Radioatividade
Prof. Alfredo Neto
Radioatividade
Histórico
 Efeitos das Emissões Radioativas
 Leis da radioatividade
 Cinética das desintegrações
 Aplicações

Histórico
Em 8 de outubro de 1895, na Universidade de Wurzburg,
na Alemanha, o físico W. Röntgen percebeu um estranho brilho de
uma tela fluorescente, situada a alguns metros de uma
aparelhagem de descargas de gases rarefeitos, coberta por um
manto negro. Röntgen observou que a luminosidade da tela
desaparecia quando a aparelhagem era desligada. Assim, ele logo
concluiu que raios estavam atravessando a proteção de sua
aparelhagem e atingindo a placa fluorescente. Como Röntgen não
conhecia a natureza desses raios chamou-os de raios x. (no meio
científico, essas misteriosas radiações também ficaram conhecidas
como radiações de Röntgen).
Histórico
O físico francês Antoine-Henri Becquerel ficou
imediatamente fascinado com a descoberta dos raios x e em
fevereiro de 1896, ele passou a investigar uma possível
fluorescência provocada por um composto de urânio chamado
sulfato de potássio e uranilo, K2UO2(SO4)2. Sua experiência consistia
basicamente em expor ao sol um filme fotográfico protegido por um
envelope de papel negro, sobre o qual Becquerel colocava cristais
do composto de urânio. Esperava-se, então, que a fluorescência do
composto, provocada pela luz solar, manchasse o filme fotográfico.
Histórico
Tudo isso efetivamente ocorreu, mas o que intrigou
Becquerel foi observar que o filme ficava manchado também em dias
nublados. Experiências posteriores, feitas em completa escuridão,
mostraram que o composto de urânio parecia emitir
espontaneamente uma radiação capaz de impressionar filmes
fotográficos.
Histórico
Como era de se esperar, as descobertas de Röntgen e
Becquerel provocaram um forte impacto na comunidade científica da
época. Dentre os vários cientistas que começaram a investigar essas
misteriosas radiações figuravam J. J. Thomson e seu pupilo Ernest
Rutherford, além de uma jovem estudante, Marie Curie, que procurava
naquele momento um bom tema para sua tese de doutoramento.
Pouco tempo depois, Curie anotaria em seus relatórios, pela
primeira vez, a palavra radioatividade.
Histórico
O casal Curie (Marie e Pierre), foi pioneiro no estudo da
radioatividade. Trabalhando em um galpão pobre e com poucos recursos
técnicos, verificaram que todos os sais de urânio apresentavam a
propriedade de impressionar chapas fotográficas; concluiu-se, então, que o
responsável pelas emissões era o próprio urânio.
Extraindo e purificando o urânio do minério pechblenda (U3O8),
proveniente da Tchecoslováquia, o casal Curie verificou que as impurezas
eram mais radioativas do que o próprio urânio; dessas impurezas, eles
separaram, em 1898, um novo elemento químico, o polônio, 400 vezes mais
radioativo do que o urânio e posteriormente, novas separações e purificações
levaram Marie Curie a descobrir outro elemento químico, o rádio, 900 vezes
mais radioativo do que o urânio.
Efeitos das Emissões Radioativas
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
Efeitos Químicos: um exemplo é a decomposição dos sais de prata,
existentes nas chapas fotográficas.
Efeitos Luminosos: muitos elementos radioativos são fluorescentes
ou provocam a fluorescência em outras substâncias.
Efeitos Térmicos: 1 g de rádio, por exemplo, libera cerca de 138
kcal/h.
Efeitos elétricos: as emissões radioativas ionizam o ar e gases de
maneira geral, melhorando suas condutividades elétricas.
Efeitos Fisiológicos: as emissões radioativas podem causar
queimaduras, ulcerações na pele, mutações genéticas, câncer, etc.
As emissões radioativas
Um ano após as descobertas de Becquerel, o
físico neozelandês Ernest Rutherford submeteu
emissões radioativas a um campo elétrico e verificou
a existência de radiações positivas e negativas, que
ele denominou, respectivamente, de alfa () e beta
().
Em 1900, o físico francês Paul Ulrich Villard
constatou a existência de emissões que não eram
afetadas por campos elétricos, as emissões gama
().
Experimento de Rutherford
Estudo das Emissões

