COMO FUNCIONA A RADIAÇÃO

Cely da Silva. "HowStuffWorks - Como funciona a radiação". Publicado em 23 de novembro de

2007 (atualizado em 10 de dezembro de 2007) http://ciencia.hsw.uol.com.br/radiacao5.htm (26 de agosto de 2013)

Introdução

O dicionário de física descreve radiação como: “Designação genérica da energia que se propaga de um ponto a outro do espaço, no vácuo ou em um meio material, mediante um campo periódico ou um conjunto de partículas subatômicas”, assim podemos dizer que rad iação pode ser representada por qualquer forma de energia que se propaga com uma certa velocidade. Genericamente existem duas formas de radiação:

a corpuscular;

a eletromagnética.

Estas apresentam uma variação grande de energia e são criadas pela natureza, mas desde o fim do século 19 algumas delas passaram a ser produzidas pelo homem. A radiação eletromagnética pode ser distinguida de acordo com sua energia ou freqüência intrínseca, sendo que os tipos mais conhecidos são: ondas hertzianas ou de rádio (e TV), microondas, infravermelho, luz visível, ultravioleta, raio X e raio gama. Já a radiação corpuscular, conhecida na forma de partículas com massa, tem como tipos mais conhecidos elétrons, pósitrons, prótons, nêutrons, mésons pi, múons, dêuterons e partículas alfa e beta.

No espectro eletromagnético as radiações são distribuídas pela freqüência ou pelo comprimento de onda, que é inversamente proporcional à freqüência. A linha vermelha, com forma senoidal, indica o comprimento de onda de cada radiação, assim os raios gama

são os que possuem menor comprimento de onda.

Alguns tipos de radiação eletromagnética interagem com os seres vivos de forma que não os prejudica, como por exemplo, a luz, ondas de rádio e de TV, mas “unidas” a dispositivos

eletrônicos têm uma influência gigantesca sobre a humanidade e sua segurança.

Partículas

Elétron – partícula com carga negativa, massa em repouso igual a 9,1091 x 10 -

31 kg e spin semi-inteiro (½). Pósitron – antipartícula do elétron. Possui as mesmas características do

elétron, mas tem carga positiva. Próton – partícula com carga positiva, massa igual a 1,6725 x 10-27 kg e spin

semi-inteiro (½). Nêutron – partícula de carga nula, massa 1,6748 x 10-27 kg e spin ½. Méson – classe de partículas elementares de massa de repouso entre a do

elétron e a do próton. São instáveis e se formam em reações nucleares que envolvem altas energias. Existem os seguintes mésons: múon ou méson mu, píon ou méson pi e káon ou méson K. Dêuteron – partícula subatômica constituída por um próton e um nêutron. É um

núcleo de deutério. Partícula alfa – é um núcleo de hélio 4, assim é constituída de 2 prótons e 2

nêutrons. Partícula beta – é um elétron acelerado.

Radiação natural

Um breve histórico

Para falar sobre radiação produzida pela natureza é importante entendermos algumas coisas sobre a teoria do Big Bang. Essa teoria afirma que toda a matéria do universo estava concentrada e começou a se expandir rapidamente. É impossível, segundo a teoria, qualquer observação anterior a esse evento, mas a interpretação correta do que ocorreu depois ajuda os pesquisadores

a entender tudo o que ocorre no universo hoje, inclusive os diversos gêneros de radiação natural.

Pela teoria do Big Bang depois de 10-5 segundos do início “da formação do universo”, partículas subatômicas começaram se formar e 3 minutos mais tarde prótons e nêutrons passaram a se unir para constituir os núcleos mais leves, sendo que este processo durou dez mil anos. Após esse tempo a temperatura do universo já havia caído, e os elétrons conseguiram se ligar aos núcleos já criados, assim os primeiros átomos (hidrogênio, hélio e lítio) começaram a se formar. Depois de um bilhão de anos iniciou-se a formação de estrelas e galáxias, onde os demais elementos da

tabela periódica (em inglês) foram originados.

A seguir vamos indicar sucintamente como são produzidas as diferentes radiações na natureza.

Forças responsáveis pelo decaimento radioativo

Alguns tipos de radiação corpuscular (partículas alfa e beta) e um dos tipos de radiação eletromagnética (raio gama) podem ser compreendidos a partir da síntese dos elementos. Para entender como o núcleo de um átomo é originado precisamos saber que dentro dele age uma

força nuclear, que é bastante complexa e somente agora está sendo compreendida. A parte principal desta força é conhecida como interação (ou força) forte, responsável pela estabilidade do núcleo, pois mantém unidos os núcleons (prótons e nêutrons) em seu interior, mas esta força é de alcance muito curto (10-15 m). Assim, somente os núcleons que estão próximos sentem essa interação. Neste ponto é importante lembrar que os nêutrons são eletricamente neutros, enquanto os prótons possuem carga positiva, assim sofrem a influência da força elétrica de repulsão, que tem um alcance bem maior que a anterior. Dessa forma, prótons que estão bem próximos sentem a interação forte, já aqueles que se encontram mais distantes uns dos outros estão sujeitos à

interação elétrica (ver figura 3).

