RÁPIDA INTRODUÇÃO À FÍSICA DAS RADIAÇÕES Simone Coutinho Cardoso & Marta Feijó Barroso

UNIDADE 1 Introdução: os raios desconhecidos

A história das radiações começou em 1895 com a descoberta experimental dos raios-X por Roentgen. A previsão teórica já havia sido feita alguns anos antes por Helmholtz, que falecera um ano antes de seu estudo ser comprovado experimentalmente.

Roentgen estudava descargas elétricas a través de um tubo de raios catódicos (feixe de elétrons). A. figura 1 mostra um esquema simplificado do tubo de raios catódicos.

Figura 1: esquema simplificado do tubo de raios catódicos Link para explicação sobre o funcionamento de um tubo de raios catódicos escrito

pelo Bertulani: www.if.ufrj.br/teaching/oscilo/Funcionamento/Tubo.html Roentgen observou uma luminescência fraca ao aplicar uma diferença de potencial

de algumas dezenas de quilovolts entre os eletrodos do tubo. Ele apagou a luz da sala para observá-la melhor e se surpreendeu ao ver que uma placa de vidro coberta com platino cianeto de bário colocada a um metro do tubo também luminescia. Os raios atravessavam tudo. Os responsáveis por esse fato não poderiam ser os raios catódicos produzidos, pois eles possuíam uma capacidade de penetração no ar de somente uns poucos centímetros.

Roentgen concluiu que o tubo emitia raios muito mais potentes, ainda desconhecidos e que podiam até atravessar corpos humanos e sensibilizar filmes fotográficos. Assim foi descoberta uma nova forma de se observar o interior dos corpos, causando uma grande revolução na área de Medicina diagnóstica.

Cerca de 45 dias após a descoberta dos Raios-X, Roentgen tirou a primeira radiografia da mão de sua esposa, expondo-a durante 15 minutos. A radiografia é mostrada na figura 2. Ele foi o primeiro físico a ganhar o prêmio Nobel de Física em 1901.

Figura 2: Radiografia da mão da esposa de Roentgen

Leitura complementar : anexo 1 A descoberta dos raios X: o primeiro comunicado de Röntgen.

[The discovery of X rays: Röntgen's first communication] Roberto de Andrade Martins. Revista Brasileira de Ensino de Física 20 (4): 373-91, 1998

Leitura complementar : anexo 2 Investigando o invisível: as pesquisas sobre Raios-X logo após sua descoberta por Röntgen Roberto de Andrade Martins. Revista da Sociedade Brasileira de História da Ciência 17, 81-102, 1997. Em 1896, Becquerel retomou as pesquisas realizadas por seu pai com substâncias

fosforescentes que absorviam luz para depois a reemitirem. Ele colocou uma certa quantidade de sal de urânio sobre uma filme, embrulhado em papel preto, expondo o conjunto à luz solar durante vários dias. A posição do mineral ficou claramente marcada com manchas escuras quando o filme foi revelado. Ele continuou suas pesquisas, até que um dia o céu ficou nublado e não conseguiu repetir e experiência. Ele guardou o sal de urânio sobre um filme fotográfico em uma gaveta, na ausência de luz. Mais tarde, ao revelar a chapa (figura 3), ele se surpreendeu com o resultado. Esperava, no máximo, umas manchas pouco escuras devido à luz difusa e ao pouco tempo de iluminação. No entanto, as manchas estavam muito mais escuras do que quando o conjunto havia sido exposto ao Sol. Ele concluiu que os efeitos inesperados só poderiam ser devidos aos raios emanados espontaneamente pelo sal de urânio.

Figura 3: Chapa fotográfica revelada por Becquerel. Leitura complementar : anexo 3 A descoberta da radioatividade Roberto de Andrade Martins. In: Santos, Carlos Alberto dos. Da revolução científica è revolução tecnológica – Tópicos de história da física moderna. Porto Alegre: Instituto de Física da UFRGS, 29-49,1998.

