofre decaimento radioativo e é convertido em um isótopo diferente que pode, de acordo com seu número de nêutrons e prótons, ser radioativo (instável) ou não radioativo (estável). Este núcleo “filho” geralmente será de um elemento químico diferente do isótopo original

Decaimento alfa, beta e gama são três processos comuns pelos quais materiais radioativos perdem energia.

Símbolo da Radioatividade

O que é radioatividade?

Radioatividade é o processo pelo qual núcleos atômicos instáveis liberam partículas energéticas subatômicas ou radiação eletromagnética.

Este fenômeno pode fazer com que um elemento se transforme em outro e é parcialmente responsável pelo calor do núcleo da Terra.

A radioatividade tem uma ampla gama de usos, incluindo energia nuclear, na medicina e na datação de amostras orgânicas e geológicas.

Também é potencialmente perigoso, pois partículas de alta energia e radiação podem danificar e matar células e alterar o DNA, causando câncer.

Decaimento radioativo

Diz-se que os núcleos atômicos instáveis decaem, o que significa que perdem parte de sua massa ou energia para atingir um estado de energia mais estável e inferior.

Este processo é mais frequentemente visto em elementos mais pesados, como o urânio. Nenhum dos elementos mais pesados que o chumbo tem isótopos estáveis, mas os elementos mais leves também podem existir em formas instáveis e radioativas, como o carbono-14.

Pensa-se que o calor da decomposição dos elementos radioativos mantém a temperatura muito elevada do núcleo da Terra, mantendo-o em estado líquido, o que é essencial para a manutenção do campo magnético que protege o planeta das radiações nocivas.

O decaimento radioativo é um processo aleatório, o que significa que é fisicamente impossível prever se um dado núcleo atômico decairá ou não emitirá radiação a qualquer momento.

Em vez disso, é quantificado pela meia-vida, que é o período de tempo que metade de uma determinada amostra de núcleos leva para se decompor. A meia-vida se aplica a uma amostra de qualquer tamanho, desde uma quantidade microscópica até todos os átomos desse tipo no universo. Diferentes isótopos radioativos variam amplamente em suas meias-vidas, que variam de alguns segundos, no caso do astato-218, a bilhões de anos para o urânio-238.

Tipos de deterioração

Para ser estável, um núcleo não pode ser muito pesado e precisa ter o equilíbrio certo de prótons e nêutrons.

Um núcleo pesado – que tem um grande número de prótons e nêutrons – mais cedo ou mais tarde perderá algum peso, ou massa, ao emitir uma partícula alfa, que consiste em dois prótons e dois nêutrons unidos.

Essas partículas têm carga elétrica positiva e, em comparação com outras partículas que podem ser emitidas, são pesadas e se movem lentamente.

A decadência alfa em um elemento faz com que ele se transforme em um elemento mais leve.

O decaimento beta ocorre quando um núcleo tem muitos nêutrons para seu número de prótons. Nesse processo, um nêutron, que é eletricamente neutro, muda espontaneamente para um próton com carga positiva, emitindo um elétron com carga negativa. Esses elétrons de alta energia são conhecidos como raios beta ou partículas beta. Como isso aumenta o número de prótons no núcleo, significa que o átomo muda para um elemento diferente com mais prótons.

O processo reverso pode ocorrer onde há muitos prótons, em comparação com os nêutrons. Em outras palavras, um próton se transforma em nêutron emitindo um pósitron, que é a antipartícula carregada positivamente do elétron. Isso às vezes é chamado de decaimento beta positivo e resulta na transformação do átomo em um elemento com menos prótons.

Ambos os tipos de decaimento beta produzem partículas eletricamente carregadas que são muito leves e rápidas.

Embora essas transformações liberem energia na forma de massa, elas também podem deixar o núcleo remanescente em um estado “excitado”, onde possui mais do que sua quantidade mínima de energia. Portanto, ele perderá essa energia extra ao emitir um raio gama – uma forma de radiação eletromagnética de freqüência muito alta. Os raios gama não têm peso e viajam à velocidade da luz.

Alguns núcleos pesados podem, em vez de emitir partículas alfa, se separar, liberando muita energia, um processo conhecido como fissão nuclear.

Pode ocorrer espontaneamente em alguns isótopos de elementos pesados, como o urânio-235. O processo também libera nêutrons. Além de acontecer espontaneamente, a fissão pode ser provocada por um núcleo pesado absorvendo um nêutron. Se material fissionável suficiente for reunido, uma reação em cadeia pode ocorrer onde nêutrons produzidos por fissão fazem com que outros núcleos se dividam, liberando mais nêutrons e assim por diante.

