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quarta-feira, 7 de outubro de 2020

"Somos Físicos" Radioatividade


Quando você ouve falar em ‘’radiação’’, o que vem à sua mente? Tratamentos de saúde? Perigos? Acidentes nucleares? Seu encontro com a ciência hoje, vai tirar as suas dúvidas e te mostrar como a radiação é importante e fascinante! Assista ao vídeo “O que é radiação?’’


A Radioatividade diz respeito ao fenômeno em que um átomo instável começa a liberar partículas e ondas eletromagnéticas (radiação) para adquirir a estabilidade.

pode ser definida como o fenômeno em que o núcleo de um átomo em estado de instabilidade emite partículas e ondas (radiação) para ficar estável. Não são todos os átomos que possuem a capacidade de emitir radiação.

Os átomos que emitem radiação o fazem independentemente de seu estado físico, temperatura, pressão, entre outros fatores. Os elementos radioativos mais conhecidos são:

  • Urânio-238;
  • Urânio-235;
  • Césio-137;
  • Cobalto-60;
  • Tório-232;
  • entre outros.
césio-137

Quando a radiação entra em contato com os seres vivos pode causar diversos efeitos negativos e trazer doenças, como o câncer nos seres humanos. As radioatividades podem ser de origem:

  • Natural e espontânea: São encontrados na natureza;
  • Radioatividade artificial: São originados de uma transformação nuclear, por meio da junção de átomos ou da divisão nuclear (normalmente está presente em usinas nucleares e bombas atômicas).

Tipos de Radioatividade

Como dissemos acima, a radioatividade consiste na liberação de partículas e ondas por parte do núcleo de átomos instáveis. Essas partículas e ondas podem ser de três tipos. Por isso, dizemos que existem três tipos de radioatividade:

  1. Radioatividade alfa;
  2. Radioatividade beta;
  3. Radioatividade gama.

O tipo de radiação determina a capacidade de penetração da partícula radioativa na matéria, que são, respectivamente, baixa, média e alta.

1. Radioatividade alfa (α)

radioatividade alfa

Nesse caso, há a liberação de partículas alfa. Essas partículas são pesadas e possuem carga positiva +2, ou seja, possuem dois elétrons a menos. As partículas alfa possuem massa igual a 4, pois têm 2 prótons e 2 nêutrons. Elas também possuem baixa capacidade de penetração na matéria. Por esse motivo, a radioatividade alfa pode ser impedida por uma simples folha de papel.

2. Radioatividade beta (β)

radioatividade beta

Nesse caso, há a liberação de partículas beta. Essas partículas são leves, possuem carga neutra e sua massa é desprezível. As partículas beta são originadas de nêutrons instáveis e possuem uma capacidade de penetração na matéria maior que a radioatividade alfa. No entanto, apesar da radioatividade beta passar por uma folha de papel, ela não consegue penetrar uma placa de metal.

3. Radioatividade gama (δ)

radioatividade gama

Na radiação gama há a liberação de ondas eletromagnéticas que possuem frequências altíssimas e que não têm massa e carga. A capacidade de penetração na matéria é superior a todas as demais radioatividades, podendo passar tranquilamente por placas de metal.

Decaimento Nuclear ou Meia Vida

Decaimento Radioativo é o fenômeno responsável pela radioatividade: a emissão de radiações nucleares por núcleos instáveis de alguns elementos químicos pesados. Mas como ele acontece? E o mais importante… Por quê?

Imagem de uma minério de Urânio, um dos elementos químicos naturalmente radioativos.
Minério de Urânio, elemento naturalmente radioativo

Os núcleos dos átomos são constituídos de prótons, partículas de carga positiva, e nêutrons, que não têm carga. Essas partículas subatômicas permanecem unidas pela força forte, que é muito intensa a curto alcance.

Porém, quando o núcleo de um átomo é muito grande e não tem nêutrons suficientes, a força forte não consegue manter todos os prótons unidos. Isso acontece porque a repulsão entre as cargas positivas dos prótons é muito grande, e a força forte já não é tão forte assim.

