Energia Nuclear – os superpoderes do átomo – parte 1

Histórico

No início do século 19, quando John Dalton percebeu que todas as substâncias da matéria eram

constituídas de átomos, ele jamais poderia supor que aquelas unidades microscópicas conteriam

tanta energia. Todas as evidências experimentais indicavam que o átomo seria “indivisível”, muito

estável e aparentemente imutável, pois não variavam de massa durante as reações químicas e

Dalton caracterizava e identificava os átomos pela massa.

Mas, em 1897, J. J. Thomson descobriu o elétron, que é uma partícula muito menor que o átomo,

responsável pela eletricidade e integrante da estrutura do átomo. Como o elétron tem carga

negativa, sua descoberta obrigava Thomson a supor a existência de outras partículas

subatômicas positivas, pois a matéria se mantém quase o tempo todo com carga neutra. Era

evidente que o átomo não era a “menor partícula da matéria”, como supunha Dalton; e deveria ter

uma estrutura bem mais complexa do que a de uma bolinha maciça. Com os avanços dos

estudos, os cientistas perceberam que os elementos químicos se diferenciavam pelo número de

cargas positivas, hoje chamadas prótons, e não pela massa.

Em 1911, Ernest Rutherford e sua equipe descobriam algo surpreendente: o átomo tinha um

núcleo atômico de 10 mil a 100 mil vezes menor que o próprio átomo; mas que, mesmo tão

pequeno, concentrava grande parte da massa e todas as cargas positivas nele. O átomo parecia

ser um minúsculo “sistema solar”, com muito maior proporção de espaços vazios do que de

matéria maciça, enquanto os elétrons estariam girando em volta desse núcleo, como planetas ao

redor do Sol.

Muitas perguntas e dúvidas “choviam” nas cabeças dos cientistas: Como o átomo poderia ser a

unidade básica da matéria, sendo tão “vazio”? Por que os elétrons não “caem” no núcleo, já que

são atraídos por ele? Como os núcleos dos átomos podem se manter estáveis com tantas cargas

positivas próximas, repelindo-se umas às outras? Como uma estrutura tão “estranha” pode ser a

base de tudo?

Muitas dessas perguntas foram sendo respondidas mais rápida ou mais lentamente, ao longo das

décadas seguintes, com a colaboração de inúmeros cientistas, em diversos países. Teorias

importantes e revolucionárias, como a Física Quântica, surgiram para explicar o átomo,

explicando o estranho comportamento e a energia dos elétrons. Mas uma outra descoberta foi

crucial para o entendimento do átomo: a radioatividade.

Em 1896, Henri Becquerel guardou uma pedra de urânio em uma gaveta de seu laboratório,

sobre uma pilha de chapas fotográficas, as quais ficavam protegidas da luz, envoltas em um pano

escuro. Depois de algum tempo, ele resolveu usar as chapas para tirar algumas fotos; mas,

quando foi revelá-las, Becquerel percebeu “manchas” em cada uma das chapas, do tamanho da

pedra. Era como se ele tivesse tirado “fotos embaçadas” da pedra, sem o uso de câmeras.

Chapa fotográfica de Becquerel impressa com

radioatividade. Disponível em (acesso 11.11.2013):

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Becquerel_plat

e.jpg

Albert Einstein, em 1921.

Disponível em:

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ei

nstein1921_by_F_Schmutzer_2.jpg

Acesso em: 11.11.2013

A pedra emitiu alguma energia invisível, que conseguiu

atravessar não só o pano escuro, como todas as chapas,

uma a uma, como se elas não estivessem no caminho,

causando as manchas.

Percebendo que estava diante de uma descoberta

importante, Becquerel passou a usar chapas fotográficas

para identificar mais elementos que emitissem essa

energia. O casal Pierre e Marie Curie passaram a

pesquisar também essa estranha energia, chamando-a

de “radioatividade”, ou seja, “atividade do rádio”. O “rádio”

é um elemento metálico descoberto pelo casal Curie, em

1902, que emite três tipos diferentes de radioatividade,

ao mesmo tempo: radiações “alfa”, “beta” e “gama”.