Usos

Os usos mais conhecidos da radioatividade talvez sejam em usinas nucleares e armas nucleares.

As primeiras armas atômicas usaram uma reação em cadeia descontrolada para liberar uma grande quantidade de energia na forma de calor intenso, luz e radiação ionizante.

Embora as armas nucleares modernas usem principalmente a fusão para liberar energia, isso ainda é iniciado por uma reação de fissão.

As usinas nucleares usam fissão cuidadosamente controlada para produzir o calor para acionar turbinas a vapor que geram eletricidade.

Na medicina, a radioatividade pode ser usada de forma direcionada para destruir crescimentos cancerígenos. Por ser facilmente detectado, também é usado para rastrear o progresso e a absorção de drogas pelos órgãos ou para verificar se estão funcionando corretamente. Isótopos radioativos são frequentemente usados para datar amostras de material.

As substâncias orgânicas podem ser datadas medindo a quantidade de carbono-14 que contêm, enquanto a idade de uma amostra de rocha pode ser determinada comparando as quantidades de vários isótopos radioativos presentes. Esta técnica permitiu aos cientistas medir a idade da Terra.

Efeitos na saúde

Em um contexto de saúde, todas as emissões de núcleos atômicos em decomposição, sejam partículas ou radiação eletromagnética, tendem a ser descritas como radiação e são todas potencialmente perigosas.

Essas emissões são ionizantes em si mesmas ou interagem com a matéria no corpo de uma forma que produz radiação ionizante. Isso significa que eles podem remover elétrons dos átomos, transformando-os em íons carregados positivamente. Estes podem então reagir com outros átomos em uma molécula, ou em moléculas vizinhas, causando mudanças químicas que podem matar células ou causar câncer, especialmente se a radiação tiver interagido com o DNA.

O tipo de radiação mais perigoso para os humanos depende das circunstâncias em que é encontrada. As partículas alfa só podem viajar uma curta distância pelo ar e não podem penetrar na camada externa da pele.

Se entrarem em contato com tecido vivo, entretanto, são a forma mais perigosa de radiação. Isso pode acontecer se algo que emite radiação alfa for engolido ou inalado.

A radiação beta pode penetrar na pele, mas é interrompida por uma fina camada de metal, como uma folha de alumínio.

Nêutrons e radiação gama são muito mais penetrantes e uma blindagem espessa é necessária para proteger a saúde. Como a maior parte da radiação gama passa direto pelo corpo, é menos provável que cause doenças em níveis baixos, mas ainda é um risco muito sério. Se os materiais, incluindo o tecido vivo, absorvem nêutrons, eles próprios podem se tornar radioativos.

A exposição a radiações nocivas é geralmente medida em termos da quantidade de energia absorvida pelo material exposto, uma medida que pode ser aplicada a todas as formas de radiação e todos os materiais, embora seja mais comumente usada no contexto da saúde humana. A unidade SI para exposição é o cinza, com um cinza sendo equivalente a um joule de energia absorvida por quilograma de matéria. Nos EUA, entretanto, outra unidade – o rad, que equivale a 0,01 cinza – é frequentemente usada.

Uma vez que diferentes tipos de radioatividade se comportam de maneiras diferentes, outra medida, o sievert, é usada para dar uma ideia melhor dos prováveis efeitos de uma dada dose na saúde.

É calculado multiplicando a dose em cinzas por um fator de qualidade que é específico para o tipo particular de radiação. Por exemplo, o fator de qualidade para radiação gama é 1, mas o valor para partículas alfa é 20. Portanto, a exposição de tecido vivo a 0,1 cinzas de partículas alfa resultaria em uma dose de 2,0 sieverts, e seria esperado que tivesse vinte vezes o efeito biológico como um cinza de radiação gama.

Uma dose de quatro a cinco sieverts, recebida em um curto período de tempo, apresenta um risco de 50% de morte em 30 dias.

A Descoberta da Radioatividade

Henri Becquerel descobriu que o urânio e seus compostos emitiam uma radiação penetrante, mas interpretou o fenômeno como um tipo de fosforescência invisível.

Assim como Charles Henry, Gaston Niewenglowski e outros autores, Becquerel foi guiado pela sugestão de Poincaré de que os materiais luminescentes talvez emitissem raios X.

Assim como outros pesquisadores da época, Becquerel descreveu fenômenos inexistentes, atribuindo à radiação do urânio propriedades como reflexão regular, refração, polarização e aumento de intensidade quando estimulado por luz.

Apenas a partir de 1898 o estudo da radioatividade começou realmente a se desenvolver, com a gradual correção dos erros de Becquerel, a descoberta de outros elementos (além do urânio) que emitiam radiações penetrantes, e a própria formulação do conceito de “radioatividade” por Marie Curie.