Em 1891, Marya Sklodowska, polonesa, foi a Paris para estudar na Sorbonne. Fez

licenciatura em Matemática e casou-se em 1895 com Pierre Curie, passando a se chamar Madame Curie. Em 1897, Madame Curie iniciou sua tese de doutorado entitulada “o estudo da natureza dos raios catódicos de Becquerel”. Logo que começou a trabalhar teve a idéia de que o fenômeno observado não era privilégio do urânio devendo ser exibido também por outros materiais. O rumo da pesquisa foi modificado e ela passou a procurar outros materiais que emitissem os “raios de Becquerel”. Rapidamente ela descobriu o Tório que emitia raios com intensidade análoga e propôs o uso do termo radioatividade significando ativado por uma radiação penetrante. Madame Curie verificou também que um mineral de Urânio (pechblenda) apresentava uma radioatividade muito alta, não explicável pela quantidade de Urânio que esta continha. Pierre associou-se à esposa nos estudos e eles propuseram o nome de Polônio a este novo elemento contido na pechblenda. Submetendo a pechblenda a uma série de separações químicas, eles conseguiram isolar o Polônio e o Rádio, nomeados por eles.

Ela conseguiu determinar a massa atômica do Rádio (225) e verificou que o cloreto de Rádio era espontaneamente luminoso.

Em 1903, Becquerel e o casal Curie ganharam o prêmio Nobel de Física. Três anos depois Pierre morreu e, em 1911, a Madame Curie ganhou Prêmio Nobel de Química por seus trabalhos relacionados ao isolamento do elemento Rádio, que só foi conseguido em 1910. O Rádio teve um papel extremamente importante na terapia do câncer. Ela nunca foi membro da Academia de Ciências de Paris, por ser mulher.

Leitura complementar: anexo 4 Os primórdios da radioquímica Fábio Luiz N. Marques Revista Ciência Hoje, vol.31, n 184, Julho de 2002. Por volta de 1898, Rutherford iniciou, no Canadá, os estudos sobre a natureza dos

raios de Becquerel. Um ano depois concluía que a emanação proveniente de substâncias radioativas era complexa, sendo constituída por pelo menos dois tipos de radiação: um deles facilmente absorvido e o outro muito mais penetrante, sendo ambas desviadas por campo magnético em direções opostas. Estas foram chamadas de radiação α e β.

Paul Villard, um ano depois, identificou um terceiro tipo de radiação, denominou-a de radiação γ. Esta não sofria deflexão em campos magnéticos.

Em 1934, Irene Curie e seu marido produziram artificialmente, pela primeira vez, os elementos radioativos P30 e N13, bombardeando Al e B, respectivamente, com partículas α emitidas por uma fonte natural de Polônio. Até então as radiações utilizadas na Medicina eram os Raios-X, produzidos por tubos de Raios-X, e as radiações α, β e γ, provenientes de radionuclídeos naturais. A partir desta época, os mais diferentes tipos de radionuclídeos têm sido produzidos, bombardeando elementos não radioativos com partículas produzidas e aceleradas por máquinas. Entre essas máquinas estão o ciclotron, desenvolvido por Ernest

Lawrence e Stanley Livingston e o reator de fissão, por Enrico Fermi, durante a guerra mundial. Hoje em dia, esses radionuclídeos são utilizados nas mais diversas áreas como diagnóstico e terapia de doenças, conservação de alimentos, esterilização de materiais cirúrgicos e médicos etc...

Entretanto, além de alguns benefícios acima citados, a radiação provoca danos nos seres humanos. No início da história da radiação, pouco se sabia sobre os danos provocados e quase nada sobre os efeitos tardios da exposição. Cientistas precursores tiveram queimaduras na pele e muitos morreram com leucemia e outros tipos de câncer.

Logo após a descoberta dos Raios-X, por Roentgen, a pele da mão esquerda de Emil H. Grubbé, médico e fabricante de tubos de raios catódicos, já apresentava dermatite aguda. A isto se seguiram escamações da pele e amputação da mão. Gilman, um médico de Chicago, foi o primeiro a sugerir o uso dos Raiox-X com finalidade terapêutica em 1896. Ele observou as dermatites na mão de Grubbé e se impressionou com o dano causado em tecido sadio.

Leitura complementar: anexo 5 “ Mais de cem anos de Radioatividade”

Tradução do discurso proferido pelo Físico polonês Joseph Rotblatt no Congresso de Radiologia que aconteceu no Brasil em 1996.

Este curso se propõe a fornecer as bases da Física para que possamos avaliar os riscos, benefícios e efeitos da Radiação.