O que mais surpreendia os cientistas era a quantidade de energia liberada pelos elementos

radioativos, que parecia ser infinita. Como isso seria possível? Em 1905, o cientista Albert

Einstein lançou a Teoria da Relatividade, que causou grande impacto no meio científico,

revolucionando os conceitos de tempo, espaço, matéria, energia e o entendimento sobre as

propriedades da luz. Os conceitos defendidos por Einstein eram tão novos que a comunidade

científica não sabia se apoiava, condenava ou ignorava suas ideias.

Mas a equação “E = m.C2” - a equação mais famosa da história da Ciência – prometia explicar a

imensa energia liberada pelos elementos radioativos. Na medida em que sua teoria se tornava

mais difundida, causando fascínio no público pela relação com a ficção científica dos livros e do

cinema, Einstein, aos poucos, adquiria aura de “astro pop”. De acordo com a sua equação, a

energia (E) pode ser convertida em massa (m) e vice-versa; na verdade, são a mesma coisa, já

que há um sinal de igualdade entre elas (=). Como a massa é multiplicada pela velocidade da luz,

ao quadrado (C2), pequenas massas podem ser transformadas em grandes quantidades de

energia.

Antes de Einstein, “energia” e “matéria” eram conceitos totalmente

distintos. Além disso, a Lei de Lavoisier (século 17) afirma que “a

massa dos reagentes é sempre igual à massa dos produtos”;

portanto, não se imaginava um processo qualquer em que a

massa pudesse “desaparecer” ou ser convertida em energia.

Em outras palavras, alterações e transformações naturais da

matéria podem acontecer, transformando-a parcial ou totalmente

em energia; e a radioatividade era uma prova de que isso era

possível. O próprio Sol poderia ser explicado pela equação de

Einstein, pois, se sua energia fosse uma simples “combustão”, já

teria se extinguido há milhões de anos. E mais: a equação de

Einstein não especificava qual tipo de matéria poderia ser

convertida em energia; teoricamente, qualquer substância serviria.

Mas, para que isso acontecesse na prática, seria necessária uma tecnologia de divisão do núcleo

do átomo. E essa tecnologia ainda não existia.

Fissão nuclear

Na década de 1930, os trabalhos dos cientistas Enrico Fermi, Otto Hahn e Fritz Strasman levaram

à reação de “fissão” ou “divisão” do núcleo do átomo de urânio, a partir do bombardeamento de

nêutrons no núcleo do urânio. O núcleo se divide, formando dois novos átomos de menor número

atômico. Além disso, havia a possibilidade de ser criada uma reação em cadeia, em que os

nêutrons restantes da divisão dividissem os núcleos de outros átomos, que liberariam mais

nêutrons, dividindo mais átomos, num processo contínuo e rápido, liberando grande quantidade

de energia.

No final dessa década, os nazistas estavam no poder na Alemanha e a II Guerra havia começado.

Em 1939, Einstein escreveu uma carta para o presidente Roosevelt, alertando sobre a

possibilidade de os alemães estarem próximos de produzir a primeira bomba nuclear, ressaltando

a importância da criação de um projeto americano para a produção da bomba, antes que os

nazistas o fizessem. Essa carta motivou a criação do Projeto Manhatan, que construiu as

primeiras bombas, sem que Einstein fosse convidado para o projeto.

Antes que as bombas ficassem prontas, a guerra contra os nazistas tinha acabado. Einstein

imaginou que elas não seriam mais usadas; mas, ao contrário, foram lançadas em Hiroshima e

Nagasaki, em 1945. Apavorado com o poder de destruição das bombas, Einstein se culpou e fez

campanha para que as armas nucleares fossem abandonadas, nas décadas seguintes, sem

sucesso.

