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�NDICE
1. Defini��o Radioatividade � o fen�meno pelo qual um n�cleo inst�vel emite espontaneamente entidades (part�culas, ondas) numa rea��o nuclear denominada decomposi��o radioativa ou decaimento, transformando-se em outro n�cleo mais est�vel. As entidades emitidas pelo n�cleo s�o denominadas de radia��es. O fen�meno da radioatividade � exclusivamente nuclear, isto �, ele se deve unicamente ao n�cleo do �tomo. Ela n�o � afetada por nenhum fator externo como press�o e temperatura.
 2. Descoberta da Radioatividade Natural Este processo foi descoberto, quase acidental-mente, por Henri Becquerel, um cientista franc�s, em 1896. Quando estudava fluoresc�ncia dos sais de ur�nio, descobriu que eles liberavam um novo tipo de radia��o de alta energia, capaz de escurecer uma chapa fotogr�fica. Aparentemente, esta radia��o nunca tinha sido detectada antes, apesar do elemento ur�nio ser conhecido h� mais de um s�culo. Becquerel mostrou que a velocidade de emiss�o da radia��o a partir de um sal de ur�nio [K2UO2(SO4)2 � sulfato duplo de Pot�ssio e Uranilo] era diretamente proporcional � quantidade de ur�nio presente. Havia uma exce��o a esta regra. Um certo mineral de ur�nio denominado Pechblenda liberava radia��o a uma velocidade quatro vezes maior do que se calculava com base no conte�do de ur�nio. Em 1898, Marie e Pierre Curie, colegas de Becquerel na Universidade de Sourbone, tentaram encontrar o ingrediente ativo de Pechblenda. Eles isolaram uma fra��o de um grama de um novo elemento a partir de uma tonelada de min�rio. Este elemento era mais intensamente radioativo do que o ur�nio. Eles denominaram-no pol�nio, em homenagem � Pol�nia, o pa�s de origem de Marie Curie. Seis meses mais tarde, os Curie isolaram outro elemento novo, fortemente radioativo: o r�dio. O pr�mio Nobel de F�sica, em 1903, foi concedido conjuntamente a Becquerel e aos Curie, devido ao feito realizado. A radia��o liberada na radioatividade natural pode ser separada por um campo el�trico ou magn�tico em tr�s tipos distintos. A figura a seguir ilustra tal separa��o atrav�s de utiliza��o de um campo el�trico.
Resumindo temos: 3. Tipos de Radia��es 3.1. Radia��o Alfa (α) Consiste em um feixe de part�culas carregadas positivamente (part�culas alfa) com cargas 2 + e uma massa 4 na escala de massa at�mica, que se refere a dois pr�tons e dois n�utrons. Essas
part�culas s�o id�nticas aos n�cleos de �tomos de h�lio comuns, Ao que parece, s�o emitidas com velocidade n�o muito inferior a 20 000 km/s. T�m pequeno poder de penetra��o. Quando atravessam uma camada de ar, perdem rapidamente energia pela colis�o com as mol�culas do ar, sendo, por este motivo, retidas em poucos cent�metros. A radia��o alfa � interceptada por uma folha de papel ou pela camada de c�lulas mortas da superf�cie da pele. 3.2. Radia��o Beta (β) A radia��o beta � constitu�da por um feixe de part�culas carregadas negativamente (part�culas beta), id�nticas, em propriedade, aos el�trons. A eje��o de uma part�cula beta (massa ≈ 0, carga = -1) converte um n�utron (massa = 1, carga = 0) no n�cleo em pr�ton (massa = 1, carga = +1).
A part�cula beta � cerca de sete mil vezes mais leve que a part�cula alfa, com velocidade que pode chegar a 95% da velocidade da luz, da� possuindo maior poder de penetra��o. Ela atravessa uma forma de papel, por�m � interceptada por uma fina placa de chumbo. A radia��o beta atravessa a camada superficial da pele, podendo causar queimaduras, por�m sem chegar a atingir �rg�os internos. 3.3. Radia��o Gama (γ) Consisteem f�tons de alta energia, de comprimento de onda muito curto (γ = 0,0005 a 1,0 mm). A emiss�o de radia��o gama acompanha a maioria dos processos radioativos. Um n�cleo excitado, resultante de uma emiss�o alfa ou beta, libera um f�ton (ondas eletromagn�ticas) e passa para um n�vel de energia mais baixo e mais est�vel. Por causa de sua grande energia e, praticamente, aus�ncia de massa, tem alto poder de penetra��o. Atravessa facilmente a folha de papel, a placa de chumbo e at� uma chapa de a�o. S� uma parede de chumbo ou um enorme bloco de concreto s�o capazes de det�-la. A radioatividade gama passa facilmente atrav�s do corpo humano, causando danos irrepar�veis �s c�lulas. Entretanto, quando convenientemente dosadas, as radia��es gama podem ser utilizadas para tratar algumas esp�cies de c�ncer, pois destroem as c�lulas cancerosas.