Representação esquemática do decaimento radioativo de um núcleo. As bolinhas vermelhas representam os prótons, enquanto as brancas são os nêutrons. Quando dois prótons estão bem próximos aparece entre eles uma intensa força de atração (devida à força nuclear), assim a força elétrica (que ocorre devido à repulsão elétrica) não tem vez aqui. Mas dois prótons que estão distantes um do outro têm a atração nuclear bastante fraca e neste caso a força elétrica possui um caráter muito mais intenso, tornando este núcleo mais instável. Assim ele pode emitir espontaneamente partículas alfa ou beta ou

raios gama.

A presença de nêutrons no núcleo ajuda na estabilidade nuclear, uma vez que a ligação entre um próton e um nêutron é maior que a ocorrida entre próton-próton ou nêutron-nêutron. Assim núcleos com número de massa (número de núcleons no núcleo) maior que 20 possuem uma quantidade maior de nêutrons do que de prótons, pois assim tornam-se relativamente mais estáveis. Mas todos os núcleos com mais de 82 prótons são instáveis e tendem a alterar, de forma natural, o número de prótons e nêutrons. A esse processo dá-se o nome de decaimento radioativo ocorrendo principalmente a emissão de nêutrons (na fissão espontânea), de partículas alfa e beta

(no decaimento alfa e beta) e de raios gama.

Radiação cósmica

Existem dois tipos de radiação que chegam até nós a partir do espaço:

a radiação cósmica de fundo em microondas;

a radiação cósmica (também conhecida como raios cósmicos).

A primeira tem caráter eletromagnético e é proveniente da formação do universo, assim ela é conhecida como “um registro fóssil do Big Bang”. Não provoca mal aos seres vivos da Terra, mas pode atrapalhar, de forma bastante sutil, alguns meios de comunicação. A segunda possui caráter corpuscular e alta energia, assim pode-se concluir que ela é formada de partículas extremamente penetrantes (chamadas de radiação cósmica primária), que ao atingir os núcleos dos átomos da atmosfera dão origem a outras partículas com menor energia, sendo chamadas de radiação cósmica secundária. A radiação cósmica primária é constituída em grande parte de prótons, em menor parte de partículas alfa e eventuais núcleos mais pesados. Assim essa radiação pode ser perigosa para astronautas e suas instrumentações eletrônicas quando se encontram no espaço. Esses raios cósmicos primários interagem com os átomos

presentes na atmosfera e é criada a radiação cósmica secundária, que é formada em grande

parte de mésons pi, que decaem em múons e em pequena parte por elétrons e fótons. A origem da radiação cósmica primária ainda não é bem conhecida, sendo apenas uma pequena parte dela proveniente do Sol e de outras estrelas.

O campo magnético desvia partículas carregadas, assim a magnetosfera terrestre afasta essa radiação da região equatorial da Terra, havendo uma intensidade maior de raios cósmicos nos pólos do que no equador. A radiação cósmica é responsável pela produção de núcleos instáveis em nossa atmosfera, como o carbono 14. Isso faz com que a quantidade desse elemento se

mantenha constante, ajudando na datação de rochas, achados fósseis, etc.

Radiação infravermelha

Outro tipo de radiação natural e de caráter eletromagnético é a infravermelha, que pode ser

produzida por qualquer tipo de corpo que apresente calor. Como ela não necessita de um meio para se propagar, pode chegar até nós vinda do espaço. O sol é a maior fonte de radiação infravermelha de nosso sistema solar. Ela também pode ser produzida de forma natural em nosso planeta por seres vivos ou por matéria inorgânica. Essa radiação é não-ionizante, mas ao interagir com algum corpo, fornece energia às suas moléculas, que começam a vibrar, ocasionando uma elevação na temperatura do corpo. Por provocar transmissão de calor é a radiação mais utilizada

pela humanidade.

Radiação ultravioleta

Os raios ultravioleta (UV) têm caráter eletromagnético e são produzidos principalmente pelo Sol,

mas o homem pode obter este tipo de radiação através de lâmpadas e de câmaras de bronzeamento artificial (a radiação proveniente desses dispositivos será tratada na próxima seção). Os raios UV, procedentes do Sol, ao penetrar em nosso planeta são atenuados pelo

ozônio existente nas camadas da atmosfera terrestre.

O processo de criação da radiação UV é o mesmo da criação da luz visível diferindo apenas na energia do fóton que é emitido do átomo. Essa radiação é essencial para o desenvolvimento das plantas, pois provoca a fotossíntese e no caso dos animais e seres humanos tem um fator muito importante na fixação do cálcio e na síntese da vitamina D, mas seu excesso pode ser muito prejudicial. A radiação UV é dividida em três partes: UVA, UVB e UVC, que são classificadas de

acordo com o malefício que provocam à saúde dos seres vivos.

Os raios UVC (radiação germicida) são os mais perigosos para a saúde, mas são quase que totalmente absorvidos pela camada de ozônio quando entram na atmosfera. Os raios UVB atingem a superfície terrestre numa quantidade um pouco maior e a radiação UVA é a que chega

até nós em maior quantidade.

A radiação ultravioleta tipo C penetra muito pouco na pele. A radiação UVB penetra um pouco mais, chegando até a epiderme, e pode ser responsável pelas queimaduras na pele, geradas quando o tempo de exposição ao sol é maior. Já o raio UVA é o mais penetrante, pois consegue atingir a derme, sendo responsável pelo bronzeamento. Esses três tipos de UV podem provocar vários malefícios à pele de pessoas que se expõem ao sol, devido ao trabalho ou só por lazer, entre os quais estão: formação de catarata e de câncer de pele, aparecimento de rugas,

envelhecimento precoce da pele, reações fotoalérgicas, danos no DNA, entre outros.

