sexta-feira, 11 de maio de 2012

Introdução a Radiatividade


RADIATIVIDADE

A descoberta dos raios X

Em 1895, W. Roentgen estava trabalhando com uma ampola de raios catódicos, quando, inesperadamente, uma placa fluorescente, que se encontrava fora da ampola, emitiu luz. Concluiu que saía da ampola um tipo de raios desconhecidos chamando-os de raios X. Colocando sua mão na trajetória dos raios X observou sobre a placa a sombra de seu esqueleto. Os raios X são ondas eletromagnéticas de pequeno comprimento de onda, bastante energéticas, penetrantes e ionizantes.

Descoberta da radioatividade

A descoberta dos raios X havia revolucionado o mundo científico. Foi então que o cientista Becquerel tentou descobrir raios X em substâncias fluorescentes. Após diversas tentativas, Becquerel descobriu que o sulfato duplo de potássio e uranila K2UO2(SO4)2 emitia raios semelhantes aos raios X. Em 1896, Becquerel declarava que o sulfato duplo de potássio e uranila emitiam estranhos raios, que inicialmente foram denominados de “raios de Becquerel”. O sulfato duplo de potássio e uranila emitem espontaneamente raios misteriosos que impressionam chapas fotográficas após atravessar o papel negro. A nova descoberta causou profundo interesse ao casal de cientistas Marie Sklodowska – Pierre Curie, que trabalhavam no laboratório de Becquerel.

Eles acabaram descobrindo que a propriedade de emitir aqueles raios era comuns a todos compostos que possuíam urânio, evidenciando assim que o elemento urânio era o responsável pelas misteriosas emissões. Para o fenômeno foi sugerido o nome de radioatividade ou radiatividade, que quer dizer atividade de emitir raios (do latim radius). Constatou-se que as emissões radioativas têm muita semelhança com os “raios X” descobertos por Roentgen, sendo, por exemplo, capazes de ionizar gases ou, ainda, capazes de ser retidas por espessas camadas de chumbo. O casal Curie começou a trabalhar com amostras que continham o elemento urânio. Medindo as radiações emitidas em cada amostra, verificam que, quanto maior era o teor de urânio na amostra, mais radioativa esta se apresentava. Uma surpreendente descoberta foi constatada quando eles trabalhavam com a pechblenda, um minério de urânio.
Examinando o minério com cuidado, foi observado que uma das frações de impureza extraída da pechblenda apresentava-se muito mais radiativa que o urânio puro. Este fato fez com que o casal Curie desconfiasse da existência de outro elemento radiativo até então desconhecido. De fato, em 1898 eles conseguem isolar um novo elemento radiativo, cerca de 400 vezes mais radiativo 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 muito mais radiativo que o polônio e que foi denominado de “radio”. O rádio produz intensas emissões; estas atravessam até mesmo camadas de chumbo que seriam barreiras para os “raios X”; tornam fluorescentes materiais como “sulfeto de zinco” ou “platinocianureto de bário”. Essas emissões exercem ainda efeito energético na destruição de células vivas.

Natureza das emissões

A emissão radiativa é constituída de partículas de carga positiva, partículas de carga negativa e ondas eletromagnéticas. Essas radiações receberam os seguintes nomes:

Partículas alfa

Posteriormente se verificou que a partícula alfa é um conjunto de dois prótons e dois nêutrons, isto é, é o núcleo do átomo de hélio. Possui carga elétrica igual a +2, e massa de 4,002764 unidades de massa atômica, isto é, praticamente 4 vezes a massa do átomo de hidrogênio. A velocidade, e, portanto, a energia cinética com que são emitidas, depende da substância radioativa que as emite.  Penetram nos corpos muito menos que as partículas betas e os raios gama, porque são muito pesadas e tem carga elétrica maior que as outras radiações. Em geral, uma ou duas folhas de papel de escrever são suficientes para barrá-las. Elas são emitidas pelo núcleo das substâncias radioativas.

Quando um átomo emite uma partícula alfa, seu núcleo fica desfalcado de 2 prótons e 2 nêutrons; então, seu número de massa diminui de 4 unidades, a carga elétrica do núcleo diminui 2 unidades, e seu número atômico diminui de duas unidades. Exemplo: o urânio tem número de massa 238, e número atômico 92; seu átomo emite uma partícula alfa e se transforma em átomo de outro metal X1, chamado urânio, que tem A=234 e Z=90.
Representação da partícula alfa: 2α4

Partículas beta

Logo se constatou que a partícula beta é elétron emitido por substâncias radioativas. São elétrons emitidos com grande velocidade, em geral próxima da velocidade da luz. Como têm menor massa, menor carga elétrica e maior velocidade que as partículas alfa, são mais penetrantes que estas. As de maior velocidade atravessam 1mm de alumínio. Por terem massa menor que as partículas alfa, são mais desviadas que estas, quando colocadas em um campo elétrico ou magnético, como indica a figura 364. Quando um átomo emite uma partícula beta, seu número de massa não diminui, sua massa diminui pouquíssimo, e seu número atômico aumenta de uma unidade. Exemplo: o átomo de urânio tem e ; emite uma partícula beta e se transforma em átomo de um outro metal, chamado urânio , que tem e .
Representação das partículas -1β0.

Raio gama

Os raios gama não são desviados por campos elétricos nem magnéticos, porque são ondas eletromagnéticas. Já vimos, em Eletricidade - Classificação das Ondas Eletromagnéticas , que são os raios gama as ondas eletromagnéticas de menor comprimento de onda que conhecemos. São muito mais penetrantes que as partículas alfa e beta; podem atravessar vários metros de ar, ou vários centímetros de chumbo. Quando um átomo emite raio gama, não há variação em seu número de massa, nem em seu número atômico, porque não sai dele nenhuma partícula.
Representação das partículas 0γ0.

Leis da radioatividade

1ª Lei: Soddy

Quando um átomo emite uma partícula α, o seu número atômico diminui de 2 unidades e o seu número de massa diminui de 4 unidades.
90Th232 +2α4 + 88Ra228

2ª Lei: Soddy, Fajans, Russel

Quando um átomo emite uma partícula β, o seu número atômico aumenta de 1 unidade e o seu número de massa permanece inalterado.
90Th234 -1β0 + 91Pa234

PODER DE PENETRAÇÃO DAS RADIAÇÕES ALFA (α), BETA (β) E GAMA (γ).

Um núcleo radiativo emite ou radiação alfa ou radiação beta, mas nunca as duas ao mesmo tempo. A radiação gama quase sempre está presente. As radiações alfa, beta e gama apresentam o seguinte comportamento diante da matéria:
·         As radiações alfa apresentam uma velocidade em torno de 20.000 km/s e percorrem cerca de 2.5 cm no ar. Conseguem atravessar delgadas laminas de alumínio ou ouro de espessura igual a 0.0001 m, mas são barradas por uma simples folha de papel.

·         As radiações betas apresentam uma velocidade próxima á da luz e percorrem poucos metros no ar. Conseguem atravessar lâminas de chumbo de até 2 mm ou de alumínio  de até 5 mm, mas são barrados por uma placa de madeira de 2,5 cm de espessura.

·         As radiações gama apresentam a velocidade das ondas eletromagnéticas (velocidade da luz 300.000 Km/s) e percorrem milhares de metros no ar. Conseguem atravessar chapas de aço de até 15 cm de espessura, mas são barradas por grossas placas de chumbo ou paredes de concreto.

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