terça-feira, 2 de setembro de 2008

Radioatividade

Radioatividade é a desintegração espontânea de núcleos atômicos mediante a emissão de partículas subatômicas chamadas partículas alfa e partículas beta e de radiações eletromagnéticas denominadas raios X e raios gama. O fenômeno foi descoberto em 1896 por Antoine Henri Becquerel. Logo reconheceu-se que a radioatividade era uma fonte de energia mais potente que nenhuma outra até então usada. Os Curie mediram o calor associado à desintegração do rádio e estabeleceram que 1 grama de rádio desprende aproximadamente 420 joules (100 calorias) a cada hora.Ernest Rutherford descobriu que as emissões radioativas contêm ao menos dois componentes: partículas alfa, que só penetram alguns milésimos de centímetro no alumínio, e partículas beta, que são quase 100 vezes mais penetrantes. Mais tarde, concluiu-se que existia mais um componente, os raios gama, muito mais penetrantes que as partículas beta.
As partículas alfa são íons de hélio com carga dobrada. As beta são elétrons, enquanto que os raios gama são radiações eletromagnéticas da mesma natureza que os raios X, mas com uma energia consideravelmente maior. As partículas alfa e beta são unidades discretas de matéria, razão pela qual, na radioatividade, os átomos se transformam (mediante a emissão de uma dessas partículas) em novos elementos, com propriedades químicas novas. Quando um núcleo perde uma partícula alfa, forma-se um novo núcleo, mais leve que o original em quatro unidades de massa. A emissão beta se produz por meio da transformação de um nêutron em um próton, o que acarreta um aumento da carga nuclear (ou número atômico) em uma unidade. Os raios gama costumam estar associados às emissões alfa e beta. Não têm carga, nem massa; portanto, a emissão de raios gama por parte de um núcleo não causa mudanças na estrutura do núcleo, mas simplesmente uma perda de determinada quantidade de energia radiante.
Chama-se período de meia-vida o tempo que demora um elemento radioativo para reduzir-se à metade. É uma característica de cada elemento. Uma aplicação interessante do conhecimento desses períodos é a determinação da idade da Terra.
O estudo das reações nucleares e a busca de novos isótopos radiativos artificiais levou ao descobrimento da fissão nuclear e ao posterior desenvolvimento da bomba atômica. Entre os isótopos radioativos produzidos artificialmente, tem grande importância o carbono 14, com uma meia-vida de 5.730 ± 40 anos. As medidas do conteúdo de carbono 14 permitem calcular a idade de objetos de interesse histórico ou arqueológico, como ossos ou múmias. Outras aplicações dos isótopos radioativos estão na terapia médica , na radiografia industrial e em certos dispositivos específicos, como fontes de luz fosforescente, eliminadores de eletricidade estática, calibragens de espessura e pilhas nucleares.

A Descoberta da Radioatividade

Henri Becquerel descobriu que o urânio e seus compostos emitiam uma radiação penetrante, mas interpretou o fenômeno como um tipo de fosforescência invisível. Assim como Charles Henry, Gaston Niewenglowski e outros autores, Becquerel foi guiado pela sugestão de Poincaré de que os materiais luminescentes talvez emitissem raios X. Assim como outros pesquisadores da época, Becquerel descreveu fenômenos inexistentes, atribuindo à radiação do urânio propriedades como reflexão regular, refração, polarização e aumento de intensidade quando estimulado por luz. Apenas a partir de 1898 o estudo da radioatividade começou realmente a se desenvolver, com a gradual correção dos erros de Becquerel, a descoberta de outros elementos (além do urânio) que emitiam radiações penetrantes, e a própria formulação do conceito de "radioatividade" por Marie Curie. Somente em 1899 começou a ser esclarecida a natureza das próprias radiações emitidas pelos corpos radioativos, mostrando-se que não se tratava de raios X, e em 1902-03 foi finalmente formulada a teoria da transformação radioativa, por Rutherford e Soddy. Foi graças a esse trabalho coletivo, e não ao trabalho de Becquerel, que a radioatividade foi descoberta e compreendida.

A radioactividade pode ser:

Radioactividade natural: É a que se manifesta nos elementos radioativos e nos isótopos que se encontram na natureza e polui o meio ambiente.