Nesta seção vimos alguns tipos de radiação que são produzidas pela natureza, como são seus mecanismos de formação e alguns efeitos decorrentes delas sobre os seres vivos ou sobre a matéria. Na próxima seção apresentaremos, de forma semelhante as radiações que são

produzidas pelo homem.

Radiação produzida artificialmente

Para entender como funciona cada radiação produzida de forma artificial vamos fazer, quando for

interessante, um breve passeio pela história do homem na descrição de cada tipo de radiação.

As radiações infravermelha e luminosa

A necessidade fez com que os seres humanos fossem obrigados a produzir alguns tipos de radiação. Tudo começou com o homem primitivo que sobrepujou o medo para conseguir produzir fogo. Este era uma fonte de radiação térmica e luminosa (infravermelha e luz visível) que ajudou o homem a sobreviver e desenvolver suas habilidades. A era industrial fez com que esses dois tipos

de radiação fossem muito desenvolvidos.

A radiação infravermelha hoje é usada para diversos fins. Em nossos lares, por exemplo, na

secagem de objetos, na preparação de alimentos, no aquecimento do ambiente etc. A construção de dispositivos que transformam radiação infravermelha em luz visível possibilitou grandes avanços nas áreas de segurança e de pesquisa, uma vez que com câmeras ou lentes de infravermelho qualquer ser que emita calor pode ser localizado, mesmo que não haja luz no local que ele se encontra.

A radiação luminosa também teve grande desenvolvimento depois da descoberta da

eletricidade, e a partir daí a vida humana modificou-se, pois as horas de trabalho puderam se estender. A lâmpada, que é um dispositivo capaz de emitir luz visível, era inicialmente incandescente, mas hoje é possível encontrar lâmpadas com princípios de funcionamento, tamanhos e formatos muito diferentes e com vários propósitos de utilização. Hoje nos parece

impossível viver sem uma boa fonte de luz!

A luz visível é obtida através da transição de um elétron de um átomo. Este elétron, que se encontra em um nível de energia maior decai para nível de energia menor. Para fazer essa mudança de níveis, o elétron deve perder energia, que corresponde exatamente à diferença de energia desses dois níveis. Ele perde essa energia emitindo um fóton, cuja energia está na região

da luz visível.

O laser é um dispositivo que controla as propriedades da luz que foi produzida por ele. Para o

caso específico deste dispositivo podemos dizer que a luz gerada ali tem características muito específicas, por isso o feixe de luz produzido por um laser pode ser usado em inúmeras áreas. Provavelmente esse é o tipo de radiação eletromagnética mais difundido e diversificado. Dentre as aplicações mais usadas podemos citar o apontador laser (“caneta” usada para apontar detalhes em apresentações), leitores de CD e DVD, impressoras a laser, além disso há ainda importantes

aplicações na medicina, na indústria, na estética, no comércio, etc.

Radiação ultravioleta (UV) produzida pelo homem

A radiação UV é produzida exatamente da mesma forma que a radiação luminosa, apenas com a

diferença que a energia do fóton de UV emitido é maior que a energia do fóton de luz visível.

Assim é possível construir alguns dispositivos que emitam radiação UV.

O primeiro deles é a lâmpada de luz negra. Essa luz geralmente é usada para entretenimento, pois dá um efeito fluorescente em roupas brancas. A luz negra corresponde à radiação tipo UVA.

As lâmpadas fluorescentes comuns também emitem uma pequena quantidade de radiação UV, uma vez que elas possuem um pouco de mercúrio dentro do tubo. Assim quando passamos

algum tempo sob uma luz fluorescente devemos tomar o cuidado de proteger nossa pele.

Uma fonte de radiação UVC são as lâmpadas de descarga de mercúrio, que são utilizadas em

hospitais para a esterilização de objetos.

Outra fonte de radiação ultravioleta dos tipos A e B são as câmaras de bronzeamento artificial, sendo que as quantidades de UVA dessas máquinas são maiores do que aquelas que chegam à Terra, provenientes do Sol. Assim todos os malefícios (citados na seção anterior) que os raios

UVA e UVB provocam são válidos para quem se bronzeia artificialmente.

Radiação X

A primeira forma de radiação eletromagnética produzida artificialmente foi o raio X. Isto ocorreu em 1895, quando Roentgen (engenheiro mecânico e professor de física na Universidade de Würzburg, na Alemanha) estudava o que ocorria com um feixe de raios catódicos ao atingir um alvo sólido. Esse tipo de radiação recebeu de seu descobridor este nome porque até então sua natureza era desconhecida. Os raios X são produzidos em um alvo, que se encontra dentro de um

tubo de raios X (em vácuo).

Neste mesmo tubo os elétrons do feixe são acelerados por uma diferença de potencial de milhares de volts e freados no alvo. Esta desaceleração provoca uma grande perda na energia cinética de cada elétron - e de acordo com a física clássica, provoca a emissão de uma radiação eletromagnética, o raio X. Por ter um comprimento de onda bastante pequeno é uma radiação muito penetrante, pouco ionizante e pode atravessar, sem grande absorção, meios materiais com espessura razoável.