A figura acima mostra uma bomba de Cobalto: as radia��es do Cobalto-60, usadas cuidadosamente, bloqueiam o crescimento das c�lulas cancerosas. Veja o esquema:
As radia��es gama s�o dirigidas atrav�s de um dispositivo para as c�lulas cancerosas, destruindo-as. Resumindo: 4. Leis da Radioatividade A emiss�o de part�culas do n�cleo de um �tomo inst�vel ocorre de acordo com algumas leis b�sicas, que foram formuladas por Ernest Rutherford em 1903, por Kasumir Fajans, professor de f�sico-qu�mica da Universidade de Munique, e por Frederick Soddy, professor em Oxford. 4.1. 1a Lei da Radioatividade (Soddy) Quando um �tomo emite uma part�cula alfa Genericamente temos:
Exemplo: 4.2. 2a Lei da Radioatividade (Fajans) Quando um �tomo emite part�culas beta Genericamente temos:
Exemplo 4.3. Hip�tese de Fermi Enrico Fermi, um f�sico italiano, lan�ou a seguinte hip�tese para explicar a emiss�o de part�culas �A part�cula O pr�ton fica no n�cleo e, como a massa do pr�ton � praticamente igual � massa do n�utron, a massa total do �tomo n�o se altera. A part�cula
Na figura ao lado, representa-se toda a s�rie de decaimento radioativo do Ur�nio-238. Cada emiss�o ALFA corresponde a uma diminui��o de 4 unidades no n�mero de massa at�mica e de 2 unidades no n�mero at�mico, pois a part�cula alfa � o 4He2+. Uma emiss�o BETA n�o provoca altera��o no n�mero de massa, uma vez que um n�utron se transforma em um pr�ton: com um consequente aumento do n�mero at�mico. O processo culmina com a emiss�o de el�trons - as part�culas beta. 5. Cin�tica das Radia��es A radioatividade � um fen�meno estat�stico. Isso significa que n�o � poss�vel prever quanto tempo um determinado �tomo levar� para se desintegrar emitindo part�culas Per�odo de Semidesintegra��o ou Meia-vida (p ou t1/2) � o tempo necess�rio para que metade do n�mero de �tomos de determinada subst�ncia radioativa se desintegre. Exemplo
Outros exemplos Radiois�topos Considere uma amostra de subst�ncia radioativa qualquer, tendo N0 �tomos: Podemos observar que, a cada per�odo de meia-vida (P) que se passa, o n�mero de �tomos radioativos na amostra diminui pela metade. Conclu�mos, ent�o, que, ap�s x per�odos de meia-vida, o n�mero de �tomos radioativos que resta na amostra (n) pode ser calculado pela rela��o:
onde: n = n�mero de �tomos final (restantes) n0 = n�mero de �tomos inicial X = n�mero de per�odos de meia-vida que se passou. O tempo (t) necess�rio para que dos n0 �tomos radioativos iniciais restem apenas n pode ser calculado pelo produto:
Sendo o n�meros de �tomos (n) diretamente proporcional � massa (m) de �tomos na amostra, vale ainda a rela��o: onde: m = massa de �tomos final (restantes) m0 = massa de �tomos inicial X = n�mero de per�odos de meia-vida que se passou Graficamente, podemos representar o processo de decaimento radioativo atrav�s da curva exponencial de decaimento:
6. Transmuta��o Artificial A transmuta��o, velho sonho dos alquimistas, consiste em transformar um elemento em outro. A primeira transmuta��o artificial foi realizada em 1919 por Rutherford, que colocou uma amostra de um material radioativo (pol�nio) em um frasco contendo nitrog�nio. Ap�s um certo tempo, verificou que o frasco continha oxig�nio e n�o mais nitrog�nio. Ent�o, concluiu que o nitrog�nio transformara-se em oxig�nio.
O pol�nio emite part�culas alfa, as quais bombardeiam os n�cleos de nitrog�nio transformando-os em n�cleos de oxig�nio. Assim:
As part�culas s�o hoje aceleradas em grandes aceleradores, como o ciclotron, o betatron e outros. Em 1932, o cientista James Chadwick descobriu o n�utron atrav�s do bombardeamento do is�topo 9 do ber�lio com part�culas alfa.
Em 1934, Irene Joliot-Curie, filha do casal Curie, conseguiu transformar n�cleos de alum�nio em n�cleos de f�sforos, tamb�m atrav�s de bombardeamento com part�culas alfa.
Atualmente, realiza-se um grande n�mero de rea��es nucleares bombardeando n�cleos por n�cleos mais leves,
por part�culas alfa, por n�utrons, por n�cleos de deut�rio Com o desenvolvimento da f�sica nuclear, criaram-se em laborat�rio novos elementos gra�as �s rea��es nucleares. � o caso do Tc (Z = 43), Pm (Z = 61), At (Z = 85), Fr (Z = 87) e de todos com n�mero at�mico acima de 92. Al�m disso, provocando bombardeamento de n�cleos leves com
A seguir, damos alguns exemplos de rea��es de transmuta��o artificial.
7. Energia Nuclear A
preocupa��o do homem, principalmente nesta segunda metade do s�culo XX, tem sido a obten��o de energia. Todos n�s sabemos da enorme quantidade de energia que pode ser obtida de um processo nuclear. De onde esta prov�m? A resposta � dada pela equa��o de Einsten Essa energia nuclear t�o poderosa pode ser obtida atrav�s das rea��es de fiss�o e fus�o. 7.1. Fiss�o Nuclear Em 1934, Enrico Fermi bombardeou �tomos de ur�nio com n�utrons. A princ�pio, ele desconfiou da forma��o de elementos com n�mero at�mico maior que 92 (elementos transur�nicos). Em 1938, Otto Hahn Strassmann, repetindo a mesma experi�ncia, constatou a exist�ncia do b�rio entre os produtos obtidos. Estranho, pois o b�rio, tendo n�mero at�mico 56, � um �tomo com n�mero at�mico menor que 92 (elemento cisur�nico). No mesmo ano, Meitner e Frisch explicaram o fen�meno admitindo a quebra ou fiss�o, ou desintegra��o do �tomo de ur�nio.
