Eletromagnetismo: radiação eletromagnética
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RADIAÇÕES NUCLEARES
Como vimos nos textos anteriores, o interior da matéria no
domínio atômico, inacessível ao toque e olhar humano, é percebido e
analisado somente através das radiações eletromagnéticas (luminosas ou
invisíveis), que os átomos emitem, refletem ou absorvem. Da mesma
forma, a descoberta do núcleo atômico e de sua constituição também foi
resultado da detecção e interpretação de radiações, só que nesse caso,
denominadas radiações nucleares, porque são provenientes do interior do
núcleo atômico. Essas radiações foram primeiramente verificadas no final do
século XIX, por Henri Becquerel e o casal Marie e Pierre Curie, e
passaram a ser conhecidas pelo nome genérico de radioatividade. Esses
cientistas observaram que a radioatividade resulta da desintegração natural
dos átomos de alguns elementos químicos mais “pesados” (elevado
número atômico), como o rádio, o urânio e o polônio, os quais emitem
parte de si na forma de partículas, e se transformam em átomos de outros
elementos químicos. Os tipos de radiação nuclear são listados na tabela
abaixo:
Decaimento alfa: Chamamos de decaimento radioativo ao
processo de emissão de radiação nuclear (radioatividade) por um elemento
químico. No caso do decaimento alfa, as partículas emitidas, são
denominadas partículas alfa; trata­se de núcleos de hélio que são ejetados
de dentro do núcleo do átomo radioativo; nesse processo, o átomo
radioativo sofre o processo denominado transmutação, em que seu número
atômico (Z) diminui em duas unidades e o número de massa (A) diminui
em quatro unidades, tranformando­se em outro elemento químico:
Z → Z – 1 A → A – 1 Verifica­se que nesse tipo de decaimento, o alcance das partículas é muito
pequeno, ou seja, as partículas alfa tem um baixo poder de penetração.
Elas podem ser detidas por uma chapa de alumínio de 0,06 mm de
espessura. Ao incidir sobre o corpo humano, são detidas pela camadas de
células mortas da pele, podendo no máximo causar queimaduras.
Decaimento beta: O decaimento beta ocorre quando um
núcleo atômico tem um número insuficiente ou excessivo de nêutrons para
se manter estável. Nesse caso, um nêutron se transforma em próton,
liberando (ejetando) um elétron e um neutrino. O elétron ejetado do núcleo
recebe o nome de partícula beta. Note que nesse caso, o núcleo “ganha”
um próton e por isso é transmutado em um elemento de número atômico
com uma unidade a mais:
Z → Z + 1 A → A
As partículas beta tem medio poder de penetração, cerca de 50 a
100 vezes mais penetrantes do as partículas alfa. São detidas por lâminas
de alumínio com 1 cm de espessura ou por lâminas de chumbo com
espessura maior do que 2 mm. Ao passar por um meio material, a radiação
beta perde energia, ionizando os átomos que encontra no caminho. Ao
incidir sobre o corpo humano, pode penetrar até 2 cm e causar sérios
danos. Decaimento gama: No decaimento gama, um núcleo em um
estado excitado (energizado) decai para um estado de menor energia,
emitindo um fóton muito energético (alta frequência). Ao contrário do que
ocorre nos decaimentos alfa e beta, o núcleo atômico continua a ser o
mesmo, não havendo transmutação. Os raios gama tem alto poder de
penetração, pois possuem comprimentos de ondas muito pequenos.
Atravessam milhares de metros de ar, até 25 cm de madeira ou 15 cm de
aço. São detidos por placas de chumbo com mais de 5 cm de espessura ou
por grossas paredes de concreto. Esse tipo de radiação pode atravessar
completamente o corpo humano causando danos irreparáveis.
DATAÇÃO RADIOATIVA
Um ponto fundamental a respeito dos átomos radioativos é sua
instabilidade, isto é, o fato de que com o tempo eles tendem a se
transformar em átomos de outros elementos químicos devido ao processo
de decaimento radioativo. Por exemplo, no decaimento alfa de um átomo
de urânio­238 (número de massa igual a 238), este se transmuta em um
átomo de tório após a emissão de uma partícula alfa e de energia. Mas
quanto tempo um átomo instável de urânio permanece como tal, antes de
trasmutar em outro? E o tório resultante do decaimento, como é sua “vida”
em relação ao urânio?
Para responder a essas questões existe uma lei geral que descreve
esse tipo de processo, denominada lei do decaimento radioativo. Ela foi
proposta por pelo cientista Ernest Rutherford (veja o link Física Quântica).
Antes de apresentarmos a expressão matemática dessa lei, precisamos
esclarecer o que é meia­vida de um isótopo radioativo:
Meia-vida (símbolo  é o período de tempo necessário para que metade de
uma amostra radioativa se desintegre totalmente.
Com base no conceito de meia­vida, o lei do decaimento
radioativo pode ser expressa através da relação matemática:
X0
X= N
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Na expressão acima, temos:
X: número atual de átomos radioativos
X0: número inicial átomos radioativos
N: número de meias­vidas decorridas
Assim, conhecendo o tempo de meia­vida do isótopo radioativo,
podemos determinar a idade da amostra através da fórmula simples:
t= N× τ
onde o símbolo t representa a idade da amostra (tempo decorrido desde que
a amostra começou a se desintegrar), N indica o número de meias­vidas
decorridas e  é o tempo de meia­vida do elemento (isótopo) radioativo,
que você pode achar na tabela abaixo.
Alternativamente, ao invés de usar primeira fórmula, você pode
obter a relação entre a concentração da amostra (quociente X / X 0 ) e o
número de meias­vidas usando um gráfico como mostrado abaixo. Nesse
gráfico, a concentração da amostra (expressa como porcentagem) é lida no
eixo vertical, e o número de meias vidas é lido no eixo horizontal.