terça-feira, 11 de outubro de 2011

Como funciona a radiação nuclear

Decaimento radioativo


O decaimento radioativo é um processo natural. Um átomo de isótopo radioativo irá espontaneamente se decair em um outro elemento através de três processos comuns:
  • decaimento alfa
  • decaimento beta
  • fissão espontânea
No processo, quatro diferentes tipos de raios radioativos são produzidos:
  • raios alfa
  • raios beta
  • raios gama
  • raios de nêutrons
O amerício-241, um elemento radioativo bem conhecido por seu uso em detectores de fumaça, é um bom exemplo de um elemento que sofre a decaimento alfa. O átomo de amerício-241 emitirá espontaneamente uma partícula alfa. A partícula alfa é formada de 2 prótons e 2 nêutrons ligados, o que é equivalente ao núcleo do hélio-4. No processo de emissão da partícula alfa, o átomo do amerício-241 se transforma em um átomo de netúnio-237. A partícula alfa sai de cena a uma velocidade alta, talvez 16 mil km/s. 

Ao analisar um átomo individual de amerício-241, é impossível prever quando ele irá eliminar a partícula alfa. Entretanto, num grupo grande de átomos de amerício, a taxa de decaimento pode se tornar bastante previsível. Sabe-se que metade dos átomos de amerício-241 decaem em 458 anos. Portanto, a meia-vida do amerício-241 é 458 anos. Cada elemento radioativo tem uma meia-vida diferente, variando desde frações de um segundo a milhões de anos, dependendo do isótopo específico. Por exemplo, o amerício-243 tem uma meia-vida de 7.370 anos. 

O trítio (hidrogênio-3) é um bom exemplo de elemento que sofre a decaimento beta. No decaimento beta, um nêutron do núcleo transforma-se espontaneamente em um próton, um elétron e uma terceira partícula denominada antineutrino. O núcleo expele o elétron e o antineutrino, enquanto o próton permanece no núcleo. O elétron ejetado é chamado de partícula beta. O núcleo perde um nêutron e ganha um próton. Portanto, um átomo de hidrogênio-3, que sofre o decaimento beta, se torna um átomo de hélio-3. Se você clicar na figura "ir" abaixo, poderá ver a mudança do nêutron. 


Na fissão espontânea, um átomo, na verdade, se divide em vez de eliminar uma partícula alfa ou beta. A palavra "fissão" significa "divisão". Um átomo pesado como férmio-256 sofre fissão espontânea em cerca de 97% das vezes que ele decai e, no processo, se transforma em 2 átomos. Por exemplo, um átomo de férmio-256 pode se tornar um átomo de xenônio-140 e um átomo de paládio-112 e no processo irá eliminar 4 nêutrons, conhecidos como "nêutrons imediatos", porque são ejetados no momento da fissão. Esses nêutrons podem ser absorvidos por outros átomos, causando reações nucleares, tais como decaimento ou fissão ou como bolas de sinuca, podem colidir com outros átomos e causar a emissão de raios gama. 
A radiação com nêutron pode ser usada para transformar átomos não-radioativos em radioativos. Isso tem aplicações práticas na medicina nuclear. A radiação com nêutron também é feita nos reatores nucleares das usinas de energia, navios nucleares e aceleradores de partículas, aparelhos usados para estudar a física subatômica. 

Em muitos casos, um núcleo que sofreu decaimento alfa, beta ou uma fissão espontânea, estará bastante energizado e, portanto, será instável. Ele eliminará sua energia extra na forma de um pulso eletromagnético conhecido como raio gama. Raios gama são parecidos com raios-X na maneira como penetram a matéria; porém, têm mais energia. Raios gama são feitos de energia e não de partículas em movimento como as alfa e beta. 

Existem ainda os raios cósmicos, que bombardeiam a Terra o tempo todo. Esses raios têm origem no Sol e também em astros que explodem, como as estrelas. A maioria dos raios cósmicos (talvez 85%) são prótons, viajando próximos da velocidade da luz, enquanto talvez 12% sejam partículas alfa viajando também muito rapidamente, é a velocidade dessas partículas que lhes dá a habilidade de penetrar a matéria. Quando chegam à atmosfera, elas colidem com átomos de várias maneiras, gerando raios cósmicos secundários que têm menos energia. Estes raios cósmicos secundários então colidem com outras coisas na Terra, incluindo seres humanos. Nós somos atingidos por raios cósmicos secundários todo o tempo, mas não somos afetados porque esses raios secundários têm energia mais baixa que os raios primários. Os raios cósmicos primários são um perigo para os astronautas no espaço. 

Um perigo natural

Embora eles sejam naturais, no sentido que os átomos radioativos se decompõem naturalmente e os elementos radioativos são parte da natureza, todas as emissões radioativas são perigosas para os seres vivos. Partículas alfa, partículas beta, nêutrons, raios gama e raios cósmicos são todos conhecidos como radiação ionizante. Quando esses raios interagem com um átomo eles podem arrancar um de seus elétrons orbitais. A perda de elétrons pode causar todo tipo de problema, desde morte celular a mutações genéticas (que podem levar ao câncer), em qualquer ser vivo.

Em virtude das partículas alfa serem grandes, elas não podem penetrar muito fundo na matéria. Não conseguem penetrar numa folha de papel, por exemplo; assim, quando estão fora do corpo humano, são inofensivas. Entretanto, se você comer ou inalar átomos que emitem partículas alfa, elas podem causar um grande dano ao seu organismo.

As partícula beta penetram um pouco mais profundamente, mas da mesma forma, são perigosas apenas se inaladas ou ingeridas; partículas beta podem ser detidas por uma filme de alumínio ou vidro plástico. Raios gama, como os raios-X, são detidos pelo chumbo.

Os nêutrons, porque lhes falta carga, penetram muito profundamente, e são barrados mais eficientemente por grossas camadas de concreto, ou líquidos como água ou óleo combustível. Os raios gama e os nêutrons, em razão de serem tão penetrantes, podem ter efeitos severos nas células humanas e de animais. Você pode ter em algum momento ouvido falar de um dispositivo nuclear chamado bomba de nêutrons. Todo o conceito dessa bomba gira em torno de otimizar a produção de nêutrons e raios gama para que tenha o máximo efeito sobre os seres vivos.

Como vimos, a radioatividade é natural e todos nós possuímos algum tipo de radiação em nosso corpo, como o isótopo radioativo carbono-14, por exemplo. Existe, todavia, uma quantidade de elementos nucleares que foram manipulados pelo homem, e que podem ser benéficos ou prejudiciais. Do mesmo modo que a radiação nuclear nos auxilia em fatores importantes, tais como a geração de eletricidade, ou a detecção e tratamento de doenças na medicina, ela também nos expõe a perigos significativos.

Esta publicação foi retirada na íntegra e com referências de  http://ciencia.hsw.uol.com.br/radiacao-nuclear4.htm
por Altemar Vinicius Trescastro Miranda - traduzido por HowStuffWorks Brasil

Nenhum comentário:

Postar um comentário