Equacionado o processo temos: Saiba Mais sobre... Bomba At�mica
O processo de fiss�o nuclear foi utilizado por um grupo de cientistas, liderados por J. Robert Oppenheimer, em Los �lamos (Novo M�xico), na fabrica��o da bomba at�mica (Bomba A), que foi detonada em 16 de julho de 1945, no campo experimental do Novo M�xico (EUA), e militarmente usada no fim da Segunda Guerra Mundial contra as cidades japonesas de Hiroshima (Bomba A de ur�nio-235 em 6/8/45) e de Nagasaki (Bomba A de plut�nio-238 em 9/8/45). Como funciona a Bomba �A� No processo de fiss�o ocorre uma rea��o em cadeia. Teoricamente, bastaria apenas um n�utron para iniciar o processo, mas na pr�tica exige-se uma massa m�nima para que isto ocorra. Essa massa m�nima, acima da qual haver� detona��o com rea��o em cadeia, � denominada massa cr�tica. Para o ur�nio-235, essa massa vale cerca de 40 kg.
Observe a anima��o:
Como a Bomba �A� Mata A Bomba �A�, lan�ada em Hiroshima, em 6/8/45, era carregada com ur�nio-235, com uma pot�ncia de 20 quilotons, isto �, correspondente � carga de 20 000 toneladas de TNT (dinamite). A bomba foi lan�ada a mais de mil metros de altitude, e a explos�o teve in�cio no momento em que duas massas subcr�ticas foram postas em contato atrav�s de um explosivo comum, iniciando a rea��o em cadeia. Nesse instante, a bomba � uma massa gasosa com temperatura da ordem de milh�es de graus.
Imediatamente depois (0,0001 segundos), a massa gasosa se expandiu e emitiu elevadas quantidades de raio X e raios ultravioleta. Essa emiss�o de radia��o eletromagn�tica foi absorvida pelo ar e provocou uma luminosidade t�o intensa que poderia cegar as pessoas que a encarassem.
Uma vez absorvida a radia��o, a massa detonou e o ar em redor dela formou uma bola de fogo que, ao expandir-se, destruiu todos os materiais inflam�veis e provocou queimaduras de primeiro, segundo e terceiro graus. O brilho luminoso podia destruir a retina.
S� agora, cerca de 6 segundos ap�s a primeira fiss�o, a onda de choque atinge o solo iniciando a devasta��o mec�nica.
A onda de choque se propagou rapidamente, seguida de deslocamento de ar provocado pela esfera de fogo. O fen�meno equivale a um furac�o com ventos de 200 a 400 km/h.
Dois minutos depois da explos�o, a esfera de fogo j� estava completamente transformada em cogumelo que iria atingir a estratosfera. Os ventos que a� ocorrem disparam part�culas pela atmosfera.
Fotografias de Hiroshima e Nagasaki obtidas algumas horas ap�s as explos�es. Os fot�grafos tamb�m foram v�timas da radia��o Aprecipita��o radioativa pode prolongar-se por muitos anos e cair sobre qualquer ponto da Terra. Basicamente, este � o momento pelo qual ecologistas de todo o mundo e particularmente da Europa, se op�em � constru��o de usinas nucleares, pois as rea��es que ocorrem no reator nuclear s�o as mesmas verificadas durante a explos�o da bomba at�mica.
Saiba Mais Como Funciona.... BOMBA DE N�UTRONS
A preocupa��o em uma guerra n�o � apenas conquistar o territ�rio inimigo a qualquer custo, mas proteger as tropas aliadas e manter as edifica��es e as armas dos inimigos para que sejam utilizadas posteriormente pelo exercito conquistador ou defensor. A bomba de n�utron faz muito bem seu dever de casa quando se fala em eliminar, quer dizer, imobilizar o inimigo e preservar os pr�dios, casas, etc. sendo poss�vel a utiliza��o posterior destes. Ent�o, como funciona a bomba de n�utron, como ela consegue isso? Bom, a bomba de n�utron � uma bomba nuclear, melhor dizendo, termonuclear, que ap�s uma rea��o de fus�o entre os elementos que comp�em a bomba os n�utrons n�o s�o absorvidos pela rea��o, o que permite que eles escapem com uma alta energia, bem como os raios-X que tamb�m s�o gerado nessa fus�o nuclear.
O n�utron, em alt�ssima energia gerada pela rea��o nuclear, � mais penetrante que outros tipos de radia��o, como a radia��o gama, ent�o ela penetra em locais onde possa existir blindagem contra radia��es. A bomba de n�utron s� tem a��o sobre organismos vivos, o que d�o as vantagens citadas acima para o exercito que a tem. Da� voc� me pergunta: Como assim ela s� tem a��o em organismos vivos? Como ela sabe o que � vivo e n�o �? Bom, os n�utrons n�o sabem o que � vivo ou n�o, o que acontece � que eles atingem a n�vel celular, ou seja, eles matam as c�lulas, e s� t�m c�lula os organismos vivos. Por exemplo, se uma bomba for lan�ada sobre Bras�lia, todos os pr�dios, carros, o Congresso, a Granja do Torto, permanecer�o intactos. Por�m, todas as pessoas, plantas e animais que l� estiverem, morrer�o. Permaneceria intacta, de igual modo, a estrutura do corpo humano que for atingido pelos n�utrons. As pessoas n�o se desintegrariam ou virariam p� (como alguns poderiam imaginar)(com exce��o daquelas que estiverem no epicentro da bomba), o individuo morreria porque todas as suas c�lulas estariam mortas, mas o seu corpo permaneceria intacto assim como as edifica��es do local. A radia��o dos n�utrons s�o dispersos, isto �, perde sua for�a, em um raio de 1,7km e desaparecem rapidamente. O conceito da bomba de n�utron desenvolvido criado em 1958 por Samuel Cohen e testado em 1963, contra a vontade do presidente Kennedy. Em 1978 seu desenvolvimento foi adiado pelo presidente Jimmy Carter mas foi retomado em 1981 pelo presidente Ronald Reagan.