Como se percebe, a humanidade deu um grande salto de conhecimentos, em poucos anos: antes

de 1900, havia total ignorância sobre a radioatividade e até sobre o núcleo; mas, dos anos 30 até

a metade dos anos 40, chegou-se à produção de armas nucleares.

Da década de 1950 em diante, os países do bloco soviético e os países do bloco capitalista,

liderados pelos EUA, investiram pesado em programas nucleares, não só para aperfeiçoamento e

multiplicação do arsenal de bombas atômicas, mas também para a construção de usinas.

Teoricamente, as usinas nucleares produziriam a energia nuclear de forma controlada, para a

produção de energia elétrica.

A partir dos anos 60, a era da “inocência” sobre o átomo havia acabado. O átomo “indivisível” de

John Dalton era, na verdade, perigosa e violentamente “divisível” e podia ser usado para produzir

energia elétrica, mas também, para a destruição. A corrida armamentista entre os blocos

capitalista e socialista prosseguiu, até o momento em que ambos tinham tantas bombas

nucleares com as quais seria possível destruir a humanidade inteira. O medo de uma guerra

nuclear mundial era constante. As bombas de fissão nuclear, semelhantes à lançada em

Hiroshima, passaram a ser consideradas de pequena potência, sendo usadas apenas para criar a

temperatura elevada para detonar as bombas de fusão nuclear - ou “bombas de hidrogênio”.

O tratado para a não proliferação de armas nucleares foi assinado por diversos países, ainda na

década de 60; mas isso não impediu que, ainda hoje, haja acusações de enriquecimento de

Marie Curie, a primeira mulher a ganhar um

prêmio Nobel de física, junto com o marido, Pierre

Curie, em 1903; e a primeira pessoa a ganhar um

segundo prêmio Nobel, de química, em 1911.

Disponível em:

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Marie_Curie_

%28Nobel-Chem%29.png Acesso:11.11.2013

urânio para fins bélicos, entre países de blocos políticos diferentes, que se defendem, dizendo ser

para fins pacíficos. Os atuais confrontos e ameaças mútuas entre o Irã e os EUA são um exemplo

típico disso.

Além das usinas de energia, outro uso positivo da energia nuclear se deu no campo da medicina,

setor em que a radioatividade passou a ser usada para a cura, como a radioterapia do câncer, e

para diagnósticos, como a radiografia e a tomografia. As primeiras radiografias foram tiradas por

Marie Curie, que montou seu equipamento em uma carroça para atender aos feridos, nas frentes

de batalha, ainda na I Guerra Mundial.

Ao longo das décadas seguintes, alguns acidentes

nucleares agravaram as preocupações mundiais quanto

ao aproveitamento do átomo: Three Mile Island, na

Pensilvânia, EUA, em março de 1979; Chernobyl, em

Kiev, Rússia, em abril de 1986; Fukushima, no Japão,

em março de 2011. No Brasil, um simples equipamento

médico contendo césio-137 fez dezenas de vítimas, em

Goiânia, em setembro de 1987. Foram acidentes com

causas diferentes e de intensidade e gravidade também

diferentes. Apesar de raros, os acidentes nucleares

costumam ser devastadores.

Assim, a energia do núcleo do átomo vem sendo

defendida por uns, inclusive por ambientalistas, sob o

argumento de que as usinas não emitem gases do efeito

estufa. Outros, como o famoso Greenpeace, são contrários à energia nuclear, por conta dos

riscos de acidentes.

Tanta controvérsia apenas tem sustentado uma certeza: ainda não sabemos muito bem o que

fazer com a energia nuclear.

