Radiação nuclear

Radiação nuclear é um tipo de radiação originada no núcleo de determinados átomos de elementos químicos que não estão estáveis.

As radiações nucleares podem ser de vários tipos, mas, principalmente: partículas alfa (α), partículas beta (β) e radiação gama (γ).

Partículas alfa (α)

Núcleos atômicos instáveis, geralmente, de elevada massa atômica, emitem radiação alfa, que é constituída por dois prótons e dois nêutrons. Esta é a forma “mais rápida” de procurar a estabilidade, pois cada partícula alfa tem número de massa igual a 4. Sendo assim, a cada partícula alfa emitida por um núcleo instável, a sua massa diminui de 4 unidades.

Estas partículas liberadas possuem alta energia cinética, ou seja, alta “energia de movimento”, pois o núcleo, além de liberar os prótons e nêutrons, também libera energia, na forma de energia cinética das partículas. No entanto, essas partículas possuem baixo poder de penetração.

Partículas beta (radiação beta) (β^–,β⁺)

Uma outra forma de um núcleo atômico se estabilizar é quando existe um número bem maior de nêutrons do que de prótons. Nesse caso poderá ocorrer a transformação de um nêutron em um próton. Para esta transformação ocorrer, e a quantidade de prótons aumentar em relação à de nêutrons, é necessário que ocorra a liberação de um elétron pelo núcleo atômico. Ou seja, o núcleo atômico irá emitir, liberar, um “elétron”, ou melhor, uma sub-partícula carregada negativamente, também conhecida como partícula beta, ou beta menos, β^–.

É importante que a atenção seja voltada para o fato do “elétron” (partícula β^–) ser emitido pelo núcleo atômico, ou seja, não tem nada a ver com os elétrons da eletrosfera.

Por outro lado, quando o número de nêutrons for insuficiente para estabilizar a quantidade de prótons presentes no núcleo atômico, poderá ocorrer a transformação de um próton em um nêutron. Para esta transformação ocorrer, será necessária a liberação de uma sub-partícula positiva do núcleo atômico. Será emitida uma partícula beta positiva, β⁺, também, conhecida, como pósitron.

As partículas beta possuem alta energia cinética e poder de penetração superior ao das partículas alfa. O seu poder de penetração superior é devido ao fato da partícula possuir massa muito inferior à da partícula alfa. Mesmo que a partícula beta, possua carga (carga negativa, ou positiva), ela irá ter maior penetração, pois é mais leve e terá menor perda de energia. Entretanto, a sua penetração não será, ainda, muito alta. O seu poder de ionização também será considerável, no entanto, menor que o das partículas alfa, visto que a quantidade de cargas das partículas beta é inferior ao das partículas alfa.

Radiação gama (γ)

De uma forma geral, a radiação gama é emitida por um núcleo atômico, quando emite outros tipos de radiação, seja ela alfa ou beta. A liberação de radiação gama é uma forma encontrada pelo núcleo para se “estabilizar” quando ocorre a liberação de alguma partícula nuclear, pois com a emissão de partícula ainda resta energia em excesso no núcleo atômico, que deve ser liberada (transformação de massa em energia, segundo a equação: E = mc²). A forma encontrada pelo núcleo para liberar esta energia é através de radiação gama, que é uma forma de energia eletromagnética.

A radiação gama, por ser uma onda eletromagnética, da mesma natureza da luz, pode viajar com a velocidade da luz, ou seja, a radiação gama, propaga a 300.000 km/s, assim como a luz.

Esta radiação é altamente penetrante, ou seja, como seu poder de penetração é muito elevado, pode atravessar um corpo humano com grande facilidade, pois é muito energética, não possui massa e não possui carga elétrica, nem positiva, nem negativa (não sofre interferência elétrica, como as radiações alfa e beta).

Poder de ionização

O poder de ionização da radiação gama, normalmente é superior ao das partículas alfa e beta. O dano causado a matéria, pela radiação gama, é muitas vezes superior ao causado pelas radiações particulares, tais como alfa e beta, pois se trata de uma radiação muito energética.

Os átomos e moléculas possuem elétrons, que podem ser retirados. Quando uma radiação retira um ou mais elétrons de um átomo ou molécula, diz que ocorreu a ionização da espécie. A espécie formada ficou deficiente em elétrons e se torna muito reativa.

Quando se fala em ionizar um átomo ou molécula, é necessária uma quantidade de energia específica, nem mais, nem menos, que é definida como pacote de energia (energia quantizada), que possibilita a ionização do átomo ou molécula. A radiação gama, por ter grande quantidade de energia, irá quebrar uma ligação química com mais facilidade do que a radiação alfa ou beta, daí, a sua capacidade em provocar danos é maior.

É importante que seja observado que a radiação gama é neutra, mas não tem relação alguma com os nêutrons, que também são neutros, ou seja, radiação gama não é nêutron. Mesmo porque, quando um núcleo atômico emite nêutrons, esta radiação (de partículas) é denominada de feixe de nêutrons.