REATOR NUCLEAR O reator nuclear do tipo PLUR (Pressurized Water Reactor) � um sistema em que a rea��o de fiss�o em cadeia � mantida sob controle e a energia liberada na fiss�o � usada como fonte de calor para ferver �gua, cujo vapor aciona uma turbina geradora que produz eletricidade como uma m�quina t�rmica convencional. Tem-se, ent�o, uma usina n�cleo-el�trica, onde a fornalha convencional � substitu�da pelos n�cleos em fiss�o.� o que chamamos de usina termonuclear.
As usinas termonucleares s�o utilizadas h� v�rios anos em muitos pa�ses. No Brasil, a Central Nuclear de Angra dos Reis emprega a fiss�o de ur�nio.
1 g de madeira → 0,0018 kWh → energia para iluminar 1 l�mpada de 100 W, durante 1 min.
1 g de carv�o → 0,0037 kWh → energia para iluminar 2 l�mpadas de 100 W, durante 1 min.
1 g de 235U → 150 000 kWh → energia para iluminar uma cidade de 500 000 habitantes durante 1 hora. Vis�o seccional de uma usina nuclear tipo PWR
Reator nuclear (esquem�tico) Usina Nuclear Brasileira A Usina Nuclear de Angra dos Reis est� localizada na praia de Itacuna, munic�pio de Angra dos Reis (RJ), a 130 km do Rio de Janeiro, 220 km de S�o Paulo e 350 km de Belo Horizonte. Esta localiza��o atende a tr�s requisitos fundamentais: � Existe �gua fria em abund�ncia por estar a usina � beira-mar; � Possibilita o transporte de pe�as extremamente pesadas; � Atende aos principais centros de consumo de energia el�trica da regi�o Sudeste, j� interligados por um sistema de transmiss�o confi�vel. Lixo At�mico Um dos maiores problemas de uso de reatores nucleares, descartando a constante possibilidade de um acidente, s�o os produtos residuais radioativos, ou chamado lixo at�mico, produzido em grande escala. Quando o ur�nio-235 est� sobre fiss�o nuclear, ele desaparece, surgindo em seu lugar �tomos radioativos de Ba e Kr. Os �tomos de ur�nio-238, que absorvem n�utrons, tamb�m se transformam a partir de sucessivas emiss�es. Todo esse material � altamente radioativo e perigoso, constituindo-se num lixo inc�modo. Anualmente, 1/3 do combust�vel � substitu�do. Se esses res�duos forem enterrados e se infiltrarem nos dep�sitos subterr�neos de �gua, ou ent�o, se forem jogados ao mar em tambores que venham a sofrer corros�o ao longo dos anos, liberando seu conte�do, os resultados ser�o desastrosos. Alguns fragmentos radioativos desse lixo esgotam a sua atividade em pouco tempo. Outros demoram meses ou anos, enquanto poucos, como o C�sio-137 e o Estr�ncio-90, levam 600 anos para atingir um estado est�vel. No processo de transmuta��o do reator nuclear surge o plut�nio-239, material que, al�m de t�xico, � apropriado para uso explosivos em bombas at�micas. Politicamente, uma usina nuclear torna-se estrat�gica porque, em alguns anos, haver� suficiente plut�nio para fazer uma bomba at�mica. O Acidente de Chernobyl
Apesar de toda a repercurs�o negativa, o acidente em Chernobyl matou menos de 30 pessoas, no total. A usina continha funcionando. Uma das conseq��ncias ligada ao uso de reatores nucleares ocorreu em abril de 1986, na usina nuclear de Chernobyl, na Ucr�nia (ex-URSS). Ocorreu falha no controle da temperatura interna do reator, superaquecendo a �gua do reator, rompendo a blindagem e lan�ando material radioativo na atmosfera, formando uma nuvem radioativa, observada pelos pa�ses vizinhos. No interior da usina, o processo de fiss�o cont�nuo foi aumentando cada vez mais a temperatura e derretendo o piso. O reator come�ou a descer devido � a��o do pr�prio peso. Os t�cnicos conseguiram introduzir uma grossa camada de concreto abaixo do n�vel em que se encontrava o reator, impedindo que ele atingisse os len��is subterr�neos de �gua, o que seria desastroso em termos de espalhamento de lixo radioativo. A usina foi recoberta com v�rias toneladas de concreto. Debaixo dessa capa protetora, a fiss�o do material l� existente continuar� por muitos anos.
7.2. Fus�o Nuclear Consiste na s�ntese (reuni�o) de n�cleos, dando origem a um n�cleo maior e mais est�vel, e na emiss�o de grande quantidade de energia. S�o necess�rias altas temperaturas para que ocorra a fus�o nuclear.
Esse processo � o que ocorre no Sol, onde n�cleos de hidrog�nio leve (pr�tio) se fundem, formando n�cleos de h�lio com libera��o de alta quantidade de energia.