Sugestões:

Einstein e a energia nuclear

https://www.youtube.com/watch?v=JJbxgAE9Exk

Disney – Nosso amigo o átomo – versão em português

https://www.youtube.com/watch?v=TW1HTyTissw

Hiroshima, o dia seguinte

https://www.youtube.com/watch?v=kreMfHRwjig

Cesio 137 – documentário Linha Direta

http://www.youtube.com/watch?v=MfshO3PvlYs

A saga do prêmio nobel – o clã Curie – parte 1/3

http://www.youtube.com/watch?v=nqXguKTFa0c

Instabilidade nuclear

Os átomos radioativos são aqueles que possuem o núcleo instável, pois possuem números de

prótons e de nêutrons “desequilibrados”. Os nêutrons participam diretamente de uma força

chamada “força nuclear forte”, que mantém o núcleo atômico unido. Os prótons são positivos e,

por isso, se repelem; essa repulsão pode desintegrar o núcleo. Mas, se os nêutrons estiverem em

número suficiente, essa repulsão é compensada pela força nuclear forte, mantendo o núcleo

atômico estável.

Compare a massa e o número atômico (prótons) dos elementos, na tabela e no gráfico abaixo:

quanto mais prótons, muito mais nêutrons são necessários.

Tabela de estabilidade nuclear

Observe que, para os átomos pequenos, o número Z pode ser igual a N, ou seja, o número atômico ou de prótons pode ser igual ao de

nêutrons. Aumentando progressivamente o número atômico, o número de nêutrons precisa estar em proporções cada vez maiores, em

relação a Z.

Disponível em: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Tabela_estabilidade.png - Acesso:11.11.2013

Isótopo Hidrogênio-1 Carbono-12 Ferro-56 Chumbo-207 Rádio-226 Urânio-235* Urânio-238

Prótons 1 6 26 82 88 92 92

Nêutrons 0 6 30 125 138 143 146

*O urânio-235 tem número menor de nêutrons que seu isótopo 238, o que torna seu núcleo “físsil”, ou seja, capaz de sofrer “fissão” ou divisão.

Quando um material qualquer é radioativo, isto significa que os núcleos dos seus átomos

“expelem” energia e partículas para o ambiente, que é a radioatividade. Isso continua até o

momento em que esses elementos “transmutam” para outros elementos, cujo número de prótons

e nêutrons estejam em proporção ideal; ou seja, deixam de ser radioativos.

Uma amostra radioativa qualquer pode demorar alguns segundos ou até milhões de anos para

deixar de ser radioativa, pois mesmo poucas gramas contêm um número da ordem sextilhões de

átomos (1 “mol” equivale a 602 sextilhões ou 6,02 x 1023)! Esse tempo depende da frequência de

“decaimento” de cada elemento químico, denominado “meia-vida”.

Principais tipos de radioatividade

Radiação alfa ou partículas alfa (α): formadas por dois prótons e dois nêutrons ligados, o que

equivale a um núcleo de hélio (24He2+).

Radiação beta negativa (β-): elétrons (0e-) irradiados pela desintegração de um nêutron. Isso

mesmo: elétrons expulsos do núcleo atômico!

Radiação beta positiva ou pósitrons (β+): pósitrons ou “elétrons positivos” (0e+) irradiados pela

desintegração de um próton.

Nêutron (nº): emissão direta de um nêutron pelo núcleo. O exemplo mais famoso é a emissão de

nêutrons pelo carbono-14, que se transforma em carbono-12. Como a meia-vida do carbono-14 é

muito longa, saber quanto de carbono-14 ainda há em um fóssil permite calcular a idade do fóssil

Raios gama (γ): ondas eletromagnéticas de alta energia, de comprimento de onda muito curto;

ou seja, uma energia da mesma natureza da luz, mas muito mais perigosa, mesmo quando

comparada à ultravioleta. Elas têm alto poder de penetração na matéria, modificando a ligação

entre os átomos, causando danos às células e aos tecidos vivos, pois é uma radiação ionizante;

ou seja, retira elétrons dos átomos neutros, transformando-os em íons. O átomo que libera

radiação gama não sofre alteração de seus números de prótons e de nêutrons e, portanto, não

altera significativamente sua massa.

