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Radioatividade Apostila educativa

Por ELIEZER DE MOURA CARDOSO Colaboradores: Ismar Pinto Alves José Mendonça de Lima Luiz Tahuata Paulo Fernando Heilbron Filho Claudio Braz Sonia Pestana

Comissão Nacional de Energia Nuclear

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A ESTRUTURA DA MATÉRIA E O ÁTOMO, 3 ESTRUTURA DO NÚCLEO, 3 OS ISÓTOPOS, 4 RADIOATIVIDADE, 5 RADIAÇÃO ALFA OU PARTÍCULA ALFA, 6 RADIAÇÃO BETA OU PARTÍCULA BETA, 6 RADIAÇÃO GAMA, 7 PARTÍCULAS E ONDAS, 7 ATIVIDADE DE UMA AMOSTRA, 8 DESINTEGRAÇÃO OU TRAMUTAÇÃO RADIOATIVA, 8 MEIA-VIDA, 9 AS FAMÍLIAS RADIOATIVAS, 12 O LIXO ATÔMICO, 14 TRATAMENTO DE REJEITOS RADIOATIVOS, 15 O ACIDENTE EM GOIÂNIA, 16 CONTAMINAÇÃO E IRRADIAÇÃO, 17 A DESCONTAMINAÇÃO EM GOIÂNIA, 18

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Todas as coisas existentes na natureza são constituídas de átomos ou suas combinações. Atualmente, sabemos que o átomo é a menor estrutura da matéria que apresenta as propriedades de um elemento químico. A estrutura de um átomo é semelhante à do Sistema Solar, consistindo em um núcleo, onde fica concentrada a massa, como o Sol, e em partículas girando em seu redor, denominadas elétrons, equivalentes aos planetas.

Como o Sistema Solar, o átomo possui grandes espaços vazios, que podem ser atraves- sados por partículas menores do que ele.

A comparação com o sistema solar, embora sirva para dar uma idéia visual da estrutura do átomo, destacando os “grandes espaços vazios”, não exprime a realidade.

No sistema solar, os planetas se distribuem quase todos num mesmo plano de rotação ao redor do Sol. No átomo, os elétrons se distribuem em vários planos em torno do núcleo. Não é possível determinar simultaneamente a posição de um elétron e sua velocidade num dado instante.

O núcleo do átomo é formado, basicamente, por partículas de carga positiva, chamadas prótons, e de partículas de mesmo tamanho mas sem carga, denominadas nêutrons. O número de prótons (ou número atômico) identifica um elemento químico, comandando seu comportamento em relação aos outros elementos. O elemento natural mais simples, o hidrogênio, possui apenas um próton; o mais complexo, o urânio, tem 92 prótons, sendo o elemento químico natural mais pesado.

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O número de nêutrons no núcleo pode ser variável, pois eles não têm carga elétrica. Com isso, um mesmo elemento químico pode ter massas diferentes. Átomos de um mesmo elemento químico com massas diferentes são denominados isótopos. O hidrogênio tem 3 isótopos: o hidrogênio, o deutério e o trítio.

O urânio, que possui 92 prótons no núcleo, existe na natureza na forma de 3 isótopos:

• U-234, com 142 nêutrons (em quantidade desprezível); • U-235, com 143 nêutrons, usado em reatores PWR, após enriquecido (0,7%);

• U-238, com 146 nêutrons no núcleo (9,3%).

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O esquecimento de uma rocha de urânio sobre um filme fotográfico virgem levou à descoberta de um fenômeno interessante: o filme foi velado (marcado) por “alguma coisa” que saía da rocha, na época denominada raios ou radiações. Outros elementos pesados, com massas próximas à do urânio, como o rádio e o polônio, também tinham a mesma propriedade. O fenômeno foi denominado radioatividade e os elementos que apresentavam essa propriedade foram chamados de elementos radioativos. Comprovou-se que um núcleo muito energético, por ter excesso de partículas ou de carga, tende a estabilizar-se, emitindo algumas partículas.

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Um dos processos de estabilização de um núcleo com excesso de energia é o da emissão de um grupo de partículas positivas, constituídas por dois prótons e dois nêutrons, e da energia a elas associada. São as radiações alfa ou partículas alfa, núcleos de hélio (He), um gás chamado “nobre” por não reagir quimicamente com os demais elementos.

Outra forma de estabilização, quando existe no núcleo um excesso de nêutrons em relação a prótons, é através da emissão de uma partícula negativa, um elétron, resultante da conversão de um nêutron em um próton. É a partícula beta negativa ou, simplesmente, partícula beta.

No caso de existir excesso de cargas positivas (prótons), é emitida uma partícula beta positiva, chamada pósitron, resultante da conversão de um próton em um nêutron.

Portanto, a radiação beta é constituída de partículas emitidas por um núcleo, quando da transformação de nêutrons em prótons (partículas beta) ou de prótons em nêutrons (pósitrons).