Radioactividade artificial ou induzida: É aquela que é provocada por transformações nucleares artificiais.

Radioactividade artificial

Produz-se a radioatividade induzida quando se bombardeiam certos núcleos com partículas apropriadas. Se a energia destas partículas tem um valor adequado, elas penetram no núcleo bombardeado formando um novo núcleo que, no caso de ser instável, se desintegra posteriormente. Foi descoberta pelo casal “Joliot-Curie” (Frédéric Joliot e Irène Joliot-Curie), bombardeando núcleos de boro e alumínio com partículas alfa. Observaram que as substâncias bombardeadas emitiam radiações após retirar o corpo radioativo emissor das partículas alfa. O estudo da radioatividade permitiu um maior conhecimento da estrutura dos núcleos atômicos e das partículas subatômicas. Abriu-se a possibilidade de transformação de elementos em elementos diferentes. Inclusive o sonho dos alquimistas de transformar outros elementos em ouro se tornou realidade, mesmo que o processo economicamente não seja rentável.

Classes de radiação

  1. comprovou-se que a radiaçãopode ser três clases diferentes:
  • Radiação alfa

São fluxos de partículas carregadas positivamente,por 2 nêutrons e 2 prótons (núcleo de hélio).São desviadas por campos elétricose magnéticos. São muito ionizantes porém pouco penetrantes. Quando um radioisótopo emiti uma partícula alfa, seu número de massa (A) diminui 4 unidades e seu número atômico diminui 2 unidades.

  • Radiação beta

São fluxos de partículas originárias do núcleo, fato esse que as distingue dos elétrons.Estas partículas tem a mesma natureza dos eletrons orbitais,e são resultantes da desintegração de neutrons do núcleo.É desviada por campos elétricos e magnéticos. É mais penetrante porém menos ionizante que a radiação alfa.

  • Radiação gama

São ondas eletromagnéticas. É o tipo mais penetrante de radiação. Não apresenta carga elétrica e não é afetadada pelo campos elétricos e magnéticos. É uma radiação muito perigosa aos organismos vivos. Com o recebimento da radiação gama , pode-se alterar o material genético da pessoa, fazendo com que seus filhos tenham alta possibilidade de nascerem cegos,surdos, midos ou com algum outro tipo de deficiência.

Leis de Soddy e Fajans

  1. As leis da desintegração radioactiva, descritas por Soddy e Fajans, são:
  • Quando um átomo radioactivo emite uma partícula alfa, o número de massa do átomo resultante diminui em 4 unidades e o número atómico em 2 unidades.
  • Quando o átomo radioactivo emite uma partícula beta, o número de massa do átomo resultante não varia e o seu número atómico aumenta em 1 unidade.
  • Quando um núcleo "excitado" emite uma radiação gama não ocorre variação no seu número de massa e número atómico, porém ocorre uma perda de uma quantidade de energia "hv".

As duas primeiras leis indicam-nos que, quando um átomo emite uma radiação alfa ou beta, transforma-se em outro átomo de elemento químico diferente. Este novo elemento pode ser radioactivo, transformando-se neutro, e assim sucessivamente, dando lugar às chamadas "séries radioactivas".

Desse modo, a emissão de partículas alfa e beta pelos átomos instáveis muda seu número atómico, transformando-os em outros elementos. O processo de desintegração nuclear só termina com a formação de átomos estáveis. O urânio-238, por exemplo, vai sofrendo decaimento até formar o elemento chumbo-206.

Principais Acidentes Nucleares (até 1998)

Em 1957 escapa radioatividade de uma usina inglesa situada na cidade de Liverpool. Somente em 1983 o governo britânico admitiria que pelo menos 39 pessoas morreram de câncer, em decorrência da radioatividade liberada no acidente. Documentos secretos recentemente divulgados indicam que pelo menos quatro acidentes nucleares ocorreram no Reino Unido em fins da década de 50.