As emissões 
As emissões  são partículas formadas por 2 prótons e 2
nêutrons, têm carga igual a +2 e massa igual a 4. Dependendo
do átomo emissor, tais partículas têm velocidade de 3.000 a
30.000 km/s e penetram de 2 a 8 cm de ar.
O poder de penetração das partículas  é o menor das 3
emissões; normalmente uma folha de papel detém essas
partículas.
Estudo das Emissões
As emissões 
As emissões  são constituídas de elétrons e são formadas
a partir da desintegração de nêutrons. Testes de laboratório
mostram que as partículas  atingem 90% da velocidade da luz
e são muito mais penetrantes que as partículas . Um feixe de
partículas  pode penetrar até 1 cm de alumínio ou 1 mm de
chumbo.
Estudo das Emissões
As emissões 
As emissões  não são partículas, mas ondas
eletromagnéticas semelhantes à luz, porém de comprimento de
onda muitíssimo menor e, portanto, de energia muito mais
elevada.
Como não possui massa nem carga elétrica, as emissões 
não sofrem desvio ao atravessar um campo elétrico ou
magnético. Sua velocidade é igual à velocidade da luz (300.000
km/s) e seu poder de penetração é bem maior que o das
partículas  e ; normalmente, uma emissão  atravessa 20 cm
no aço ou 5 cm no chumbo, por esse motivo, as emissões  são
as mais perigosas do ponto de vista fisiológico.
Estudo das Emissões
O quadro abaixo reúne as principais características das
emissões ,  e .
Emissão Natureza
Representação Velocidade Poder de penetração

10% de c
Baixo

90% de c
Alto (1 mm de chumbo)

Igual a c
Muito alto (5 cm de chumbo)
Alfa
Núcleo do hélio
4
2
Beta
Elétron
0
1
Onda eletromagnética
0
0
Gama
C → velocidade da luz no vácuo = 300 000 km/s
Leis da Radioatividade
1a Lei ou Lei de Soddy
Quando um núcleo emite uma partícula , seu número
atômico diminui duas unidades e seu número de massa diminui
quatro unidades.
A
Z
X

 
4
2
A 4
Z 2
Y
Leis da Radioatividade
2a Lei ou Lei de Soddy-Fajans-Russell
Quando um núcleo emite uma partícula , seu número atômico aumenta
uma unidade e seu número de massa não se altera.
A
Z
X

0
1
 
A
Z 1
Y
Cinética das desintegrações
A cinética das desintegrações é a parte da química nuclear que nos
mostra que alguns materiais radioativos se desintegram rapidamente,
enquanto outros se desintegram lentamente. Para entendermos tal processo,
precisamos nos familiarizar com as seguintes grandezas:

Velocidade de desintegração ou atividade radioativa: corresponde ao número
de átomos de um material radioativo que se desintegram na unidade de
tempo.
n
v  
t
A unidade usual da velocidade de desintegração é desintegração por
segundo (dps) ou becquerel (Bq).
Cinética das desintegrações

Constante radiativa: a constante radiativa é uma grandeza que
nos mostra a fração de átomos que se desintegram na unidade
de tempo. Ela apresenta um valor fixo para cada átomo
radioativo. Assim, para o rádio-226, por exemplo, ela vale ano-1,
ou seja, para cada 2300 átomos de rádio-226, provavelmente
um se desintegra no intervalo de 1 ano.
Cinética das desintegrações

Vida-média: média aritmética dos tempos de vida de todos os
átomos radioativos de um material radioativo. Comprova-se
matematicamente que a vida-média é o inverso da constante
radioativa.
Vm 
C
226
88
1
ano 1
2300
1
C
→ em cada 2300 átomos, um se desintegra
em 1 ano.
Ra
Vm  2300 anos → os átomos de rádio-226, em média,
devem durar 2300 anos antes de se
desintegrarem.
Cinética das desintegrações

Meia-vida ou período de semidesintegração (t1/2 ou p):
corresponde ao intervalo de tempo em que metade dos
átomos radioativos de um material se desintegram.
Cinética das desintegrações
Sendo assim, pode-se dizer que:
m
m0
2x
Onde:
X → nº de meias-vidas que se passaram.
m → massa final da amostra
m0 → massa inicial da amostra
Para se determinar o tempo de desintegração basta analisarmos
quantas meia vidas se passaram.
t  x.t1 / 2
Cinética das desintegrações
Representando graficamente a diminuição do número de átomos
radioativos (devido à desintegração) em função do tempo, obtemos uma curva
exponencial chamada curva de decaimento radioativo.
Cinética das desintegrações
Experimentalmente, determina-se que a meia-vida dos
átomos de um material radioativo equivale a 70% da vida-média
desses átomos:
t1 / 2  0,7.Vm
sendo assim, para o rádio-226, por exemplo:
Vm = 2300 anos
t1/2 = 0,7 . 2300 = 1610 anos
Cinética das desintegrações
A tabela a seguir mostra a meia-vida de alguns isótopos radioativos:
Isótopo radioativo
Meia-vida
238U
4,5 . 109 anos
234Th
24,1 dias
214Bi
19,7 min
214Po
1,6 . 10-4 s
O uso da Radioatividade