Essa rea��o que ocorre no Sol n�o pode ser realizada artificialmente, pois exige uma temperatura elevad�ssima, da ordem de 10 milh�es de graus Celsius. Entretanto, em 1952, os cientistas conseguiram realizar a fus�o-controlada, envolvendo n�o s� pr�tio, mas tamb�m deut�rio, tr�tio e at� mesmo n�cleos de h�lio.
Cientistas prev�em a constru��o de reatores de fus�o com muitas vantagens sobre os reatores de fiss�o. As principais vantagens de um reator de fus�o seriam sua economia e a virtual aus�ncia de detritos radioativos e, portanto, n�o-poluentes. O maior problema que se encontra neste tipo de reator est�, n�o somente em se reproduzirem as temperaturas necess�rias � fus�o, mas tamb�m em se conseguir um meio que suporte tais temperaturas. Saiba mais sobre.... 8. Aplica��es de alguns radiois�topos A fiss�o nuclear n�o � usada apenas para artefatos nucleares ou reatores nucleares, produtores de energia el�trica. Atrav�s da fiss�o nuclear, podemos obter importantes is�topos radioativos, denominados radiois�topos, que apresentam muitas aplica��es pac�ficas no mundo moderno, como mostram as tabelas abaixo.
Na ind�stria, os is�topos radioativos s�o usados no controle de qualidade de chapas de metal e de outros materiais. Na medicina, os radiois�topos s�o empregados no diagn�stico e no tratamento de uma s�rie de mol�stias. Na agricultura, eles s�o usados para estudar o grau de absor��o de fertilizantes, na obten��o de cereais mais resistentes e na destrui��o de insetos e fungos. A idade dos f�sseis e da Terra pode tamb�m ser determinada atrav�s do estudo das radia��es. 9. M�todo da Data��o com Carbono-14 Este m�todo � usado para determinar a idade de plantas e animais f�sseis, de m�mias, etc. e se baseia no processo a seguir descrito. O is�topo carbono-14 forma-se a partir do 14N, pela a��o dos raios c�smicos que v�m do espa�o sideral, atravessam a atmosfera e arrancam n�utrons do ar. Estes, ao penetrarem na atmosfera, incidem sobre n�cleos de nitrog�nio, transformando-os em 14C radioativo, cuja meia-vida � de 5 600 anos.
O carbono reage com o oxig�nio do ar, formando g�s carb�nico
Deste modo, medindo a radioatividade residual do f�ssil, devemos calcular a sua idade. A grande dificuldade est� no fato de essa radioatividade ser muito fraca. S�o necess�rios, pois, contadores de grande propor��o e, ainda por cima, isolados da influ�ncia de raios c�smicos e de seus subprodutos que chegam com freq��ncia � superf�cie da Terra. Com outras precau��es, podemos efetuar data��es de at� 40 000 anos, com erros da ordem de 200 anos. Assim que um organismo morre, ele p�ra de absorver novos �tomos de carbono. A rela��o de carbono 12 por carbono 14 no momento da morte � a mesma que nos outros organismos vivos, mas o carbono 14 continua a decair e n�o � mais reposto. Numa amostra a meia-vida do carbono 14 � de 5.600 anos, enquanto a quantidade de carbono 12, por outro lado, permanece constante. Ao olhar a rela��o entre carbono 12 e carbono 14 na amostra e compar�-la com a rela��o em um ser vivo, � poss�vel determinar a idade de algo que viveu em tempos passados de forma bastante precisa. Uma f�rmula usada para calcular a idade de uma amostra usando a data��o por carbono 14 �: t = [ ln (Nf/No) / (-0,693) ] x t1/2em que In � o logaritmo neperiano, Nf/No � a porcentagem de carbono 14 na amostra comparada com a quantidade em tecidos vivos e t1/2 � a meia-vida do carbono 14 (5.600 anos). Por isso, se voc� tivesse um f�ssil com 10% de carbono 14 em compara��o com uma amostra viva, o f�ssil teria: t = [ln (0,10)/(-0,693)] x 5.700 anost = [(-2,303)/(-0,693)] x 5.700 anos t = [3,323] x 5.700 anos t = 18.940 anos de idade Como a meia-vida do carbono 14 � de 5.700 anos, ela s� � confi�vel para datar objetos de at� 60 mil anos. No entanto, o princ�pio usado na data��o por carbono 14 tamb�m se aplica a outros is�topos. O pot�ssio 40 � outro elemento radioativo encontrado naturalmente em seu corpo e tem meia-vida de 1,3 bilh�o de anos. Al�m dele, outros radiois�topos �teis para a data��o radioativa incluem o ur�nio 235 (meia-vida = 704 milh�es de anos), ur�nio 238 (meia-vida = 4,5 bilh�es de anos), t�rio 232 (meia-vida = 14 bilh�es de anos) e o rub�dio 87 (meia-vida = 49 bilh�es de anos). O uso de radiois�topos diferentes permite que a data��o de amostras biol�gicas e geol�gicas seja feita com um alto grau de precis�o. No entanto, a data��o por radiois�topos pode n�o funcionar t�o bem no futuro. Qualquer coisa que tenha morrido ap�s os anos 40, quando bombas nucleares, reatores nucleares e testes nucleares em c�u aberto come�aram a causar mudan�as, ser� mais dif�cil de se datar com precis�o. Resumindo temos: Com este tipo de data��o, podemos fazer gr�ficos da hist�ria e da pr�-hist�ria como o esquema abaixo.