  • Em setembro de 1957, um vazamento de radioatividade na usina russa de Tcheliabinski contamina 270 mil pessoas.
  • Em dezembro de 1957, o superaquecimento de um tanque para resíduos nucleares causa uma explosão que libera compostos radioativos numa área de 23 mil km2. Mais de 30 pequenas comunidades, numa área de 1.200 km², foram riscadas do mapa na antiga União Soviética e 17.200 pessoas foram evacuadas. Um relatório de 1992 informava que 8.015 pessoas já haviam morrido até aquele ano em decorrência dos efeitos do acidente.
  • Em janeiro de 1961, três operadores de um reator experimental nos Estados Unidos morrem devido à alta radiação.
  • Em outubro de 1966, o mau funcionamento do sistema de refrigeração de uma usina de Detroit causa o derretimento parcial do núcleo do reator.
  • Em janeiro de 1969, o mau funcionamento do refrigerante utilizado num reator experimental na Suíça, inunda de radioatividade a caverna subterrânea em que este se encontrava. A caverna foi lacrada.
  • Em março de 1975, um incêndio atinge uma usina nuclear americana do Alabama, queimando os controles elétricos e fazendo baixar o volume de água de resfriamento do reator a níveis perigosos.
  • Em março de 1979, a usina americana de Three Mile Island, na Pensilvânia, é palco do pior acidente nuclear registrado até então, quando a perda de refrigerante fez parte do núcleo do reator derreter.
  • Em fevereiro de 1981, oito trabalhadores americanos são contaminados, quando cerca de 100 mil galões de refrigerante radioativo vazam de um prédio de armazenamento do produto.
  • Durante a Guerra das Malvinas, em maio de 1982, o destróier britânico Sheffield afundou depois de ser atingido pela aviação argentina. De acordo com um relatório da Agência Internacional de Energia Atômica, o navio estava carregado com armas nucleares, o que põe em risco as águas do Oceano Atlântico próximas à costa argentina.
  • Em janeiro de 1986, um cilindro de material nuclear queima após ter sido inadvertidamente aquecido numa usina de Oklahoma, Estados Unidos.
  • Em abril de 1986 ocorre o maior acidente nuclear da história (até agora), quando explode um dos quatro reatores da usina nuclear soviética de Chernobyl, lançando na atmosfera uma nuvem radioativa de cem milhões de curies (nível de radiação 6 milhões de vezes maior do que o que escapara da usina de Three Mile Island), cobrindo todo o centro-sul da Europa. Metade das substâncias radioativas voláteis que existiam no núcleo do reator foram lançadas na atmosfera (principalmente iodo e césio). A Ucrânia, a Bielorússia e o oeste da Rússia foram atingidas por uma precipitação radioativa de mais de 50 toneladas. As autoridades informaram na época que 31 pessoas morreram, 200 ficaram feridas e 135 mil habitantes próximos à usina tiveram de abandonar suas casas. Esses números se mostrariam depois absurdamente distantes da realidade, como se verá mais adiante.
  • Em setembro de 1987, a violação de uma cápsula de césio-137 por sucateiros da cidade de Goiânia, no Brasil, mata quatro pessoas e contamina 249. Três outras pessoas morreriam mais tarde de doenças degenerativas relacionadas à radiação.
  • Em junho de 1996 acontece um vazamento de material radioativo de uma central nuclear de Córdoba, Argentina, que contamina o sistema de água potável da usina.
  • Em dezembro de 1996, o jornal San Francisco Examiner informa que uma quantidade não especificada de plutônio havia vazado de ogivas nucleares a bordo de um submarino russo, acidentado no Oceano Atlântico em 1986. O submarino estava carregado com 32 ogivas quando afundou.
  • Em março de 1997, uma explosão numa usina de processamento de combustível nuclear na cidade de Tokai, Japão, contamina 35 empregados com radioatividade.
  • Em maio de 1997, uma explosão num depósito da Unidade de Processamento de Plutônio da Reserva Nuclear Hanford, nos Estados Unidos, libera radioatividade na atmosfera (a bomba jogada sobre a cidade de Nagasaki na Segunda Guerra mundial foi construída com o plutônio produzido em Hanford).
  • Em junho de 1997, um funcionário é afetado gravemente por um vazamento radioativo no Centro de Pesquisas de Arzamas, na Rússia, que produz armas nucleares.
  • Em julho de 1997, o reator nuclear de Angra 2, no Brasil, é desligado por defeito numa válvula. Segundo o físico Luiz Pinguelli Rosa, foi "um problema semelhante ao ocorrido na usina de Three Mile Island", nos Estados Unidos, em 1979.