Assim, temos um núcleo instável. Esse núcleo instável passa então pelo processo que chamamos de Decaimento Radioativo, emitindo radiação. A emissão dessa radiação é capaz de alterar o número de prótons de um elemento químico – que é transmutado em outro.

Como acontece o Decaimento Radioativo?

Os decaimentos podem ser de três tipos: alfa, beta e gama. Cada um deles corresponde à uma partícula radioativa diferente, que altera o núcleo do átomo emissor de acordo com suas características.

Demonstração de um decaimento radioativo, onde um núcleo de um átomo grande emite partículas radioativas.
Núcleo emitindo diversas partículas radioativas

Decaimento alfa: nela, o núcleo instável emite uma partícula alfa, que é um núcleo de Hélio. Como sabemos da tabela periódica, o Hélio tem dois prótons e dois nêutrons. Assim, o elemento perde 4 de massa, tendo seu número atômico diminuído em 2.

Decaimento beta: a partícula beta é um elétron ejetado de um nêutron. Como elétrons não têm massa, ela também não tem. O elemento radioativo tem um nêutron transformado em próton, então aumenta seu número atômico em 1.

Cada elemento radioativo passa por um tipo de decaimento a uma certa taxa. Medimos essa taxa de decaimento através do chamado tempo de meia vida, que aparece muito nos vestibulares!

Tempo de Meia Vida

O tempo de meia vida está relacionado à taxa de decaimento de determinada amostra. Ele é o tempo necessário para que metade da quantidade de átomos do elemento radioativo de uma amostra decaia.

Por exemplo, se há 10 átomos radioativos em uma amostra, o tempo de meia vida será o tempo decorrido até que 5 átomos tenham decaído. Depois, dizemos que mais uma meia vida passou quando 2,5 átomos tenham decaído; depois, 1,25, e assim sucessivamente.

Exemplo de decaimento de uma mostra radioativa.
Decaimento de uma amostra radioativa

À medida que o decaimento progride, a quantidade de átomos radioativos diminui pela metade, para cada período P. Assim, a relação matemática fica:

Onde n é a quantidade final de átomos na amostra. Já n0 é a quantidade inicial, e x é o número de períodos de meia vida decorridos. A quantidade de átomos pode ser dada em massa, em mol ou porcentagem sendo todos diretamente proporcionais.

Essa relação matemática produz um gráfico com o perfil mostrado abaixo, para o Césio-137. Com ele, podemos saber como o Césio-137 decai a 50% da amostra inicial ao longo de 35 anos. Assim, sabemos que esse é o tempo de meia vida do Césio-137.

Gráfico sobre o decaimento do Célsio 137.
Gráfico sobre o decaimento do Célsio-137

Mas é claro, o Césio não é o único elemento radioativo! Os elementos radioativos na natureza estão em porcentagens bem pequenas, justamente por conta de seu decaimento: quanto mais decaem, menos elementos radioativos há na Terra. Ainda assim, existem isótopos radioativos de vários elementos estáveis da Tabela Periódica.

Elementos Radioativos

Veja abaixo. As cores representam os tempos de meia vida dos elementos. Os elementos em cinza são chamados Elementos Primordiais. Esses elementos não são radioativos, têm o tempo de meia vida de bilhões de anos.

Elementos radioativos da tabela periódica
Elementos radioativos da tabela periódica

Os elementos em verde já são considerados radioativos, pois têm os tempos de meia vida mais curtos. Os elementos em amarelo já têm os tempos de meia vida de poucas centenas de anos! Os elementos em azul chegam a ser tão radioativos que têm os tempos de meia vida de cerca de um dia. E o roxo mostra quais são os elemento sintéticos que existem por frações de segundo antes de se desintegrarem.