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Geralmente, após a emissão de uma partícula alfa () ou beta (), o núcleo resultante desse processo, ainda com excesso de energia, procura estabilizar-se, emitindo esse excesso em forma de onda eletromagnética, da mesma natureza da luz, denominada radiação gama.

esta dependente do valor de sua energia;
e se propagam com a velocidade de 300.0 km/s,
para qualquer valor de sua energia. São da mesma
natureza da luz e das ondas de transmissão de rádio e TV.

Conforme foi descrito, as radiações nucleares podem ser de dois tipos: a) partículas, possuindo massa, carga elétrica e velocidade, b) ondas eletromagnéticas, que não possuem massa A identificação desses tipos de radiação foi feita utilizando-se uma porção de material radioativo, com o feixe de radiações passando por entre duas placas polarizadas com um forte campo elétrico.

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Os núcleos instáveis de uma mesma espécie (mesmo elemento químico) e de massas diferentes, denominados radioisótopos, não realizam todas as mudanças ao mesmo tempo. As emissões de radiação são feitas de modo imprevisto e não se pode adivinhar o momento em que um determinado núcleo irá emitir radiação. Entretanto, para a grande quantidade de átomos existente em uma amostra é razoável esperar-se um certo número de emissões ou transformações em cada segundo. Essa “taxa” de transformações é denominada atividade da amostra.

UNIDADE DE ATIVIDADE A atividade de uma amostra com átomos radioativos (ou fonte radioativa) é medida em:

Bq (Becquerel) = uma desintegração por segundo Ci (Curie) = 3,7 x 1010 Bq

Como foi visto, umnúcleo com excesso de energia tende a estabilizar-se,

emitindo partículas alfa ou beta. Em cada emissão de uma dessas partículas, há uma variação do número de prótons no núcleo, isto é, o elemento se transforma ou se transmuta em outro, de comportamento químico diferente. Essa transmutação também é conhecida como desintegração radioativa, designação não muito adequada, porque dá a idéia de desagregação total do átomo e não apenas da perda de sua integridade. Um termo mais apropriado é decaimento radioativo, que sugere a diminuição gradual de massa e atividade.

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Cada elemento radioativo, seja natural ou obtido artificialmente, se transmuta (se desintegra ou decai) a uma velocidade que lhe é característica. Para se acompanhar a duração (ou a “vida”) de um elemento radioativo foi preciso estabelecer uma forma de comparação. Por exemplo, quanto tempo leva para um elemento radioativo ter sua atividade reduzida à metade da atividade inicial ? Esse tempo foi denominado meia-vida do elemento.

Meia-vida, portanto, é o tempo necessário para a atividade de um elemento radioativo ser reduzida à metade da atividade inicial.

Isso significa que, para cada meia-vida que passa, a atividade vai sendo reduzida à metade da anterior, até atingir um valor insignificante, que não permite mais distinguir suas radiações das do meio ambiente. Dependendo do valor inicial, em muitas fontes radioativas utilizadas em laboratórios de análise e pesquisa, após 10 (dez) meiasvidas, atinge-se esse nível. Entretanto, não se pode confiar totalmente nessa “receita” e sim numa medida com um detector apropriado, pois, nas fontes usadas na indústria e na medicina, mesmo após 10 meias-vidas, a atividade da fonte ainda é geralmente muito alta.

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UM EXEMPLO “DOMÉSTICO” Um exemplo “caseiro” pode apresentar, de forma simples, o conceito de meia-vida: uma família de 4 pessoas tinha 4 kg de açúcar para seu consumo normal. Logicamente, a função do açúcar é adoçar o café, o refresco, bolos e sucos. Adoçar é a atividade do açúcar, assim como a emissão de radiação é a atividade dos elementos radioativos. Por haver falta de açúcar no supermercado, foi preciso fazer um racionamento, até a situação ser normalizada, da seguinte forma: na primeira semana, foram consumidos 2 kg, metade da quantidade inicial, e “conseguiu-se” fazer dois bolos, um pudim, refrescos, sucos, além de adoçar o café da manhã. Na segunda semana, foi consumido 1 kg, metade da quantidade anterior e ¼ da inicial. Aí, já não deu para fazer os bolos.

Na terceira semana, só foi possível adoçar os refrescos, sucos e café, com os 500 gramas então existentes. Procedendo da mesma forma, na décima semana restaram cerca de 4 g de açúcar, que não dariam para adoçar um cafezinho. Essa quantidade de açúcar não faria mais o efeito de adoçar e nem seria percebida. No exemplo citado, a meia-vida do açúcar é de uma semana e, decorridas 10 semanas, praticamente não haveria mais açúcar, ou melhor, a atividade adoçante do açúcar não seria notada. No entanto, se, ao invés de 4 kg, a família tivesse feito um estoque de 200 kg, após 10 meias-vidas, ainda restaria uma quantidade considerável de açúcar. Se o racionamento fosse de sal, a meia-vida do sal seria maior, por que a quantidade de sal que se usa na cozinha é muito menor do que a de açúcar. De fato, leva-se muito mais tempo para gastar 4 kg de sal do que 4kg de açúcar, para uma mesma quantidade de pessoas (consumidores).

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