O raio X também tem a propriedade de sensibilizar filmes fotográficos. Assim ele se tornou uma ferramenta muito importante na investigação diagnóstica. Este tipo de radiação também é usado

hoje na indústria, em aeroportos e no meio bélico, por meio de scanners de raio X.

Aceleradores de partículas

É possível obter elementos radioativos não-naturais através do bombardeio de partículas subatômicas sobre átomos não-radioativos. Os primeiros a fazer isto foram Irène Joliot-Curie e seu marido Frédéric Joliot, o que lhes valeu o Prêmio Nobel de Química de 1935. Eles utilizaram uma fonte natural de partículas alfa que ao incidir sobre alumínio e boro produziu fósforo-30 e nitrogênio-13 (na natureza os nuclídeos estáveis desses elementos são fósforo-31, nitrogênio-14 e nitrogênio-15, este último com apenas 0,37% de probabilidade).

O progresso da radioatividade artificial foi bastante grande, principalmente depois do desenvolvimento dos aceleradores de partículas, que possibilitaram a aceleração de feixes de inúmeras partículas, com diferentes energias cinéticas. Hoje radionuclídeos artificiais são usados em inúmeras áreas, sendo algumas delas: conservação de alimentos, esterilização de

materiais cirúrgicos, produção de novas variedades de plantas, medicina etc.

Aqui cabe ressaltar que a radioatividade artificial também pode ocorrer em aceleradores de partículas mesmo quando esta não é desejada, pois dependendo do elemento usado como feixe e/ou como alvo e da velocidade do feixe, é possível obter radioatividade durante um tempo bastante curto ou longo. Por exemplo, um feixe de prótons, ao colidir com as fendas de colimação do acelerador, e que tenham ferro em sua composição, podem criar elementos radioativos ao interagir com os núcleos de ferro. Nesse caso é criada uma “fonte radioativa” que possui uma longa duração (aproximadamente 270 dias). Por outro lado, de forma geral, colisões de partículas do feixe com as paredes do tubo do acelerador podem gerar radiação que desaparece assim que

o feixe é interrompido.

Ondas de rádio

Graças à necessidade que o homem tem de se comunicar, este tipo de radiação se tornou

essencial na vida moderna.

No século 19, começaram a ser estudados os meios para que as ondas de rádio fossem compreendidas e utilizadas, mas esta radiação tornou-se tão difundida graças a várias invenções que foram aprimoradas ao longo dos anos, entre elas estão o microfone, o alto-falante, o circuito

elétrico, o transmissor e o receptor dessas ondas, etc.

As ondas de rádio abrangem uma região de comprimento de onda extensa, sendo que os valores desses comprimentos de onda são bastante grandes quando comparados aos das outras ondas

eletromagnéticas, assim seu poder de penetração não é grande.

No caso de radiações eletromagnéticas como raios X, raios gama, luz visível, radiação ultravioleta as fontes têm tamanhos nucleares ou atômicos, mas no caso das ondas de rádio a fonte possui dimensões macroscópicas. O transmissor deste tipo de ondas converte sinais analógicos ou digitais de ondas sonoras em ondas eletromagnéticas, que são enviadas para longe dele através de uma antena de transmissão.

Já o receptor desse tipo de radiação utiliza uma antena receptora, que capta a radiação

eletromagnética enviada e a transforma em sinais digitais ou elétricos.

Depois da radiação luminosa esta é a radiação mais usada e difundida em nossos dias. Uma pequena lista dos inúmeros aparelhos que utilizam as ondas de rádio e que usamos todos os dias é mostrada aqui. Dessa lista constam: babás eletrônicas, telefones sem fio e celulares, controles remotos de portões automáticos de garagem, radioamador, colares para a localização de animais selvagens, controles remotos de brinquedos, receptores GPS, transmissores de TV, radares, fornos de microondas etc. O interessante neste tipo de radiação é que cada tecnologia possui uma banda de comprimento de onda (ou como se usa nesta área, de freqüência).

Definições

Raios catódicos – feixes de elétrons que são emitidos por um catodo e acelerados por uma diferença de potencial. Comprimento de onda – a distância entre dois máximos ou dois mínimos de uma onda senoidal.

Freqüência – número de oscilações que um sistema oscilante efetua

na unidade de tempo. Radionuclídeo – átomo caracterizado por um número atômico (Z) e

um número de massa (A) e que é radioativo. Número atômico (Z) – número de prótons existentes em um nuclídeo. Número de massa (A) – número de núcleons presentes em um

nuclídeo.

Radiação ionizante

A radiação pode ser caracterizada como ionizante e não-ionizante, sendo a principal diferença

entre elas a energia e portanto a freqüência ou, se você preferir, o comprimento de onda.

A radiação não-ionizante (parte da eletromagnética) é caracterizada por não possuir energia suficiente para arrancar elétrons dos átomos do meio por onde está se deslocando, mas tem o poder de quebrar moléculas e ligações químicas. Dessa radiação fazem parte os tipos:

radiofreqüência, infravermelho e luz visível.

A radiação ionizante é definida como aquela que tem energia suficiente para interagir com os

átomos neutros do meio por onde ela se propaga. Em outras palavras: essa radiação tem energia para arrancar pelo menos um elétron de um dos níveis de energia de um átomo do meio, por onde ela está se deslocando. Assim esse átomo deixa de ser neutro e passa a ter uma carga positiva, devido ao fato de que o número de prótons se torna maior que o de elétrons. O átomo neutro se

torna um íon positivo.