Aplicações da radioatividade

Apesar dos efeitos nocivos à saúde, a radioatividade está presente em muitas áreas. Muitas pessoas fazem a associação da radioatividade com apenas coisas negativas como bombas atômicas ou armas nucleares, mas a energia nuclear é mais do que isso. Conheça algumas aplicações benéficas da radioatividade:

Medicina

Vários isótopos radioativos são usados na medicina. Um exemplo é quando vamos fazer uma cintilografia com o intuito de verificar as condições de nossos órgãos internos, e introduzimos no organismo uma pequena quantidade de material radioativo. Os isótopos que apresentam essa característica são denominados radiotraçadores, eles possuem a propriedade de se acumularem em um determinado órgão.

Assim, o radiologista poderá determinar o nível e a localização das radiações emitidas pelos isótopos após o paciente receber uma dose de material radioativo. As radiações beta (β) ou gama (γ) incidem sobre filmes fotográficos, e refletem imagens do órgão que se pretende estudar.

Agricultura e alimentação

Muitos alimentos frescos (carnes, peixes, mariscos, etc.), não podem passar por métodos convencionais de eliminação de bactérias como a pasteurização térmica. Sendo assim, para impedir o crescimento de agentes produtores da deterioração, esses alimentos são submetidos a radiações que destroem fungos e bactérias.
A cintilografia provém de material radioativo.
A cintilografia provém de material radioativo.

Marie Curie

Nascida Maria Sklodowska, em 7 de novembro de 1867, em Varsóvia, Polônia, Marie Curie foi a primeira mulher a ganhar um Prêmio Nobel e a única a ser contemplada em dois campos diferentes (Física em 1903 e Química em 1911).

Os estudos de Curie, com seu marido Pierre Curie, levaram à descoberta dos elementos químicos polônio e rádio e, após a morte de Pierre, o desenvolvimento dos raios X. Ela morreu de leucemia em 4 de julho de 1934, doença decorrente da exposição maciça a radiações durante o seu trabalho.


O amor pelo estudo da radiação

Em 1891, Curie saiu de Varsóvia a caminho de Paris, onde deu continuidade a seus estudos na Universidade de Sorbonne. Curie completou seu mestrado em Física em 1893 e ganhou outra licenciatura em Matemática no ano seguinte. Nessa época, ela recebeu uma comissão para fazer um estudo sobre os diferentes tipos de aço e suas propriedades magnéticas.

Ela precisava de um laboratório para trabalhar, e um colega a apresentou ao físico francês Pierre Curie. Inevitavelmente, o romance surgiu, e eles se tornaram uma dupla dinâmica científica. Junto com seu marido e colaborador, Pierre, Marie Curie viveu sua vida inundada de radiação ionizante.

Ela carregava recipientes de polônio e rádio no bolso de seu casaco e os armazenava em sua gaveta de mesa de trabalho. Em seu livro de 2008, "Os Anos da Vertigem: Europa, 1900-1914" o historiador Philipp Blom cita notas autobiográficas de Marie Curie, nas quais ela descreve as misteriosas luzes azuis e verdes em seu laboratório:

"Uma das nossas alegrias foi adentar em nossa sala de trabalho à noite. Nós então percebemos por todos os lados as silhuetas fracamente luminosas dos frascos de cápsulas contendo nossos produtos. Foi realmente uma bela visão e uma novidade para nós. Os tubos brilhantes pareciam luzes de fadas."

Porém, os materiais nos tubos faziam mais do que estimular os sentidos, eles eletrizavam o próprio ar. Tanto que Pierre construiu uma câmara com um eletrômetro que media as correntes elétricas fracas. Quando ele levou os tubos luminescentes próximos da câmara, o ar de dentro se dividiu em íons positivos e negativos, criando uma corrente elétrica fraca.

A dupla chamou esse fenômeno de "radioatividade", que, além de ser uma nova forma de energia, demonstrou que os átomos (que se pensava ser a menor constituição possível da matéria) poderiam emanar partículas ainda menores. E o tempo todo, os Curie foram involuntariamente doando seus corpos para a Ciência.

E os papéis de Marie?