Foram
experimentos de data��o com 14C que estimaram a idade do peda�o de tecido 10. A Idade da Terra Para estimar a idade da Terra, tomam-se duas amostras de min�rio de ur�nio: uma formada recentemente e outra presumivelmente datada da �poca de forma��o da Terra. A compara��o entre as quantidades de ur�nio e de chumbo presentes nas amostras permite avaliar a idade do planeta. Para tanto, sup�e-se que o chumbo presente nesses min�rios provenha do is�topo do ur�nio-238.
Cada �tomo de Saiba Mais Como funciona..... O Contador de Geiger
O contador Geiger (ou contador Geiger-M�ller ou contador G-M) serve para medir certas radia��es ionizantes (part�culas alfa, beta ou radia��o gama e raios-X, mas n�o os n�utrons). Este instrumento de medida, cujo princ�pio foi imaginado por volta de 1913 por Hans Geiger, foi aperfei�oado por Geiger e Walther M�ller em 1928. O contador Geiger � constitu�do de um tubo Geiger-M�ller e de um sistema de amplifica��o e de registro do sinal. O tubo Geiger-M�ller, uma c�mara met�lica cil�ndrica no eixo da qual � tendido um fino fio met�lico, � enchido por um g�s a baixa press�o. Uma tens�o el�trica de ordem de 1000 volts � estabelecida entre o cilindro (que tem papel de c�todo) e o fio (�nodo). Quando uma radia��o ionizante penetra no contador, ela ioniza o g�s, isto �, faz com que el�trons sejam liberados. Esses el�trons se multiplicam rapidamente por avalanche eletr�nica, tornando o g�s condutor durante um curto tempo (fen�meno de descarga el�trica). Ap�s amplifica��o, o sinal el�trico assim produzido � registrado e traduzido para uma indica��o visual (agulha, l�mpada) ou sonoro. A Medicina Nuclear
Voc� provavelmente j� viu, seja em hospitais ou em seriados m�dicos na TV, pacientes submetendo-se a radioterapia para c�ncer, e m�dicos requisitando tomografias computadorizadas para diagn�sticos em seus pacientes. Essas s�o partes de uma especialidade m�dica chamada medicina nuclear. A medicina nuclear usa subst�ncias radioativas para obter imagens do corpo humano e tratar doen�as. Tanto a fisiologia como a anatomia do organismo s�o consideradas para estabelecer o diagn�stico e o tratamento. Neste artigo, explicaremos algumas das t�cnicas e termos usados em medicina nuclear. Voc� aprender� como a radia��o auxilia os m�dicos a ver o interior do corpo humano.
Tipos de radia��o comumente empregados na medicina
Diagn�stico por imagens na medicina nuclearComo nosso corpo n�o � transparente, olhar para seu interior geralmente constitui um processo doloroso. No passado, a cirurgia explorat�ria era uma forma comum de examinar o interior do organismo, mas os m�dicos modernos t�m � disposi��o uma enorme variedade de t�cnicas n�o invasivas. Alguns desses m�todos incluem os raios X, resson�ncia magn�tica, tomografia computadorizada, ultra-som e assim por diante. Cada uma dessas t�cnicas t�m vantagens e desvantagens que as torna �teis para diferentes condi��es cl�nicas e diferentes partes do organismo. As t�cnicas de diagn�stico com imagens na medicina nuclear proporcionam aos m�dicos uma alternativa para investigar o nosso corpo. Elas combinam o uso de computadores, detectores, e subst�ncias radioativas. Entre essas t�cnicas est�o: Todos esses m�todos usam diferentes propriedades de elementos radioativos para criar uma imagem. Veja como funciona a radioatividade para obter informa��es mais completas. O diagn�stico por imagens em medicina nuclear � �til na detec��o de: O uso de um teste espec�fico, ou de uma combina��o deles, depender� dos sintomas do paciente e da doen�a a ser diagnosticada.Radiografia de raios-X
Os raios passam atrav�s do corpo, mas s�o absorvidos mais nas regi�es mais densas, como, por exemplo, nos ossos. A radia��o, ent�o, incide e impressiona uma chapa fotogr�fica: o filme fica escuro e opaco nas regi�es atingidas pelos raios-X. Os �rg�os que absorvem a radia��o (e.g., ossos) protegem �reas correspondentes, no filme, contra e exposi��o. Com facilidade, pode-se perceber anomalias nos ossos (fraturas, descalcifica��o) ou nas juntas. Mesmo tecidos pouco densos podem ser visualisados por esta t�cnica, desde que com a introdu��o pr�via de um contraste - qualquer material que absorva raios-X. Um dos contrastes mais utilizados � um sal de b�rio, que serve para contrastar regi�es do trato digestivo. O paciente ingere um "leite de b�rio", que � uma solu��o aquosa do sal, antes de fazer o exame. Tomografia por emiss�o de p�sitrons (PET)A PET produz imagens do organismo pela detec��o da radia��o emitida por subst�ncias radioativas. Essas subst�ncias s�o injetadas no corpo, sendo normalmente marcadas com um �tomo radioativo, como carbono-11, fl�or-18, oxig�nio-15, ou nitrog�nio-13, que t�m um tempo de decaimento curto. Esses �tomos radioativos s�o formados bombardeando subst�ncias qu�micas normais com n�utrons, para criar is�topos radioativos de meia vida curta. A PET detecta os raios gama emitidos no local onde um p�sitron, emitido da subst�ncia radioativa, colide com um el�tron no tecido (Figura 1). Figura 1 Em uma varredura PET, uma subst�ncia radioativa � injetada no paciente, e este � colocado sobre uma mesa plana que se move gradualmente