Somente em 1899 começou a ser esclarecida a natureza das próprias radiações emitidas pelos corpos radioativos, mostrando-se que não se tratava de raios X, e em 1902-03 foi finalmente formulada a teoria da transformação radioativa, por Rutherford e Soddy. Foi graças a esse trabalho coletivo, e não ao trabalho de Becquerel, que a radioatividade foi descoberta e compreendida.

Fissão Nuclear

Fissão nuclear é a divisão de um núcleo atômico pesado e instável através do seu bombardeamento com nêutrons – obtendo dois núcleos menores, nêutrons e a liberação de uma quantidade enorme de energia.

Em 1934, Enrico Fermi, bombardeando átomos de urânio com nêutrons, observou que os núcleos bombardeados capturavam os nêutrons, originando um material radioativo. Em 1938, Hahn e Strassmann, repetindo a mesma experiência, constataram a existência do bário entre os produtos obtidos.

Os nêutrons liberados na reação, irão provocar a fissão de novos núcleos, liberando outros nêutrons, ocorrendo então uma reação em cadeia:

Essa reação é responsável pelo funcionamento de reatores nucleares e pela desintegração da bomba atômica.

Fusão Nuclear

Fusão nuclear é a junção de dois ou mais núcleos atômicos produzindo um único núcleo maior, com liberação de grande quantidade de energia. Nas estrelas como o Sol, ocorre a contínua irradiação de energia (luz, calor, ultravioleta, etc.)proveniente da reação de fusão nuclear.

Partículas Alfa

A emissão radioativa é constituída de partículas de carga positiva, partículas de carga negativa e radiações, hoje denominadas “ondas eletromagnéticas”.

As partículas positivas, que foram chamadas de partículas alfa (alfa),devem possuir massa elevada, já que, o desvio produzido e bem menor em relação às outras partículas.

O famoso cientista Rutherford conseguiu demonstrar que as partículas (a) eram núcleos de átomo de hélio e, portanto, constituídos de 2 prótons +2 nêutrons. Num tubo barométrico de vidro espesso foi colocada uma cápsula contendo sal de rádio.

O rádio emite partículas alfa, que facilmente atravessam a cápsula, mas não atravessam a espessa parede de vidro que forma o tubo.

Após algum tempo verificou-se que o nível de mercúrio abaixou, informando a presença de gás no interior do tubo barométrico. A análise deste gás revelou ser o gás hélio. O gás formou-se a partir das partículas (alfa) emitidas pelo rádio.

Partículas Beta

As partículas negativas foram denominadas de partículas negativas foram denominadas de partículas beta (ß) e possuem o mesmo comportamento dos raios catódicos.

Desta forma, não restava dúvida: tratava-se de elétrons em grande velocidade. Estas partículas têm maior poder de penetração que as partículas (alfa).

As partículas (ß) sofrem desvio maior e em sentido oposto, em relação às partículas (alfa),pois são partículas leves e de carga negativa.

Enquanto as partículas (alfa) só atravessam alguns milímetros de madeira, as partículas (ß) chegam a atravessar alguns milímetros de aço.

A energia dessas partículas depende também do átomo emissor.

As partículas emitidas pelos átomos de rádio são muito mais penetrantes que aquelas emitidas pelo polônio.

As emissões que não eram desviadas pela ação de campos elétricos ou magnéticos foram denominadas de raios gama.

Hoje sabemos que os raios são ondas eletromagnéticas de curtíssimo, mais curtos que os raios-x e de grande poder de penetração. Chegam a atravessar dezenas de centímetros de chumbo.

Partículas Gama

Ao contrário das radiações Alfa e Beta, que são constituídas por partículas, a radiação gama é formada por ondas eletromagnéticas emitidas por núcleos instáveis logo em seguida à emissão de uma partícula Alfa ou Beta.

O Césio-137 ao emitir uma partícula Beta, seus núcleos se transformam em Bário-137. No entanto, pode acontecer de, mesmo com a emissão, o núcleo resultante não eliminar toda a energia de que precisaria para se estabilizar. A emissão de uma onda eletromagnética (radiação gama) ajuda um núcleo instável a se estabilizar.

É importante dizer que, das várias ondas eletromagnéticas (radiação gama, raios-X, micro-ondas, luz visível, etc), apenas os raios gama são emitidos pelos núcleos atômicos.

As radiações Alfa, Beta e Gama possuem diferentes poderes de penetração, isto é, diferentes capacidades para atravessar os materiais.

Assim como os raios-X os raios gama são extremamente penetrantes, sendo detido somente por uma parede de concreto ou metal. Têm altíssima velocidade que se igual à velocidade da luz (300 000 km/s).