O que são radiações?

No final do século XIX, um minério de urânio foi esquecido em cima de um filme fotográfico. Dias depois, o filme foi verificado e visualizaram uma marca derivada de “alguma coisa” que saia do minério de urânio. Na época, denominaram “essas coisas” de raios ou radiações.

O fenômeno de liberação de radiações foi denominado de radioatividade e os elementos químicos que apresentavam esta propriedade foram chamados de elementos radioativos.

Atualmente, definem-se radiações, como sendo: ondas eletromagnéticas ou partículas que se propagam com alta velocidade e energia, e que, quando interagem com a matéria, podem produzir variados efeitos sobre ela.

De onde surgem as radiações?

Geralmente, as radiações podem ser geradas por fontes naturais (ex.: átomos instáveis em decaimento) ou por dispositivos desenvolvidos pelo homem (rádio AM, FM e forno de microondas).

Luz, microondas, ondas de rádio AM e FM, laser, raios X e radiação gama são as formas de radiação eletromagnéticas mais conhecidas. Já feixes de elétrons, feixes de prótons, partículas beta, partículas alfa e feixes de nêutrons são exemplos de radiação de partículas, ou seja, são radiações com massa, que podem originar de átomos de elementos químicos.

Todos os elementos químicos naturais apresentam isótopos radioativos, que podem ser, também, naturais ou artificiais (criados pelo homem).

Radiação alfa (α) | Radiação beta (β) | Radiação gama(γ) | Tempo de meia-vida

Isótopos

Isótopos são átomos de um mesmo elemento químico, ou seja, possuem o mesmo número atômico (mesmo número de prótons). No entanto, possuem massas atômicas (soma da quantidade de prótons e nêutrons existentes no núcleo atômico) diferentes.

Ex.: ¹H₁, ²H₁, ³H₁

¹H₁ à significa, que o átomo possui 1 próton e número de massa igual a 1.
²H₁ à significa, que o átomo possui 1 próton e 1 nêutron, logo, número de massa igual a 2.
³H₁ à significa, que o átomo possui 1 próton e 2 nêutrons, logo, número de massa igual a 3.

Um núcleo de um átomo qualquer é constituído basicamente por prótons e nêutrons. No entanto, por que alguns átomos (ou isótopos) são estáveis, como o ¹²C₆, e outros, como ¹⁴C₆, não são estáveis e sofrem decaimento radioativo para se estabilizar?

No núcleo de um átomo existem forças (forças nucleares) que mantêm os prótons e nêutrons ligados. Estas forças devem ser suficientemente grandes para contrabalancear as repulsões elétricas decorrentes da carga positiva dos prótons. Uma vez que os nêutrons não possuem carga elétrica. Isso deve ocorrer para explicar a existência de núcleos atômicos estáveis.

Geralmente considera-se que um núcleo atômico é estável quando a relação nêutron / próton é igual ou próxima de 1 (um).

Essa relação pode ser bem verificada para os vinte primeiros elementos químicos da tabela periódica, ou seja, até o cálcio esta relação fornece valor igual ou próximo da unidade.

Quando o número atômico, ou seja, o número de prótons no núcleo atômico aumenta, o valor da relação n / p vai se tornando cada vez maior. Mas como isso é possível, se o número atômico é que aumenta? Bem, quando o número atômico aumenta, aumenta também o número de nêutrons no interior do núcleo. Este aumento não é linear, ou seja, quando se aumenta 1 próton podem ser aumentados 1, 2, 3 ou mais nêutrons. Este número não é fixo, mas cresce mais rápido que o número de prótons. Daí, um aumento na razão n / p.

O aumento da razão n / p é para evitar a autodestruição do núcleo. Entretanto, quando há mais de 83 prótons num núcleo, nenhuma relação n / p é suficiente para estabilizar o núcleo, pois uma grande quantidade de prótons ou de nêutrons pode tornar um núcleo instável. Essa é uma realidade que a natureza impõe, ou seja, para um volume nuclear máximo é necessário que haja uma determinada quantidade de prótons e por conseqüência de estabilidade um número maior de nêutrons. A quantidade máxima de prótons existentes em um núcleo atômico estável é 83. Logo, 83 é o maior número atômico de um elemento químico natural estável, encontrado na natureza.

Sendo assim, o bismuto, número atômico 83 (Z=83), é o último elemento químico da tabela que apresenta isótopo estável. Todos os elementos de número atômico superior a 83 são radioativos, ou seja, eles necessitam sofrer decaimento radioativo para se estabilizar dando origem, assim, a átomos estáveis, geralmente Pb (Z=82) e Bi (Z=83).

Um elemento químico instável sofre decaimento radioativo liberando radiação, que pode ser partícula alfa (α), partícula beta menos (β^–) ou beta mais (β⁺). Juntamente com estas partículas, geralmente, é liberada radiação gama (γ). Dessa forma, decaindo, ou seja, liberando partículas, o núcleo atômico se torna mais estável que de início, pois a relação n / p é alterada.

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