A radiação ionizante pode ser classificada em dois grupos: aquela que tem carga elétrica associada e a neutra. Alguns tipos de radiação corpuscular como partículas alfa e beta, elétrons e prótons possuem carga, assim se referem ao primeiro grupo, já o nêutron é uma partícula sem

carga e por este motivo se enquadra no segundo. Alguns tipos de radiação eletromagnética também são ionizantes, como os raios UV, X e gama, mas como não possuem carga também

fazem parte da segunda categoria.

As diferenças entre cada tipo estão no método de produção, no poder de penetração e na interação com a matéria. Com relação a este último item podemos afirmar que as partículas eletricamente carregadas interagem diretamente com a matéria, produzindo ionização direta, já as partículas neutras e os fótons (não possuem carga e têm massa de repouso nula) das ondas eletromagnéticas provocam ionização indireta. Por exemplo, um nêutron, com uma determinada quantidade de energia, interage com o núcleo de um átomo do meio por onde passa, transferindo

toda ou parte de sua energia.

O núcleo em recuo, por ser carregado, vai provocar os efeitos. Assim, o nêutron indiretamente provoca a ionização do material. Dessa forma ele pode ser considerado uma partícula ionizante. Pode acontecer de partículas não carregadas e ondas eletromagnéticas não interagirem com nenhum átomo do meio por onde se propagam. As partículas carregadas sempre vão interagir e perder energia gradativamente.

O poder de penetração da radiação ionizante está diretamente relacionado com a energia inicial que ela tem e com a interação que ela sofre durante seu movimento. Por exemplo, a partícula alfa possui duas cargas positivas, dessa forma ela perde energia para os átomos do meio muito rapidamente e isto implica em um alcance bem pequeno (no ar não ultrapassa alguns centímetros e no corpo humano chega somente à superfície da pele). Essa partícula também pode ser considerada pesada em comparação às demais, assim se movimenta em linha reta, e tem alto poder de ionização, ou seja, ela deposita grande quantidade de energia por centímetro que percorre (grande densidade de ionização).

A partícula beta tem apenas uma carga positiva e massa pequena, assim não se movimenta em linha reta e sua interação com a matéria é menor que a da alfa, resultando num alcance de aproximadamente 1 metro no ar. O poder de ionização da partícula beta é mais baixo do que o da

alfa e sua densidade de ionização é baixa.

Como mencionado anteriormente os nêutrons são partículas eletricamente neutras, com isso seu poder de ionização é pequeno e mesmo ionizando o meio por onde estão se propagando seu poder de penetração é muito grande. Materiais ricos em hidrogênio como a água e a parafina

servem como blindagem para os nêutrons.

Neste ponto você pode estar se perguntando: Se os nêutrons são freados por um elemento tão leve como o hidrogênio, por que eles têm alto poder de penetração? Isto ocorre porque o poder de penetração de uma partícula (ou radiação) está diretamente relacionado com a energia que ela

perde quando se propaga por um material.

Através da força elétrica isso pode ocorrer mais facilmente, mas no caso dos nêutrons esta força não age, pois eles são neutros. Nesse caso a única forma de transmitirem sua energia é através

de colisões. Se a colisão for elástica um nêutron consegue transferir parte de (ou toda) sua

energia para um átomo e assim diminuir seu alcance.

Como a colisão elástica é favorecida quando os dois integrantes possuem massas muito parecidas, o átomo com melhor possibilidade de “parar” o nêutron será o hidrogênio (possui apenas um próton em seu núcleo). Dados da literatura mostram que são necessárias 18 colisões elásticas em um material composto de hidrogênio para diminuir significativamente a energia de um nêutron, já se o material for composto de oxigênio este número aumenta para 152, enquanto que podem ocorrer até 2.172 colisões se o material for composto de urânio.

A ionização que os fótons dos raios X e gama provocam na matéria é indireta, pois primeiro eles promovem a criação ou a aniquilação de elétrons ou de pósitrons, que por sua vez ionizam a matéria. Essa interação ocorre através de diferentes mecanismos, entre eles os efeitos

fotoelétricos e Compton e a produção de pares.

O esquema mostra as quatro radiações mais ionizantes e o poder de penetração de cada uma.

Efeito fotoelétrico

O efeito fotoelétrico ocorre quando um fóton transfere toda a sua energia para um dos elétrons das camadas mais internas de um átomo do meio no qual o fóton incide e essa transferência de energia faz com que o elétron seja arrancado de sua órbita atômica. O elétron ejetado passa a ionizar o meio. Esse efeito é predominante para fótons de baixa energia e para átomos com número atômico (Z) alto, assim utiliza-se para blindagem de raios X e gama de baixa energia

materiais com elementos de Z alto, como o chumbo.

Efeito Compton

O efeito Compton, observado pela primeira vez por Arthur Compton em 1923, acontece quando um fóton incidente é desviado de sua trajetória por um elétron situado em uma órbita mais externa de um dos átomos do meio no qual ele incidiu. A transferência de energia do fóton para o elétron é parcial, assim o fóton continua transferindo sua energia para outros elétrons. Os elétrons ejetados passam a ionizar a matéria. O efeito Compton é predominante para radiações com energias

intermediárias.

