O que acontece no núcleo do átomo de um elemento radioativo quando ele emite uma partícula beta?

O cálculo de partículas alfa e beta envolve o conhecimento das leis da radioatividade de Soddy, bem como das composições dessas partículas radioativas.

Quando um determinado material é radioativo, a tendência é a de que ele elimine as radiações alfa, beta e gama. Essas radiações são eliminadas a partir do núcleo do átomo em decorrência da instabilidade nuclear dos átomos do material.

Conhecendo um pouco os materiais radioativos, podemos calcular, por exemplo, o número de partículas alfa e beta que serão eliminadas a partir do núcleo de um átomo. Para isso, é importante saber as composições de cada tipo de radiação:

• Radiação alfa: composta por dois prótons (número atômico 2) e dois nêutrons, resultando em número de massa 4, assim: 2α4

• Radiação beta: composta por um elétron, resultando em número atômico -1 e número de massa 0, assim: -1β0

Conhecendo as partículas, percebemos que: quando um átomo elimina radiação alfa (primeira lei de Soddy), forma um novo elemento cujo número atômico será duas unidades menor e o número de massa será quatro unidades menor. Ao eliminar uma radiação beta (segunda lei de Soddy), o átomo formará um novo elemento cujo número atômico terá uma unidade a mais e sua massa permanecerá a mesma.

♦ Primeira lei: ZXA → 2α4 + Z-2YA-4

♦ Segunda lei: ZXA → -1β0 + Z+1YA

Vale lembrar que a eliminação de partículas alfa e beta é simultânea e sempre um novo elemento será originado. Se esse elemento originado for radioativo, a eliminação de radiação continuará até que se forme um átomo estável.

Com todas essas informações dadas, podemos agora calcular o número de partículas alfa e beta que foram eliminadas por um material radioativo até que um átomo estável tenha sido formado.

Para isso, utilizamos a seguinte equação:

ZXA → c2α4 + d-1β0 + bYa

Z = Número atômico do material radioativo inicial;

A = Número de massa inicial do material radioativo inicial;

c = Número de partículas alfa eliminadas;

d = Número de partículas beta eliminadas;

a = Número de massa do elemento estável formado;

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b = Número atômico do elemento estável formado.

Como a soma dos números de massa antes e depois da seta são iguais, temos que:

A = c.4 + d.0 + a

A = 4c + a

(conhecendo A e a, podemos determinar o número de partículas alfa eliminadas)

Como a soma dos números atômicos antes e depois da seta são iguais, temos que:

Z = c.2 + d.(-1) + b

Z = 2c – d + b

(conhecendo Z, c e b, podemos determinar o número de partículas beta eliminadas)

Veja um exemplo:

Determine o número de partículas alfa e beta que foram eliminadas por um átomo de rádio (86Rn226) para que ele fosse transformado em um átomo 84X210.

Dados do exercício: o átomo radioativo inicial é o Rn e o formado é o X, assim:

Z = 86

A = 226

c = ?

d = ?

a = 210

b = 84

Inicialmente determinamos o número de partículas alfa:

A = 4c + a

226 = 4c + 210

4c = 226 -210

4c = 16

c = 16
      4

c = 4 (partículas alfa)

Em seguida, calculamos o número de partículas beta:

Z = 2c – d + b

86 = 2.4 – d + 84

86 – 84 – 8 = - d .(-1 para eliminar o negativo do d)

d = 6 (partículas beta)

RADIOATIVIDADE

�NDICE

	Defini��o
	Descoberta da Radioatividade Natural
	Tipos de Radia��es
	Leis da Radiatividade
	Cin�tica das Radia��es
	Transmuta��o artificial
	Energia Nuclear
	Bomba At�mica
	Bomba de N�utrons
	Reator Nuclear
	Aplica��es de alguns radiois�topos
	M�todo da data��o com carbono-14
	Idade da Terra

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.

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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 �:

em 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 = [(-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.

Principais radiois�topos usados na Medicina
Is�topo	Principais usos
3H	Tr�tio (hidrog�nio-3)	Determina��o do conte�do de �gua no corpo
11C	Carbono-11	Varredura do c�rebro com tomografia de emiss�o positr�nica transversa (PET) para tra�ar o caminho da glucose
14C	Carbono-14	Ensaios de radioimunidade.
24Na	S�dio-24	Detec��o de constri��es e obstru��es do sistema circulat�rio.
32P	F�sforo-32	Detec��o de tumores oculares, c�ncer de pele, ou tumores p�s-cir�rgicos.
51Cr	Cromo-51	Diagn�stico de albumina, tamanho e forma da ba�o, disordens gastrointestinais.
59Fe	Ferro-59	Mal fun��o das juntas �sseas, dian�stico de anemias
60Co	Cobalto-60	Tratamento do c�ncer.
67Ga	G�lio-67	Varredura do corpo inteiro para tumores.
75Se	Sel�nio-75	Varredura do p�ncreas
81mKr	Cript�nio-81m	Varredura da ventila��o no pulm�o.
85Sr	Estr�ncio-85	Varredura dos ossos para doen�as, incluindo c�ncer.
99mTc	Tecn�cio-99m	Um dos mais utilizados: diagn�stico do c�rebro, ossos, f�gado, rins, m�sculos e varredura de todo o corpo..
131I	Iodo-131	Diagn�stico de mal funcionamento da gl�ndula tire�ide, tratamento do hipertireoidismo e c�ncer tireoidal.
197Hg	Merc�rio-197	Varredura dos rins.

Tipos de radia��o comumente empregados na medicina
 

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

2 g

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 cardiovascular

Imagem 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 �ssea

Varredura �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 nuclear

As 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:

	as c�lulas possuem um mecanismo capaz de reparar o DNA danificado;
	se, no momento da sua divis�o, a c�lula perceber que o seu DNA est� adulterado, ela ir� se auto-destruir.

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.

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Este site foi atualizado em 09/07/10

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