atrav�s de uma cobertura em forma de anel. Esta cobertura cont�m um arranjo circular de detectores de raios gama (Figura 2), que possui uma s�rie de cristais de cintila��o, cada um conectado a um tubo fotomultiplicador. Os cristais convertem os raios gama emitidos do paciente em f�tons de luz, e os tubos fotomultiplicadores convertem os f�tons em sinais el�tricos e os amplificam. Estes sinais el�tricos s�o ent�o processados pelo computador para gerar imagens. A mesa � ent�o movida, e o processo � repetido, resultando em uma s�rie de imagens de finas fatias do corpo na regi�o de interesse (por exemplo, c�rebro, seios, f�gado). Essas imagens de fatias podem ser montadas em uma representa��o tridimensional do corpo do paciente. A PET mostra imagens da corrente sang��nea ou outras fun��es bioqu�micas, dependendo do tipo de mol�cula que � radioativamente marcada. Por exemplo, a PET pode exibir imagens do metabolismo da glicose no c�rebro, ou altera��es r�pidas da atividade de v�rias partes do corpo. Entretanto, existem poucas cl�nicas com PET no pa�s porque elas precisam estar pr�ximas a um acelerador de part�culas que produza os radiois�topos de meia vida curta usados nessa t�cnica. Tomografia computadorizada por emiss�o de f�ton �nico (SPECT)
A figura acima, por exemplo, � o resultado de uma an�lise de SPECT do cora��o, mostrando o dinamismo de seus movimentos, a s�stole e a di�stole. Para a leitura, � necess�rio a admiss�o pr�via de compostos radioativos emissores de p�sitrons - tal como o carbono-11. Este is�topo produz um p�sitron por �tomo, no decaimento. Um p�sitron pode se combinar com um el�tron (presente na mat�ria ordin�ria) e formar dois f�tons, sob a forma de raios gama, que assumem dire��es completamente opostas.
+1e + -1e SPECT � uma t�cnica similar � PET. Mas as subst�ncias radioativas usadas na SPECT (xen�nio-133, tecn�cio-99, iodo-123) possuem tempos de decaimento mais longos, e emitem raios gama simples ao inv�s de duplos. A SPECT pode fornecer informa��es acerca da circula��o sangu�nea e da distribui��o de subst�ncias radioativas no organismo. Suas imagens s�o menos sens�veis e detalhadas, mas a t�cnica de SPECT � menos cara que a PET. Al�m disso, os centros com SPECT s�o mais acess�veis, porque n�o necessitam estar pr�ximos a um acelerador de part�culas. Imagem cardiovascularImagem cardiovascular � uma t�cnica que usa subst�ncias radioativas para mapear a passagem do sangue atrav�s do cora��o e dos vasos sangu�neos. Um exemplo da t�cnica de imagem cardiovascular � o teste de estresse com t�lio, no qual o paciente recebe uma inje��o do composto de t�lio radioativo, exercita-se em uma esteira mec�nica e � filmado com uma c�mera de raios gama. Depois de um per�odo de descanso, o estudo � repetido sem o exerc�cio. As imagens geradas antes e depois do exerc�cio s�o comparadas e revelam mudan�as no fluxo sang��neo do cora��o em atividade. Estas t�cnicas s�o �teis para detectar art�rias ou vasos capilares obstru�dos no cora��o e outros tecidos. Varredura �sseaVarredura �ssea detecta a radia��o emitida por uma subst�ncia radioativa (metilenodifosfonato marcado com tecn�cio) que, quando injetado no organismo, acumula-se no tecido �sseo, j� que esse tipo de tecido � um bom acumulador de compostos de f�sforo. A subst�ncia se acumula em �reas de alta atividade metab�lica, e a imagem produzida mostra os "pontos brilhantes" de alta atividade e os "pontos escuros" de baixa atividade. A varredura �ssea � vantajosa para detec��o de tumores, que normalmente t�m alta atividade metab�lica. Tratamento usando medicina nuclearAs subst�ncias radioativas injetadas durante os exames com imagem n�o prejudicam o organismo. Os radiois�topos usados na medicina nuclear decaem rapidamente, em quest�o de horas ou at� mesmo minutos, t�m n�veis de radia��o menores que os raios X comuns ou que as tomografias computadorizadas, e s�o eliminados pela urina ou atividade intestinal. Mas algumas c�lulas s�o gravemente afetadas pela radia��o ionizante (alfa, beta, gama e raios X). As c�lulas multiplicam-se em padr�es diferentes e as que se multiplicam mais r�pido s�o mais fortemente afetadas do que as outras c�lulas em raz�o de duas caracter�sticas:
O mecanismo de reparo das c�lulas de multiplica��o r�pida tem menos tempo para detectar e consertar problemas com o DNA antes que a c�lula se divida, de forma que � mais prov�vel que elas se auto-destruam quando corrompidas por radia��o nuclear. J� que muitas formas de c�ncer s�o caracterizadas pela r�pida multiplica��o de c�lulas, elas podem ser tratadas com radioterapia. Geralmente s�o colocados cabos ou ampolas radioativas na regi�o do tumor. Para tumores profundos ou situados em locais inoper�veis, s�o utilizados raios X de alta intensidade, focalizados sobre o tumor. O problema com este tipo de tratamento � que as c�lulas normais que se reproduzem rapidamente podem ser tamb�m afetadas. C�lulas de cabelo, c�lulas que revestem o est�mago e intestinos, c�lulas da pele e sang��neas, todas reproduzem-se rapidamente, podendo ser fortemente afetadas pela radia��o. Isso ajuda a explicar por que as pessoas submetidas a essa terapia freq�entemente