Produção de par

A produção de par ocorre quando um fóton incidente interage com um núcleo atômico do material por onde se propaga, transformando-se em um elétron e um pósitron (o par formado por uma partícula e sua antipartícula). Para a produção de um par ocorrer é necessário que o fóton tenha energia maior ou igual a 1.022 keV (quiloelétrons-volt), a saber: a energia de repouso do elétron é

igual a 511 keV.

As partículas são criadas simultaneamente em sentidos opostos. O elétron criado pode continuar ionizando o meio, já o pósitron se recombina com um elétron livre do meio, emitindo dois fótons e estes tem a capacidade de continuar ionizando o meio. A criação de pares ocorre para altas

energias e elementos de Z elevado.

Usos

Como a radiação ionizante tem o poder de interagir com a matéria por onde passa, pode ser

utilizada em diversas áreas, entre elas:

na conservação de alimentos – hoje muitos alimentos são conservados através da incidência de radiação ionizante sobre eles. A conservação dos alimentos, através deste método, depende da intensidade da radiação. Quanto maior a intensidade, maior o tempo de duração do produto e menores os cuidados adicionais de conservação que devem ser tomados. Como exemplo, podemos citar, experiências em que produtos cárneos irradiados e devidamente acondicionados passam a ter prazo de validade indeterminado, mesmo sendo conservados em temperatura ambiente. Incidindo-se um valor menor de radiação sobre um alimento é possível reduzir sensivelmente o número de bactérias patogênicas. No caso de alimentos frescos a dose usada pode ser ainda menor, mesmo assim aumenta o tempo de maturação de frutas e verduras, auxiliando na distribuição dos mesmos;

na medicina nuclear – através de tratamentos terapêuticos, como a radioterapia, e na esterilização de materiais cirúrgicos (como luvas, seringas, etc.), eliminando bactérias por meio de radiação. Este método pode ser prejudicial para alguns materiais como o plástico, pois quando irradiado pode ter sua estrutura molecular modificada de modo que se torna quebradiço;

em exames diagnósticos (como o raio-X, o PET e os traçadores radioativos); na agricultura – onde algumas técnicas conseguem obter novas variedades de plantas, através da

irradiação de semente e plantas. Também no controle e eliminação de insetos, esterilizando os machos por meio da irradiação;

na indústria do petróleo – usando a radiografia e a gamagrafia para detectar descontinuidade em chapas e tubulações;

no estudo da poluição atmosférica – isto é feito utilizando-se o método PIXE (Particle Induced X ray Emission), que consiste em irradiar com prótons ou partículas alfa uma amostra de ar

coletado; na medição da espessura e densidade de materiais, na medição de nível de líquidos e na

detecção de fumaça – a primeira baseia-se no fato de que a radiação que atravessa o material pode perder energia ou sofrer espalhamento antes de ser detectada. Assim a quantidade de radiação que chega ao detector pode fornecer informações sobre a espessura e a densidade do material. A medição do nível de um líquido também utiliza radiação ionizante e um detector. Nos detectores de fumaça o princípio utilizado é parecido com o da determinação da espessura;

na geração de energia – através de reatores nucleares.

Existe uma série de outras aplicações para radiações ionizantes, que não apresentaremos aqui, mas que podem ser encontradas na Internet, em livros e em apostilas. Pelo que vimos, o uso desse tipo de radiação trouxe uma grande melhora na qualidade de vida das pessoas, mas sempre devemos ter em mente que a diferença entre o uso seguro ou inseguro de uma fonte radioativa depende de alguns fatores. Na próxima seção vamos aprender alguns detalhes a esse

respeito.

Exposição à radiação

Dependendo da intensidade e do tempo de exposição, qualquer tipo de radiação pode ser prejudicial à saúde. Isto se torna mais claro quando lembramos que a mídia escrita e falada tem informado sobre os riscos que a radiação proveniente de celulares (radiofreqüência) pode causar quando usada de forma inadequada.

O trifólio é o símbolo da radiação ionizante

Grandezas e unidades

Só é possível se referir à intensidade da radiação ionizante quando conhecemos as grandezas e as unidades que a representam. A necessidade desse conhecimento se tornou evidente desde o início do estudo das radiações (final do século 19). Abaixo seguem as descrições das grandezas

usadas para medir a radiação:

A primeira grandeza a tratarmos aqui é a atividade. Ela representa o número de núcleos de uma

amostra radioativa que sofreram desintegração por unidade de tempo. Sua unidade de medida no Sistema Internacional é o becquerel (Bq), que equivale a uma desintegração por segundo. Antigamente usava-se o curie (Ci) como unidade da grandeza atividade e o fator de conversão entre as duas unidades é: 1 Ci = 3,7 x 1010 Bq.

A segunda grandeza é a exposição. Ela é definida como a quantidade de carga elétrica, gerada pela radiação através da ionização, por unidade de massa do ar. A unidade dessa grandeza foi primeiramente definida como roentgen (R), mas no Sistema Internacional de Unidades usa-se coulomb por quilograma (C/kg) e o fator de conversão entre essas unidades é 1 R = 2,58 x 10 -4 C/kg. Essa grandeza é definida para raios X ou gama no ar.