Após a sua descoberta, todo mundo presumiu que algo tão enérgico como a radiação só tinha de ser benéfico. A indústria em seus diversos campos passou a fabricar produtos radioativos, desde pasta de dentes até laxantes, medicamentos e bebidas. Até que apenas em 1938, uma lei proibiu tais produtos, mas já era tarde demais para muita gente.

Hoje em dia, a radioatividade é muito mais bem compreendida. Além das aplicações conhecidas em medicina e energia nuclear, materiais radioativos são empregados para esterilização, para calcular a idade de materiais orgânicos e muitos outros usos que não oferecem perigo a nossa saúde por serem segura e rigidamente controlados.

No entanto, a radioatividade presente nos papéis e cadernos de anotações de Marie vai continuar na ativa por um longo tempo. Isso porque o isótopo mais comum de rádio, o rádio-226, tem uma meia-vida de 1.601 anos. Então, se você um dia visitar a Biblioteca Nacional de Paris para conferir esse material, com certeza vai precisar do traje especial de proteção.

Bomba Atômica

Bomba Atômica, ou bomba nuclear, é uma arma que consiste num projétil explosivo lançado por aviões ou por mísseis.

Ela funciona em decorrência dos processos de fusão e fissão nuclear e tem um alto poder de destruição.

Bomba Atômica

A bomba atômica "Little Boy" que foi lançada em Hiroshima em 6 de agosto de 1945

Receosos com a perseguição dos nazistas aos judeus, vários cientistas se deslocaram para os EUA. Entre eles, se destaca Albert Einstein que assumiu uma cadeira no Instituto de Estudos Avançados de Princeton.

Junto com o físico húngaro Leo Szilard, Einstein alertou o presidente Franklin Roosevelt sobre a possibilidade de os nazistas desenvolverem uma bomba atômica.

Eles acreditavam que os Estados Unidos deveriam se antecipar a este movimento e financiar a pesquisa que levaria à descoberta da fissão do átomo.

Na sequência, foi dado início ao  Projeto Manhattan, responsável pela criação da bomba atômica dirigido pelo físico estadunidense Julius Robert Oppenheimer.

Os cientistas usaram como base as pesquisas de Albert Einstein que foram fundamentais para o desenvolvimento da energia atômica.

Antes do lançamento da bomba atômica, a arma nuclear foi testada no dia 16 de julho de 1945 no deserto do Novo México (EUA).

Segunda Guerra Mundial

Até hoje, a bomba atômica foi utilizada em somente em duas situações durante a Segunda Guerra Mundial.

Na Segunda Guerra, os países se dividiram. De lado encontramos uma aliança formada por Alemanha, Itália e Japão; e do outro por Grã-Bretanha, União Soviética e EUA.

Em 1945, a Alemanha e a Itália já tinham se rendido. No entanto, a guerra prosseguia no Pacífico onde Japão e Estados Unidos travavam uma dura luta de conquista ilha por ilha.

Guerra no Pacífico

Em 1941, o Japão havia atacado a Pearl Harbor, base naval norte-americana, sem que tivesse sido feita qualquer declaração de guerra aos EUA. Por isso, os americanos lutaram contra os japoneses no Pacífico.

Os americanos perceberam que o Japão não se renderia e julgavam uma invasão ao país muito custosa em termos humanos e financeiros. Assim, os militares resolveram lançar a bomba atômica no Japão para forçar a rendição.

Desta maneira, a  Bomba de Hiroshima foi lançada no dia 6 de agosto de 1945 pelo avião bombardeiro norte-americano Enola Gay.

A bomba recebeu o nome de Little Boy e detonou a 580 metros de altura a cidade de Hiroshima, no Japão. A cidade foi destruída e cerca de 140 mil pessoas morreram.

Muitas pessoas morreram no momento da explosão, enquanto outras faleceram em decorrência das sequelas deixadas pela arma nuclear.

Dias depois foi lançada outra bomba em Nagasaki. Chamava-se Fat Man, destruiu grande parte da cidade e provocou a morte de cerca de 70 mil pessoas.