Raios X: ondas eletromagnéticas curtas, mas não tão curtas quanto os raios gama. São emitidas

pela incidência de elétrons acelerados sobre um metal qualquer. Possuem grande poder de

penetração, sendo usados para imagens diagnósticas em radiografias, principalmente de ossos.

Raios gama, ondas eletromagnéticas emitidas do núcleo.

Disponível em: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gamma_Decay.svg - Acesso:

11.11.2013

Os três primeiros tipos de radioatividade a serem descobertos foram as radiações alfa, beta

negativa (chamada originalmente apenas de “radiação beta”) e gama, em um experimento de

Rutherford e Soddy, em 1911, no qual a radiação emitida pelo metal rádio (88Ra) foi submetida a

campos elétricos opostos, colocados lateralmente à trajetória da radiação.

Comportamento dos principais tipos de radioatividade, sob a

influência de campos elétricos positivos e negativos.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Deflection_of_nuclear_radiation_in_a_magnetic_field_en.svg - Acesso em 11.11.2013.

Pela ilustração acima, percebe-se que as partículas mais pesadas, como a alfa (α), sofrem uma

“deflexão” menor, ou seja, se curvam menos, sob a influência da carga elétrica oposta; enquanto

as mais leves, como os elétrons (β-) e pósitrons (β+), fazem uma curvatura mais acentuada em

suas trajetórias. Isto acontece por causa da inércia de cada tipo de partícula. Os nêutrons e a

radiação alfa não sofrem deflexão, pois não possuem carga positiva nem negativa.

Poder de penetração das radiações alfa, beta e gama. O papel

bloqueia a radiação alfa. O metal fino bloqueia a radiação beta. O

chumbo bloqueia os raios gama, dependendo da espessura.

O chumbo, o concreto e a água são os materiais mais usados para

reter a radiação. Coletes e biombos de chumbo são muito usados

para proteger os pacientes e os funcionários que lidam com

radiografias e abreugrafias. Nas usinas nucleares, além de

concreto, aço e chumbo, são usados reservatórios de água para

armazenar reatores.

Disponível em: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Alfa_beta_gamma_radiation_penetration.svg – Acesso em 11.11.2013.

Decaimento alfa (α)

A partícula alfa possui dois prótons ligados a dois nêutrons, o que equivale a um núcleo de hélio.

Por isso, quando um núcleo atômico emite uma partícula alfa, ele perde quatro unidades de

massa, ficando mais “leve”. A perda dos dois prótons significa que aquele átomo já não é mais do

mesmo elemento, “decaindo” dois números atômicos.

Decaimento alfa: dois prótons e dois neutros emitidos pelo

núcleo, o que equivale a um núcleo de hélio.

Disponível em: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Alpha_Decay.svg - Acesso:

11.11.2013

Dois exemplos típicos são os decaimentos do urânio (92U) se transformando em tório (90Th); e o

do rádio (88Ra), se transmutando em radônio (86Rn).

92U238 → 90Th234 + 2α

4

88Ra226 → 86Rn222 + 2α4

Pode-se representar os decaimentos alfa com a equação geral abaixo, sendo “P” o elemento

original ou “pai”; e “F”, o elemento produzido ou “filho”:

ZPA → z-2FA-4 + 2α

4

Decaimento beta negativo (β-)

Quando um núcleo atômico emite radiação beta, significa que um elétron foi projetado do núcleo

atômico para o ambiente. Isso mesmo! No núcleo, não existem elétrons, mas a desintegração de

um nêutron produz um próton que permanece no núcleo; e um elétron é projetado para fora do

átomo. Isto significa que o número atômico do elemento “sobe” em uma unidade. Além disso, são

emitidos para o ambiente um antineutrino e uma certa quantidade de radiação gama,

correspondente ao ganho de estabilidade do núcleo.

Decaimento beta negativo

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Beta-minus_Decay.svg – Acesso em 11.11.2013.