Era necessário definir outra grandeza para representar a quantidade de radiação que uma pessoa recebeu. Ela foi denominada dose, que é dividida em duas partes: dose absorvida e dose equivalente. Dose absorvida é a quantidade de energia cedida pela radiação ionizante por unidade de massa da matéria. Essa grandeza é definida para qualquer tipo de radiação ionizante em qualquer meio por onde ela se desloque e usada em radioterapia. No Sistema Internacional de Unidades utiliza-se como unidade o gray (Gy). Esta equivale à unidade joule por quilograma (J/kg). Não há fator de conversão entre elas, assim 1 Gy = 1 J/kg. Diferentes tipos de radiação podem provocar os mesmos efeitos biológicos para quantidades bem diferentes de doses absorvidas. Por exemplo, é necessária uma dose maior de radiação gama do que de nêutrons para provocar o mesmo efeito no organismo.

A dose equivalente, usada em proteção radiológica, é obtida através do produto entre a dose

absorvida e o fator de qualidade, que expressa a proporcionalidade entre o dano sofrido e o número de ionizações produzidas por unidade de comprimento do meio onde a radiação se propaga. Esse fator é adimensional e possui diferentes valores para diferentes tipos de radiação, a saber: vale 1 para radiações X, beta e gama e 20 para radiação alfa (esses valores estão tabelados em publicações técnicas do ramo). A unidade da dose equivalente no Sistema Internacional de Unidades é o sievert (Sv), sendo que os fatores de conversão entre o Sv, o J/kg e

o rem (roentgen equivalent man) são: 1 Sv = 1 J/kg = 100 rem.

Efeitos biológicos e sintomas

Desde a descoberta do raio X os pesquisadores perceberam que a radiação (no caso ionizante) podia ser muito perigosa, principalmente após a Segunda Guerra Mundial, devido às explosões

nucleares nas cidades japonesas de Hiroshima e Nagazaki.

Estudos mostraram que os efeitos biológicos decorrentes da exposição que o organismo humano pode sofrer ao entrar em contato com a radiação ionizante são decorrentes da interação da

radiação com os átomos e as moléculas das células expostas.

A interação entre radiação e corpo humano está dividida em quatro estágios. O primeiro é físico, e nele a radiação transfere energia para os átomos do organismo, fazendo com que estes sofram ionização e excitação. Este é seguido de um estágio físico-químico, onde há a ruptura das ligações químicas das moléculas, e radicais livres são formados. O terceiro é químico e ocorre quando os radicais livres se ligam a outras moléculas importantes das células. Já o quarto estágio é responsável por efeitos bioquímicos e fisiológicos. Após um tempo, que pode ser variável, surgem lesões no nível celular ou orgânico. O organismo humano tem grande poder de

regeneração, assim dependendo da dose ele pode se recuperar sozinho.

A observação dos efeitos provocados pela exposição a diferentes doses e/ou intervalos de tempo mostra que os efeitos podem ser somáticos (alterações que ocorrem nas células e que podem ser observáveis no indivíduo irradiado) ou hereditários (podem ser transmitidos aos descendentes do indivíduo irradiado, que teve alterações em suas células reprodutoras).

Os efeitos somáticos são divididos em duas categorias (imediatos ou tardios), que dependem da

dose absorvida:

Efeitos somáticos agudos ou imediatos são o resultado de uma alta dose de radiação recebida em um tempo pequeno e aparecem no organismo do indivíduo em um intervalo curto de tempo (horas, dias ou semanas). Se a irradiação for localizada vai afetar somente a região que recebeu radiação. É o caso em que a pele sofre irradiação e fica com a aparência de ter sofrido uma queimadura intensa. Se a irradiação for sobre todo o corpo, podem ocorrer sinais e sintomas que levam a um quadro designado síndrome aguda da radiação, que dependendo da intensidade da radiação pode provocar sintomas diferentes, que vão desde vômitos até a morte.

Os efeitos somáticos tardios ocorrem devido a doses baixas, mas que ocorrem por um longo

tempo (como no caso de profissionais que trabalham na área de radiação e não tomam os devidos cuidados). Esses efeitos também são decorrentes de dose altas, mas não letais, de radiação, assim aparentemente o indivíduo se recupera. Um dos efeitos somáticos tardios é o

aparecimento de câncer.

Os efeitos sintomáticos hereditários, que são observáveis somente nos descendentes de

vítimas da irradiação, podem ser listados como daltonismo, hemofilia, síndrome de Down, etc.

Aqui é importante salientar que os efeitos da exposição à radiação ionizante também estão relacionados à sensibilidade que o indivíduo pode ter à radiação. Indivíduos mais jovens apresentam, em geral, maior possibilidade de ser afetados pela radiação. Um exemplo conhecido vem da indicação médica que gestantes recentes não devem fazer exames de radiografia, por causa dos riscos que o feto pode sofrer durante sua formação. Conforme a pessoa vai crescendo sua sensibilidade vai diminuindo.

Radioproteção

Tudo o que você leu nesta seção indica que entrar em contato com a radiação ionizante pode causar algum risco à saúde se os devidos cuidados não forem tomados. Assim, pesquisadores, médicos e técnicos desenvolveram nas últimas décadas, em todo o mundo, “regras para o bom convívio” com esse tipo de radiação, as quais no Brasil são controladas e reguladas pela CNEN (Comissão Nacional de Energia Nuclear).

Neste artigo não temos a intenção de apresentar todos os princípios de proteção radiológica, mas

fazer apenas um pequeno resumo sobre os mais importantes.

A proteção radiológica leva em consideração os valores de doses aos quais os indivíduos

podem ficar expostos em um ano sem que haja prejuízo à sua saúde durante toda a sua vida. Para cada parte do corpo humano é especificado um limite anual para a dose equivalente, e para

o corpo inteiro a dose equivalente efetiva anual corresponde a 5 rem (0,05 Sv).