Radioatividade – História

A descoberta dos raios X causou um verdadeiro sensacionalismo no meio científico. Alguns meses após sua descoberta, eles já eram empregados em clínicas médicas.

Esses raios surgem na região esverdeada da ampola de Crookes, ou seja, de onde se dá a fluorescência no vidro pela colisão dos raios catódicos.

O fenômeno despertou no cientista Becquerel uma correlação entre os  raios X e a fluorescência das substâncias. Em outras palavras, Becquerel achou que as substâncias, quando fluorescentes, emitem raios X.

Ele se utilizou então de diversas substâncias fluorescentes ao ultravioleta expondo-as à luz solar. ( A luz solar contém uma dose de radiação ultravioleta).

Estas amostras eram colocadas sobre chapas fotográficas envolvidas por papel negro.

Então a chapa fotográfica estava protegida dos raios da luz solar. Se a fluorescência na amostra emitisse raios X, então, estes atravessariam o papel negro e iriam impressionar o filme.

Após diversas tentativas, Becquerel observou que o sulfato duplo de potássio e uranila K₂UO₂(SO₄)₂ era a única substância fluorescente que conseguia impressionar o filme.

Ele guardou numa gaveta o sal de urânio sobre uma chapa fotográfica devido às más condições do tempo. Como não havia incidência de ultravioleta no sal, este não poderia emitir raios X.

Alguns dias depois, ao revelar por acaso aquele filme da gaveta, com surpresa notou impressões muito mais intensas que nas suas experiências.

Estava provada que não era a fluorescência a causa das emissões estranhas análogas aos raios X. Logo foi evidenciado que o K₂UO₂(SO₄)₂ tinha a propriedade de, espontaneamente, produzir emissões que atravessavam o papel negro e vinham decompor o sal de prata do filme fotográfico.

Assim, em 1896, Becquerel declarava que o sulfato duplo de potássio e uranila emitiam estranhos raios, que, inicialmente, foram denominados de “raios de Becquerel“.

A nova descoberta causou profundo interesse no casal de cientistas Marie Sklodowska Curie e Pierre Curie, que trabalhavam no laboratório de Becquerel.

Eles acabaram descobrindo que a propriedade de emitir aqueles raios era comum a todos os elementos que possuíam urânio, evidenciando assim que o elemento urânio era o responsável pelas misteriosas emissões.

Para o fenômeno foi sugerido o nome de Radioatividade significa: atividade de emitir raios. Constatou-se logo que a radioatividade tem muita semelhança com os raios X descobertos por Roentgen, sendo, por exemplo, capazes de ionizar gases ou ainda, capazes de ser retidos por espessas camadas.

Isto é comprovado utilizando-se um eletroscópio elementar de folhas de ouro. Quando se encosta um bastão carregado (digamos positivamente), as lâminas de ouro se repelem.

Se existe no interior do vidro um material radioativo, este ioniza o gás e, rapidamente, descarrega o eletroscópio, fazendo com que as folhas de ouro se reaproximem. Constata-se ainda que, quando maior o teor de urânio na amostra, mais rapidamente se descarrega o eletroscópio. Este aparelho, embora muito simples, foi utilizado pelo casal Curie durante suas experiências. Para extrair o urânio, compravam minérios de diversas procedências. Um deles, a “pechblenda”, da cidade de Joachimsthal (hoje na Tchecoslováquia), apresentava-se muito mais radioativo que outras amostras.

Examinando o minério com cuidado, foi observado que uma das frações de impureza extraída da pechblenda apresentava-se muito mais radioativa que o urânio puro.

Este fato fez com que o casal Curie desconfiasse da existência de mais um elemento radioativo até então desconhecido.

De fato, em 1898 eles conseguem isolar um novo elemento radioativo, com cerca de 400 vezes mais radioativo que o urânio.

Ao novo elemento foi dado o nome de polônio em homenagem à pátria de Marie Curie, natural de Varsóvia.

As pesquisas continuaram e logo depois, o casal Curie anunciava a descoberta de outro elemento ainda mais radioativo que o Polônio e que foi denominado de Rádio.

O Rádio produz intensas emissões, as quais atravessam até mesmo camadas de chumbo que seriam barreiras para os raios X tornam muito fluorescentes materiais como o sulfeto de zinco ou platinocianeto de bário. Estas emissões exercem ainda efeito energético na destruição de células vivas.

Fonte: br.geocities.com/ehss.energy.gov/www.arpansa.gov.au/www.euronuclear.org/energyeducation.ca/www.wisegeek.org/chem.libretexts.org/www.energiatomica.hpg.ig.com.br/www.foronuclear.org