1532

P → 1632

S + B- + ṽ

Um exemplo de decaimento beta negativo é o da transmutação de fósforo-32 em enxofre-32: um

nêutron é convertido em próton, aumentando o número atômico em uma unidade, eliminando um

elétron (beta negativo) e um antineutrino (ṽ); o número de massa (32) permanece o mesmo.

Decaimento beta positivo (β+)

Da forma inversa, um próton pode ser convertido em um nêutron, com a emissão de um pósitron

(“elétron positivo” ou partícula beta positiva), ou até mesmo pela captura de um elétron da

eletrosfera pelo núcleo. Isto acontece, quando o número de cargas positivas no núcleo atômico

está em excesso. Neste caso, o número atômico cai em uma unidade, já que um próton deixa de

existir. São liberados, no processo, um neutrino e também certa quantidade de radiação gama.

Na equação abaixo, o flúor-18 decai para oxigênio-18, a partir da emissão de um pósitron (beta

positivo ou antielétron), fazendo um de seus prótons se transformar em nêutron. Também é

emitido um neutrino (v) e certa quantidade de raios gama.

918

F → 818

O + B- + v

Tipos de decaimento e a consequente variação de número de nêutrons (N) e do

número atômico (Z).

Disponível em: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Tryby_rozpadu_promieniotworczego.svg - Acesso:

11.11.2013

Decaimento radioativo e “meia-vida”

Como já foi dito, um átomo radioativo sofre decaimentos sucessivos, até se tornar estável e não

radioativo. Mas uma amostra qualquer contém uma quantidade imensa de átomos, que não

decaem ao mesmo tempo. Além disso, não há como prever o momento exato em que um núcleo

atômico irá emitir radiação. Por isso, a atividade radioativa de uma amostra pode demorar alguns

segundos ou até bilhões de anos para encerrar, dependendo da frequência com que os átomos

decaem.

Para medir o tempo de desintegração radioativa de uma amostra é usada a sua “meia-vida”, que

é o tempo gasto para que a metade de seus átomos se transforme em outro elemento. Este

tempo não depende do tamanho da amostra, pois a meia-vida é calculada como uma equação

estatística de probabilidade. Em outras palavras, a quantidade de átomos de uma amostra

qualquer é sempre tão absurdamente alta que - para efeito de cálculos - não há diferença

significativa, se a amostra for de uma tonelada ou de uma grama. O importante é se a proporção

de átomos radioativos ainda é significativa na amostra, após uma certa quantidade de meias-

vidas.

Exemplo de meia-vida

Em exames de tireoide, um paciente deve ingerir uma dose de iodo-131, cuja “meia-vida” é de

oito dias. Decorrido este prazo, a atividade da amostra ingerida pelo paciente estará reduzida à

metade. Passados mais 8 dias, cairá a 1⁄4 da atividade inicial e assim por diante. Após 10 meias-

vidas ou 80 dias, a radiação será cerca de 1000 vezes menor. Como o organismo humano elimina

rapidamente as substâncias ingeridas pelas fezes, urina e suor, o paciente pode ir para casa,

algumas horas depois do exame; mas sua urina ficará armazenada no depósito de rejeito

hospitalar, até que possa ser liberado para o esgoto comum.

Decaimento do sódio para neônio.

A cada meia-vida, 2,6 anos, a atividade radioativa é reduzida à metade do período anterior. Disponível em: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Decay.png - Acesso: 11.11.2013

Contador Gieger

Um aparelho muito usado para medir essa frequência é o contador Gieger, que detecta a radiação

a partir da corrente elétrica criada pela ionização dos gases contidos em um tubo coletor. Como a

radioatividade é sempre ionizante, os gases ionizados dentro do tubo tornam-se condutores e a

corrente elétrica produzida é transformada em impulsos sonoros, criando um ruído a cada

partícula radioativa detectada. A frequência radioativa pode ser medida em Bq (Becquerel), que

corresponde a uma desintegração por segundo; ou em Ci (Curie), que são 3,7 x 1010 Bq.