  • Em outubro de 1997, o físico Luiz Pinguelli adverte que estava ocorrendo vazamento na usina de Angra 1, em razão de falhas nas varetas de combustível.


Séries radioativas naturais
Elemento radioativos naturais com Z £ 84; parte dos que têm Z entre 81 e 83. São exceções os isótopos radioativos naturais com Z < 81.

  • Séries radioativas naturais
  • Série do urânio 238U ® 206Pb (4n + 2)
  • Série do tório 232Th ® 208Pb (4n)
  • Série do actínio 235U ® 207Pb (4n + 3)

Contador Geiger-Muller é o aparelho usado para detectar radioatividade. As emissões radioativas ionizam os gases, tornando-os condutores de eletricidade; este é o princípio de funcionamento do aparelho.

Cinética das radiações

  • v = k·N v = velocidade de desintegração ou atividade radioativa k = constante radioativa N = número de átomos do elemento radioativo
    Meia-vida (t1/2) é o tempo depois do qual metade dos átomos da amostra se desintegra.
    k·t1/2 = 0,693
  • Vida média = 1/k
    A velocidade de desintegração ou atividade radioativa não depende de fatores externos como pressão e temperatura, nem da substância sob a qual se apresenta o elemento radioativo. Só depende do número de átomos N do elemento radioativo presentes na amostra.
  • Transmutação artificial (Rutherford, 1919)
    14N + 4a ® 17O + 1p

A partir dessa, muitas outras transmutações foram conseguidas.

Fissão atômica e fusão nuclear

  1. Fissão atômica - Transmutação com divisão do núcleo, dando dois núcleos menores. É a transmutação da bomba atômica.
  2. Fusão nuclear - Transmutação com união de dois núcleos, dando um único núcleo. É a transmutação da bomba de hidrogênio.

Curiosidades

Acidentes e Incidentes Radioativos


Fonte: Folha Online 05 de Outubro de 1999

Vazamento de radiação contamina 22 na Coréia do Sul
AP 05/10/1999 13h41 De Seul

  • Um vazamento de água radioativa em uma usina nuclear contaminou 22 pessoas, mas foi controlado pouco depois, informou nesta terça o governo sul-coreano.
    O acidente ocorreu às 19h de ontem (8h em Brasília), quando era feito um conserto numa bomba de água para resfriamento na usina nuclear de Wolsung, segundo um comunicado do Ministério de Ciência e Tecnologia. Os 45 litros de água radioativa vazados "não saíram do edifício. Não afetaram o meio ambiente", acrescentou a declaração.
    Entre as pessoas contaminadas estão funcionários da Korea Electric Power Corp., que administra a usina. As autoridades anunciaram que investigarão o caso. Noticias sobre o acidente em 06/10/99

Fonte: UOL - Folha On-line - Das agências internacionais 30/09/1999 15h28

Em Tóquio (Japão) - Contaminados por radiação são 14

  • Um vazamento de radiação ocorrido em uma usina de processamento de urânio contaminou 14 trabalhadores, dois dos quais se encontram em estado crítico, segundo autoridades. A usina se situa em Tokaimura, a noroeste de Tóquio. O porta-voz do governo, Hiromu Nonaka, disse que o acidente foi algo "sem precedentes", mas não deu mais detalhes. Os níveis de radiação em torno da usina ficaram 10.000 vezes superiores aos normais. A dois quilômetros do lugar, ainda eram dez vezes maiores que o normal, disse um funcionário da província de Ibaraki.

