RADIOATIVIDADE E
FÍSICA NUCLEAR
O começo...
1895 – Wilhelm Conrad Roengten descobre a
radiação X
1896 – Antoine Henri Bequerel descobriu que
determinado material emitia radiações espontâneas
– radioatividade natural
Em 1898 o casal Curie descobre o elemento
radioativo Polônio e, em 1903, o Rádio
Algum tempo depois, Ernest Rutherford e Frederic
Soddy
demonstraram
que
ocorre
uma
transmutação de elementos no processo radioativo.
Radiação
Com a utilização de
um campo elétrico,
foram
identificados
três tipos de radiação
emitida por elementos
radioativos: a partícula
, a partícula  e a
radiação .
Partícula alfa
É constituída por 2 prótons e 2 nêutrons (núcleo
de hélio).
Quando um núcleo emite uma partícula alfa, seu
número atômico fica reduzido de duas unidades, e
seu número de massa, de quatro unidades.****
O urânio-238 é um emissor alfa. Com a emissão
de uma partícula alfa, o urânio-238 transforma-se
no elemento tório-234.
Normalmente provocam ionização no meio com o
qual interagem e apresentam baixo poder de
penetração – uma folha de papel pode blindar.
Partícula beta
Pode ser um elétron ou um pósitron (partícula
elementar que possui a mesma massa do elétron,
mas carga elétrica positiva.
No decaimento beta negativo, o número atômico
aumenta de uma unidade e no decaimento beta
positivo, o número atômico diminui de uma
unidade – em ambos os casos o número de massa
não é alterado.
Produz menos ionização que a alfa e poder de
penetração muito maior.
Raios gama
Os raios gama são ondas eletromagnéticas.
Quando um núcleo emite uma radiação
gama, o número atômico e o número de
massa não sofrem alteração
Não possuem massa e são extremamente
energéticos.
Tem alto poder de ionização e são muito
penetrantes.
Raios X
Em 1895, Wilhelm Conrad Roengten, usando um
tubo com vácuo, um filamento incandescente e
alta voltagem, acelerou os elétrons emitidos do
filamento.
Ao atingir a tela do tubo, grande parte da energia
desses elétrons era transformada em energia
térmica, mas uma parte se transformava em
energia radiante.
A radiação emitida, muito mais penetrante do que
a luz, não era percebida pelo olho humano, mas
podia sensibilizar uma chapa fotográfica.
Primeira radiografia, da mão
da esposa de Roentgen, com
seu anel de casamento.
Radiações x saúde
Partículas alfa – em relação ao tecido humano,
sua penetração é de décimos de centímetros, não
constituindo riscos para a saúde. Mas a ingestão
ou a inalação de partículas alfa podem acarretar
sérios problemas à saúde.
Partículas beta – em relação ao tecido humano,
os efeitos se limitam à pele. À semelhança das
partículas alfa, quando ingeridas, as partículas beta
são extremamente perigosas.
Radiações x saúde
Raios X – Permite importantes diagnósticos
médicos. A exposição excessiva aos raios X é
danosa aos tecidos humanos. Pode provocar
lesões, manchas de pele e até câncer.
Raios gama – São muito utilizados no combate ao
câncer, pois podem destruir células com má
formação. A interação dos raios gama com os
tecidos humanos pode provocar mutações
celulares.
Capacidade de penetração
FÍSICA NUCLEAR
FISSÃO E FUSÃO
Como podem os prótons ficar confinados em uma
região tão pequena como é o núcleo do átomo,
sendo que existe uma forte repulsão eletrostática
entre eles?
Os prótons e nêutrons do núcleo do átomo são
ligados por uma energia enorme – força nuclear
forte
Força nuclear forte – força de curtíssimo
alcance, mas que, dentro do seu raio de ação, é
muito mais intensa que a gravitacional e a
eletromagnética.
Quando um nêutron atinge o átomo, a ligação se
rompe, o núcleo se divide em dois, libera radiação
e calor.
Nas reações que envolvem núcleos, as
transformações de massa em energia e vice-versa
estão sempre presentes. Assim, nestas reações, é
de uso fundamental a equação de Einstein
Fissão nuclear
A fissão nuclear é uma reação em que um núcleo,
geralmente pesado, se fragmenta depois de ser
atingido por um nêutron, liberando grande
quantidade de energia.
Na fissão novos nêutrons são liberados e vão
provocar a fissão de outros núcleos; e assim
sucessivamente, estabelecendo uma reação em
cadeia.
A fissão nuclear libera grande quantidade de
energia. Se for descontrolada, a reação será
explosiva; é o que acontece nas bombas atômicas.
Num reator nuclear, a reação em cadeia é
controlada com o uso de barras de substâncias
moderadoras, como, por exemplo, a grafite.
Reator nuclear
Lixo atômico
Depois da fissão nuclear na usina, o que resta são
átomos radioativos de plutônio, iodo, césio e
dezenas de outros elementos.
O plutônio emite radiação alfa que, quando
absorvida pelos ossos humanos, causa câncer em
poucos dias
O plutônio precisa ser armazenado em câmaras de
concreto e chumbo até que pare de oferecer tanto
risco – cerca de 24 000 anos!
Fusão nuclear
A fusão nuclear é uma reação em cadeia em
que núcleos leves se fundem para formar
núcleos mais pesados, ocorrendo grande
liberação de energia.
A energia liberada pelas estrelas provém de
reações de fusões nucleares.
No Sol, o hidrogênio se transforma em hélio
com liberação de energia.
A massa de hélio formada é
menor do que a do
hidrogênio envolvida. A
diferença de massa é
transformada em energia.
A fusão é cerca de 8 vezes
mais energética que a
fissão.
Devido à repulsão eletrostática entre os núcleos de
hidrogênio, são necessárias temperaturas da ordem
de milhões de kelvins para a aproximação dos
núcleos.
Este valor corresponde à temperatura no núcleo
das estrelas, onde a matéria é uma “gás” de íons
positivos e elétrons, chamado de plasma.
A temperatura é tão alta que não existe material
que possa constituir um recipiente capaz de
suportar uma reação envolvendo plasma.
São reatores que conseguem suportar essas
temperaturas mantendo um delgado filete de plasma,
longe das paredes, durante um curto intervalo de tempo
e usando a técnica do confinamento magnético.
Referências
• CARRON e GUIMARÃES, As Faces da Física. Volume
único. 2 ed. São Paulo: Moderna, 2002.
• GASPAR, Alberto. Física. Volume único. São Paulo:
Ática, 2005.
• Superinteressante. Ed. Abril. Edição 241, julho/2007.
• http://cepa.if.usp.br/e-fisica/imagens/moderna
• www.dositech.com.br/nuclear/oqe.htm
• www.eletronuclear.gov.br/tecnologia/index.php...
• astro.if.ufrgs.br/estrelas/node12.htm