Os limites impostos devem levar em conta a radiação externa (fonte de radiação externa ao organismo) e a interna (fonte de radiação que pode ter sido ingerida, inalada ou absorvida pela pele intacta ou ferida) que a pessoa recebeu naquele ano. Também são levadas em consideração as limitações de doses com relação à categoria profissional ou pessoal de cada um. Por exemplo, o limite indicado para gestantes deve ser menor ou igual a 0,30 (30%) do limite de um adulto comum (que não trabalha com radiação). Já menores de 16 anos não devem receber por ano dose maior que 0,10 (10%) do limite indicado.

Para que trabalhadores também estejam protegidos de doses excessivas, deve ser considerada a proteção contra a irradiação externa, através da redução do tempo de irradiação, da redução da atividade da fonte, do aumento da distância entre a fonte e o indivíduo, como também do uso de

blindagens para cada tipo de radiação.

A contaminação do organismo de um trabalhador por materiais radioativos pode ser evitada através da proteção adequada contra absorção, através da pele, inalação e ingestão desses materiais. Para esse fim medidas de segurança são tomadas, como por exemplo, ter cuidados

adequados e utilizar roupas e aparatos de proteção.

Para trabalhadores e pesquisadores utilizam-se também alguns tipos de detectores, que são sensíveis à radiação ionizante, assim como instrumentos utilizados para avaliar a quantidade de

radiação recebida. Eles levam o nome de dosímetros e podem ser encontrados em vários tipos.

Tristes acidentes

O século 20 (a partir da década de 1950) foi marcado por inúmeros acidentes radioativos que tiveram conseqüências fatais ou não. Muitos deles ocorreram em usinas nucleares - e em vários a opinião pública teve pouca informação. Mas dois deles foram bem marcantes para os brasileiros: o primeiro, conhecido como o pior acidente nuclear da história, ocorreu em Chernobyl (Ucrânia)

em 26 de abril de 1986. O segundo foi o acidente de Goiânia (capital do estado de Goiás) em 13 de setembro de 1987, onde houve a violação de uma fonte de césio 137, que tinha atividade de 50,875 x 1012 Bq ou 1.375 Ci.

O acidente de Chernobyl foi decorrente da explosão do núcleo do reator que existia a 18 km da cidade, sendo que houve liberação de produtos radioativos por duas semanas. Os principais agentes de irradiação foram a chuva e a água e verduras contaminadas. Nesse acidente centenas de pessoas foram direta ou indiretamente contaminadas, sendo que 115 pessoas sofreram síndrome aguda da radiação; ao final de 8 meses 31 haviam morrido.

Até hoje inúmeras pessoas possuem graves seqüelas daquele acidente. Na época, devido à alta contaminação de certos locais (raio maior que 30 km), o governo soviético evacuou cerca de 50.000 pessoas e alguns lugares próximos à usina não foram novamente ocupados. O acidente ensinou muito sobre cuidados adequados com vítimas contaminadas. Esses conhecimentos foram de extrema importância para que o número de vítimas fatais do acidente de Goiânia fosse

diminuído.

O reator número 4 da usina nuclear de Chernobyl após a explosão. Abaixo o sarcófago do

reator, em dezembro de 1995.

Um ano e meio após o desastre de Chenobyl, aconteceu o acidente de Goiânia, onde um volume de chumbo, contendo césio 137 foi removido, por dois homens, do Instituto Goiano de Radioterapia (este volume estava abandonado ali). Eles romperam a fonte e após alguns dias esta foi vendida em um ferro velho, do qual o dono transportou-a para sua casa, onde várias pessoas

tiveram contato com o material, na forma de pó aglomerado.

Diferentemente do caso de Chernobyl, as pessoas não tinham conhecimento nenhum sobre os malefícios daquele volume de chumbo e de seu conteúdo. Assim houve vários agentes de contaminação, entre eles o contato pessoal com a fonte, a circulação de animais e ferramentas

contaminados, além da ação ambiental como o vento e a chuva (em menor escala).

A fim de descobrir o número de pessoas contaminadas, os técnicos da CNEN fizeram uma triagem com aproximadamente 13.000 habitantes da cidade. Deste total eles perceberam que 249 pessoas sofreram algum tipo de contaminação (interna e/ou externa) e 49 foram internadas - morreram 4 delas (2 por hemorragia e 2 por infecção), e uma teve o antebraço amputado. Além do cuidado com os moradores houve medidas defensivas para a descontaminação dos locais atingidos, além do monitoramento do suprimento de água. Para isso, 85 casas sofreram descontaminação significativa, 07 foram demolidas e tudo que foi de alguma forma contaminado

foi devidamente acondicionado, transportado e armazenado perto de Goiânia entre concreto.

Com esses dois acidentes podemos perceber que a radiação ionizante pode ser muito perigosa, principalmente se levarmos em conta que tanto no caso russo quanto no brasileiro a primeira finalidade dessas radiações era o uso pacífico, mas nos dois casos o descaso humano foi responsável pela morte, mutilação e incapacitação de inúmeras pessoas.

Neste artigo pudemos ver que a radiação, de forma geral, é essencial para nossas vidas, pois em tudo que fazemos necessitamos dela. Lembre-se, você está lendo este artigo porque a radiação

luminosa existe!