Fat Man era mais potente do que a Little Boy, apesar de o seu estrago ter sido menor. Isto aconteceu pelo fato de a cidade estar localizada numa região montanhosa.

O Japão rendeu-se no dia 2 de setembro de 1945.

Poder de Destruição

Hiroshima

Aspecto da cidade de Hiroshima antes e depois do lançamento da bomba atômica

Nas cidades de Hiroshima e Nagasaki, o ar transformou-se numa espécie de bola de fogo que se expandiu de forma veloz.

Em decorrência da grande quantidade de energia térmica que foi liberada, essa bola era tão quente quanto à superfície do Sol. Como consequência, tudo o que se encontrava num raio de 1 km transformou-se em cinzas.

O solo também sofreu um superaquecimento. Os gases se expandiram provocando uma onda de choque ocasionando a queda de 62 mil prédios em Hiroshima. A cidade tinha 90 mil prédios.

Os efeitos causados pela radiação foram queimaduras, problemas respiratórios, perturbações mentais, deformações físicas e câncer em milhares de pessoas.

Aquelas que olharam para a explosão ficaram cegas e houve uma chuva radioativa que contaminou a água e o solo. Durante anos as pessoas sofreram com os efeitos das bombas.

Após o lançamento das bombas em Hiroshima e Nagasaki, as armas nucleares continuaram a ser desenvolvidas.

Existem milhares de armas ainda mais potentes do que as que foram lançadas sobre o Japão na Segunda Guerra Mundial. A maior parte delas pertence aos EUA e à Rússia.

A ONU é responsável por regular a política nuclear mundial. Igualmente, o Tratado de Não- Proliferação de Armas Nucleares (TNP) é um acordo através dos quais os países signatários se comprometem a usar a energia nuclear para fins pacíficos.

Aspectos Químicos

A bomba lançada na cidade de Hiroshima tinha duas cargas compostas de urânio 235, num total de cerca de 60 kg.

A bomba lançada em Nagasaki era composta de cerca de 6,4 kg de plutônio 239. Esse elemento surge a partir da transformação do urânio 238.

urânio 235 (235U) e o plutônio 239 (239Pu) são elementos que possuem um potencial energético bastante elevado e, por isso, representam um grande perigo.

Como funciona a Bomba Atômica?

As bombas lançadas sobre as cidades japonesas decorreram do processo de fissão. Outro processo que resulta no funcionamento de bombas nucleares é a fusão.

Fissão  é quebra do núcleo do átomo. Um nêutron atinge o núcleo do átomo e se parte. Num processo que acontece em alta velocidade, outros nêutrons atingem outros núcleos.

 Fusão é junção do núcleo de dois ou mais átomos.

Esses processos liberam uma quantidade elevada e extremamente potente de energia. Esse é o motivo pelo qual ocorre a explosão.

As bombas mais potentes e que têm maior poder de destruição são as que contêm hidrogênio. São conhecidas como  bombas H  ou bombas de fusão porque é assim que elas funcionam.

Maior acidente radiológico do mundo, césio-137

A tragédia começou quando dois jovens catadores de materiais recicláveis abrem um aparelho de radioterapia em um prédio público abandonado, no dia 13 de setembro de 1987, no Centro de Goiânia. Eles pensavam em retirar o chumbo e o metal para vender e ignoravam que dentro do equipamento havia uma cápsula contendo césio-137, um metal radioativo.

Apesar de o aparelho pesar cerca de 100 kg, a dupla o levou para casa de um deles, no Centro. Já no primeiro dia de contato com o material, ambos começaram a apresentar sintomas de contaminação radioativa, como tonteiras, náuseas e vômitos. Inicialmente, não associaram o mal-estar ao césio-137, e sim à alimentação.

Depois de cinco dias, o equipamento foi vendido para Devair Alves Ferreira, dono de um ferro-velho localizado no Setor Aeroporto, também na região central da cidade. Neste local, a cápsula foi aberta e, à noite, Devair constatou que o material tinha um brilho azul intenso e levou o material para dentro de casa.