Informativo CRTR 6ª Região/RS Ano I Nº 2

Acidente com carga radioativa

  • O acidente ocorrido no dia 22 de dezembro foi mais um evento trágico nas vésperas do final do ano de 1998. Este acidente foi muito grave, já que levou a vida de duas pessoas. Porém, se as cápsulas de Irídio 192, que eram transportadas na ocasião fossem rompidas, o desastre teria sido muito maior.
    A contaminação pelo mineral seria tão perigosa quanto a que ocorreu em Goiânia com o Césio 137.
    O veículo acidentado transportava a substância radioativa IRÍDIO 192 mineral usado em equipamentos de Raio X, que serve para radiografar soldas industriais.
    Apesar da violência da colisão, o material ficou intacto.
    As cápsulas, do tamanho de ponta do dedo de uma criança, foram levadas para a COPESUL, empresa do Pólo Petroquímico que utiliza os serviços da ARCTES.
    Os técnicos em radiologia Industrial, Milton Sandri Silva, Leandro Paulo Parizi, Ademar Kuhn e Paulo Rucks, funcionários da empresa paulista ARCTES - Ensaios não-destrutivos, dirigiam-se do Pólo Petroquímico, em Triunfo a Esteio, num Gol da empresa, quando colidiram com um Monza dirigido por Orlando Raul Coelho. Policiais que estavam no local acreditam que o acidente deveu-se a uma tentativa de ultrapassagem do Gol que não foi concluído.
    Fica aqui o alerta do quanto estas substâncias são perigosas, principalmente se forem mal acondicionadas ou manipuladas por pessoas inexperientes.

INFORMATIVO CRTR/6ª Junho/Julho/Agosto/99 Ano I - nº 3

Acidente com Raios-X tumultua Clínica

  • No dia 27 de abril p.p, um líquido escuro que vazou de um aparelho de raios - x numa clínica na zona sul de Porto Alegre, tumultuou todo um bairro, pois criou-se uma expectativa de que o estabelecimento estaria contaminado por radioatividade. Pensava-se que estaria ocorrendo um acidente igual ao de Goiânia.
    Passava pouca mais das 15 horas, quando um caminhão do corpo de bombeiros foi deslocado para combater um princípio de incêndio num aparelho de exames de RX. Depois de soltar faíscas, o equipamento sofreu o rompimento de uma mangueira, que esguichou um líquido quente sobre o paciente, que realizava exames de suspeita de fratura. Atingido no rosto, o paciente sofreu queimaduras leves e foi imediatamente isolado numa sala. Outros sete funcionários da clínica também foram impedidos de saírem do prédio, por temor de que pudessem ter sido atingidos por radioatividade.
    Os bombeiros acionados para a tarefa isolaram com cordas e fitas uma área de 50 metros em torno do prédio e interromperam parcialmente o tráfego de veículos numa das avenidas próximas. Os próprios bombeiros colocaram-se numa espécie de quarentena os soldados receberam do tenente a ordem de não se afastarem do local, sob hipótese alguma, para descartar qualquer risco de contaminação a outras pessoas que passavam pela área.
    - Quem está dentro não sai! - berrava um dos soldados, que vestia um macacão e capacete especial, contribuindo para dar ao cenário um ar de filme de ficção científica.
    A tensão chegou ao auge com a chegada de uma ambulância de técnicos da Secretaria Municipal do Meio Ambiente e de um engenheiro de segurança, representante da Fundação Estadual de Proteção Ambiental, que carregava um contador Geiger. Foram longos minutos de espera, com populares se aglomerando nas casas vizinhas, até que o próprio representante da FEPAM se encarregasse de liberar os bombeiros e dar a boa notícia: não existia vazamento de radiação.
    O engenheiro explicou que os aparelhos de Raios X têm em seu interior uma ampola que gera energia equivalente a 100 mil volts (alta voltagem). Ela se assemelha a uma lâmpada, com a diferença de que gera radioatividade e não eletricidade. Um óleo, chamado ascarel, resfria o equipamento e o isola. Por algum motivo, o equipamento esquentou, entrou em curto-circuito e provocou a liberação do óleo quente.
    - Ele só emite a radiação quando está ligado, por meio de um complicado processo elétrico. No momento em que ocorreu o curto-circuito, a radiação deixou de existir, ponderou o engenheiro, cujo contador Geiger não detectou qualquer emissão radioativa no local.
    O engenheiro assegurou que este tipo de aparelho não utiliza cápsulas de Césio 137 ou de outro elemento radioativo qualquer. Esses equipamentos que têm minerais radioativos no seu interior são de outro tipo, para radioterapia. Existem cerca de 20 destes em Porto Alegre, contra 200 de Raios X, como dessa clínica.
    O paciente atingido pelo óleo foi medicado no Hospital de Pronto Socorro e liberado. Foi o final feliz de uma tarde de suspense. (Matéria publicada no Jornal Zero Hora, de 28/04/99). www.google.com.br