Na industria
No controle de produção, para verificar, por exemplo, a constância da
espessura de chapas de aço, borracha, plásticos, etc.
O uso da Radioatividade
O princípio anterior pode ser aplicado para medir o nível de um líquido
num reservatório, como por exemplo, o nível de vidro ou aço derretido dentro
de um forno.
Na determinação de vazamentos em canalizações, oleodutos, etc.: ao
líquido adiciona-se um radioisótopo; até vazamentos em canalizações
subterrâneas podem ser descobertos por detectores montados em veículos
que acompanham o trajeto da canalização.
Na geração de energia elétrica através de baterias ou de usinas
nucleares.
Obs: A produção de energia elétrica pelos reatores nucleares é interessante,
pois, comparando, podemos dizer que, enquanto 1g de carvão produz energia
suficiente para manter acesa uma lâmpada de 200 W durante 1 min 1 g de
urânio produz energia para iluminar uma cidade de 500.000 habitantes,
durante 1h.
O uso da Radioatividade

Na química
Em traçadores: um nuclídeo radioativo sofre as mesmas
reações químicas e bioquímicas que seu isótopo não-radioativo,
desse modo, podemos utilizar um isótopo radioativo para
estudarmos os mecanismos das reações.
O
||
CH3 ─ C ─ OH + HO*─ CH3

O
||
CH3 ─ C ─ O*─ CH3
+
H2O
O uso da Radioatividade

Na medicina
No tratamento de doenças como o câncer.
No diagnóstico de doenças.
O paciente recebe uma injeção ou uma dose oral contendo
um radioisótopo de vida curta e radioatividade fraca, o
radioisótopo é então absorvido pelo organismo e um detector
capta as emissões provenientes do órgão ou tecido e produz, no
computador, uma imagem. Desse modo fazemos um verdadeiro
mapeamento do órgão ou tecido que se supõe doente sem ser
necessária a realização de uma operação cirúrgica investigativa.
O uso da Radioatividade
Cada elemento tem uma tendência natural para se
acumular em um determinado órgão ou tecido, veja alguns
exemplos:

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


O iodo-131, para a tireóide;
O mercúrio-197, para tumores cerebrais;
O fósforo-32, para câncer da pele;
O sódio-24, para obstruções do sistema circulatório;
O tálio-201, para o funcionamento do coração, etc.
O uso da Radioatividade

Na agricultura
É comum o uso de traçadores para determinar a absorção,
pelos vegetais, de fertilizantes, inseticidas e outros produtos.
Além disso, por meio da irradiação, carnes e frutos podem ser
esterilizados, ficando livres de fungos e bactérias, sendo assim,
conservados por muito mais tempo.
O uso da Radioatividade

Na Geologia e arqueologia
Certos radioisótopos são úteis para se determinar a idade
(datação) de rochas, fósseis, etc. Os três métodos mais comuns
são os baseados nas seguintes desintegrações:



de urânio-238: usado na datação de rochas;
de potássio-40: também usado para rochas;
de carbono-14: usado para fósseis, etc.
O uso da Radioatividade
Embora tenha todas essas aplicações pacíficas citadas
acima, a energia nuclear é perigosa e pode expor os seres vivos
às suas ações nocivas, além de servir para construção de armas
nucleares. Com isso percebemos a necessidade de se
estabelecer normas rígidas para o uso da radioatividade.
Pensando nisso criou-se uma Comissão Internacional de
Radioproteção, uma instituição científica independente
responsável pela regulamentação das atividades que envolvem
o uso da energia nuclear. Esta comissão estabeleceu, em 1977,
três princípios básicos, que devem ser obedecidos por todas as
empresas ou instituições (públicas ou privadas), para garantir o
desenvolvimento seguro dessas atividades.
O uso da Radioatividade
O primeiro desses princípios é a “justificativa da prática”,
isto é nenhuma atividade que envolva exposições à radiação
deve ser realizada, a menos que gere benefícios, aos indivíduos
expostos ou à sociedade.
O segundo é a “otimização”, determina que para qualquer
fonte de radiação, as doses individuais, o número de pessoas
expostas e mesmo a eventualidade da ocorrência de exposições
devem ser mantidos nos mais baixos níveis.
O terceiro é a “limitação da dose”, que diz que a exposição
de indivíduos deve obedecer a limites de doses ou a algum tipo
de controle de risco, para assegurar que ninguém seja exposto a
riscos considerados inaceitáveis.