Devair, sua esposa Maria Gabriela Ferreira e outros membros de sua família também começaram a apresentar sintomas de contaminação radioativa, sem fazer ideia do que tinham em casa. Ele continuava fascinado pelo brilho do material. Entre os dias 19 e 26 de setembro, a cápsula com o césio foi mostrada para várias pessoas que passaram pelo ferro-velho e também pela casa da família.

Leide das Neves
A primeira vítima fatal do acidente radiológico foi a garota  Leide das Neves Ferreira, de 6 anos. Ela se tornou o símbolo dessa tragédia e morreu depois de se encantar com o pó radioativo que brilhava durante a noite.

A menina ainda fez um lanche depois de brincar com a novidade, acabou ingerindo, acidentalmente, partículas do pó misturadas ao alimento. Isso aconteceu longe dos olhos da mãe, Lourdes das Neves Ferreira.

Em entrevista concedida ao G1 no ano passado, Lourdes disse que se sente culpada pela morte da filha. “Fica passando um filme na minha cabeça. São 25 anos de sofrimento, de dor, de tristeza e de angústia. Eu me arrependo e cobro de mim mesma. Se eu não tivesse ido tomar banho, talvez ela não tivesse ingerido [partículas de pó do césio]", disse.

Desastre de Chernobyl: o que aconteceu e os impactos a longo prazo

O acidente em uma usina nuclear na União Soviética chocou o mundo, alterou permanentemente a região e deixou muitas perguntas sem resposta.

acidente de Chernobyl, que aconteceu em 26 de abril de 1986, foi o maior acidente nuclear da história. Essa tragédia ocorreu na Usina V. I. Lenin, localizada na cidade de Pripyat, a cerca de 20 km da cidade de Chernobyl, na extinta União Soviética (atual território ucraniano). Matou milhares de pessoas e contribuiu para apressar ofim da União Soviética  .

O que aconteceu em Chernobyl?

O acidente de Chernobyl aconteceu às 1h23min47s, portanto, na madrugada do dia 26 de abril de 1986. Esse acidente aconteceu no reator 4 da usina de Chernobyl e foi resultado de falha humana, uma vez que os operadores do reator descumpriram diversos itens dos protocolos de segurança. Além disso, foi apontado posteriormente que os reatores RBMK (usados em Chernobyl e em outras usinas soviéticas) tinham um grave erro no seu projeto, o qual permitiu que o acidente acontecesse.

Tudo ocorreu durante um teste de segurança que estava em curso e resultou na explosão do reator 4. Com a explosão, dois trabalhadores da usina foram mortos e, na sequência, um incêndio no reator 4 iniciou-se e estendeu-se durante dias. A explosão deixou o reator nuclear exposto, e o incêndio foi responsável por jogar na atmosfera uma elevada quantidade de material radioativo.

O vento levou o material radioativo lançado na atmosfera, principalmente para o oeste e norte de Pripyat, e a radiação espalhou-se pelo mundo. Rapidamente, foram identificados altos níveis de radiação em locais como Polônia, Áustria, Suécia, Bielorrússia e até locais muito distantes, como Reino Unido, Estados Unidos e Canadá.

Os primeiros a alertarem a comunidade internacional de que algo havia acontecido na União Soviética foram os suecos. Os questionamentos realizados ao governo soviético levaram-no a admitir que o acidente havia acontecido no dia 28 de abril. Até então, os soviéticos trataram de esconder o que havia acontecido, temendo os impactos disso para a reputação do país.


  • Física das Radiações. Emico Okuno. ...
  • Átomos, Núcleos e Radiação. ...
  • Chernobyl 01:23:40. ...
  • Física Nuclear e de Partículas - uma Introdução. ...
  • Física quântica. ...
  • Marie Curie: A Photographic Story of a Life.

http://g1.globo.com/goias/noticia/2013/09/maior-acidente-radiologico-do-mundo-cesio-137-completa-26-anos.html
https://brasilescola.uol.com.br/historia/chernobyl-acidente-nuclear.htm

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