sofrem queda de cabelo e n�useas. Os materiais nucleares tamb�m podem ser usados para criar tra�adores radioativos, que podem ser injetados na corrente sang��nea. Um certo tipo de tra�ador trafega pelo sangue, permitindo que a estrutura dos vasos sang��neos possa ser observada. Esse m�todo de observa��o permite que co�gulos e outras anormalidades do sangue possam ser facilmente detectadas. Al�m disso, certos �rg�os concentram diferentes tipos de subst�ncias qu�micas: a gl�ndula tire�ide acumula iodo, assim, a inje��o de iodo radioativo na corrente sang��nea poder� revelar certos tumores da tir�ide. Da mesma forma, como os tumores cancer�genos acumulam fosfatos, podem ser descobertos com a introdu��o do is�topo de f�sforo-32 radioativo na circula��o sang��nea, j� que este cont�m maior radioatividade. Como funciona a Resson�ncia Nuclear Magn�tica Funcional (RNMf)Vis�o geral de um aparelho de resson�ncia magn�tica A tecnologia m�dica evoluiu tanto nos �ltimos anos que, hoje, os exames por imagem conseguem cortar o corpo em fatias extremamente finas obtendo imagens e criando modelos tridimensionais de �rg�os e tecidos para descobrir anormalidades e diagnosticar doen�as. Entretanto, um tipo relativamente novo de exame chamado resson�ncia nuclear magn�tica funcional (RNMf) leva a tecnologia um passo al�m. Ele n�o apenas consegue ajudar a diagnosticar doen�as cerebrais, como tamb�m permite que os m�dicos entrem em nossos processos mentais para determinar o que estamos pensando e sentindo. A RNMf ainda pode ser capaz de detectar se estamos falando a verdade. O exame se baseia na mesma tecnologia da resson�ncia nuclear magn�tica (RNM) - um teste n�o-invasivo que utiliza um forte campo magn�tico e ondas de r�dio para criar imagens detalhadas do corpo. Mas em vez disso, a RNMf analisa o fluxo sangu�neo no c�rebro para detectar as �reas de atividade. Essas mudan�as no fluxo, que s�o capturadas em um computador, ajudam os m�dicos a compreender melhor a forma como o c�rebro funciona. O conceito por tr�s de RNM existe desde o in�cio do s�culo 20. E no in�cio da d�cada de 30, Isidor Isaac Rabi, f�sico da Universidade de Columbia, fez experimentos com as propriedades magn�ticas dos �tomos. Ele descobriu que um campo magn�tico associado a ondas de r�dio fazia com que os n�cleos dos �tomos "se movessem", uma propriedade conhecida hoje como resson�ncia magn�tica. Em 1944, Rabi ganhou o Pr�mio Nobel de F�sica por seu trabalho pioneiro. Na d�cada de 70, Paul Lauterbur, professor de qu�mica da Universidade Estadual de Nova Iorque, e Peter Mansfield, professor de f�sica da Universidade de Nottingham, na Inglaterra, usaram individualmente a resson�ncia magn�tica como base para o desenvolvimento de uma nova t�cnica diagn�stica chamada de resson�ncia nuclear magn�tica. O primeiro scanner de RNM comercial foi produzido em 1980. Ent�o, no in�cio da d�cada de 90, o f�sico Seiji Ogawa - que estava trabalhando na Bell Laboratories, em Nova Jersey - descobriu, enquanto realizava estudos com animais, que a hemoglobina pobre em oxig�nio (a mol�cula no sangue que conduz o oxig�nio) era afetada por um campo magn�tico de forma diferente da hemoglobina rica em oxig�nio. O f�sico percebeu que podia usar esses contrastes na quantidade de oxig�nio do sangue para mapear as imagens da atividade cerebral em um exame normal de RNM. A ideia b�sica por tr�s da descoberta de Ogawa foi proposta mais de meio s�culo antes pelo qu�mico Linus Pauling. Na d�cada de 30, Pauling descobriu que a rea��o do sangue rico em oxig�nio e do sangue pobre em oxig�nio � for�a de um campo magn�tico era diferente em at� 20%. Na RNMf, a localiza��o dessas diferen�as permite que os cientistas determinem as partes do c�rebro que est�o sendo irrigadas por sangue e por isso s�o mais ativas. Home | Evolu��o At�mica | Descoberta do N�utron | N�meros Qu�nticos | Radioatividade Este site foi atualizado em 09/07/10 O que acontece quando o átomo emite uma partícula alfa?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 de +2e, e seu número atômico diminui de duas unidades.
O que ocorre durante a emissão de uma partícula alfa por um radioisótopo?Segundo essa lei, quando um átomo radioativo emite uma radiação do tipo alfa, ele dará origem a um novo átomo com núcleo contendo dois prótons e dois nêutrons a menos, totalizando uma massa quatro unidades menor.
O que acontece quando um átomo radioativo emite partícula alfa e beta?Assim, quando um elemento radioativo emite uma partícula beta, ele se transforma em um isóbaro, isto é, elemento com mesmo número de massa (pois ele perdeu um nêutron, mas ganhou um próton) e com número atômico (número de prótons) maior 1 unidade.
Quando um elemento radioativo emite uma partícula alfa seu número atômico?A primeira lei da radioatividade diz que o átomo que emite uma partícula α transforma-se em outro átomo com número atômico menor em duas unidades e número de massa menor em quatro unidades.
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Quando um átomo radioativo emite uma partícula alfa ele se torna um outro isótopo desse mesmo átomo?
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