Contador Geiger Disponível:http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Geiger_counte

r.jpg Acesso: 11.11.2013

Esquema do funcionamento do contador Gieger Disponível: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Geiger.png

Acesso: 11.11.2013

Assista ao vídeo de um contador Geiger em funcionamento, no link abaixo.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/74/FiestaWare_Velleman-K2645_GeigerCounter.ogv

Séries de decaimento naturais

No diagrama e na tabela abaixo estão as séries de decaimento naturais do urânio 235 e 238 e do

tório. Observe que, quando há radiação beta, o número atômico aumenta uma unidade,

mantendo a massa; mas, quando há radiação alfa, o número atômico decresce duas unidades e a

massa decresce quatro.

Séries radioativas naturais.

A subida de número atômico corresponde a uma emissão beta.

A descida de duas unidades corresponde ao decaimento alfa. Disponível em: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Radioactive_decay_chains_diagram.svg - Acesso: 11.11.2013.

SÉRIES RADIOATIVAS NATURAIS

SÉRIE DO URÂNIO SÉRIE DO ACTÍNIO SÉRIE DO TÓRIO

Urânio-238 Urânio-235 Tório-232

4,5 bilhões de anos 713 milhões de anos 13,9 bilhões de anos

Tório-234 Tório-231 Rádio-228

24,6 dias 24,6 horas 5,7 anos

Protactínio-234 Protactínio-231 Actínio-228

1,4 minutos 32.000 anos 6,13 horas

Urânio-234 Actínio-227 Tório-228

270.000 anos 13,5 anos 13,5 anos 1,9 anos

Tório-230 Frâncio-223 Tório-227 Rádio-224

83.000 anos 21 min 18,9 dias 3,6 dias

Rádio-226 Rádio-223 Radônio-220 1.600 anos 11,4 dias

Radônio-222 Radônio-219 54,5 segundos 3,8 dias 3,9 segundos

... ... ...

Polônio-210 Polônio-211 Polônio-212

140 dias 0,005 segundos 0,0000003 segundos

Chumbo-206 Chumbo-207 Chumbo-208

Azul: radiação alfa Verde: radiação beta Rosa: isótopos estáveis não radioativos

Imagem obtida por cintilografia ou “tomografia

computadorizada por fóton único” (SPECT).

Disponível em:

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Scinti-

rezoscan.jpg

Acesso: 20.11.2013.

Datação Radioativa com Carbono-14

O planeta Terra recebe nêutrons do espaço, constantemente, nos raios cósmicos. Esses nêutrons

atingem o nitrogênio do ar (gás N2), sendo que um nitrogênio se converte em carbono-14.

1n + 14

7N → 146C + 1p

O carbono, então, facilmente reage, formando CO2; que, nos processos biológicos da

fotossíntese, passa a fazer parte das substâncias orgânicas, dos organismos vegetais e dos

animais, através da cadeia alimentar.

Quando os organismos morrem, a absorção de carbono-14, na forma de CO2 , é interrompida,

pois cessa a fotossíntese ou a alimentação. A partir daí, a proporção de carbono-14, que é

inicialmente da ordem de 1/1012, igual à da atmosfera, vai diminuindo. Como a meia-vida do

carbono-14 é de 5730 anos, quando um fóssil é encontrado, compara-se esta taxa `a dos

organismos vivos e pode-se determinar a idade do fóssil.

Medicina nuclear

A atividade radioativa de vários elementos químicos pode ser usada na medicina, tanto para fins

de diagnósticos e descoberta de distúrbios e doenças, como para tratamentos. Isto é possível

porque o nosso corpo seleciona e envia elementos químicos específicos para diferentes áreas,

órgãos e funções do corpo.

Por exemplo, o elemento iodo é captado pela glândula tireoide para síntese de hormônios. Outras

vezes, o elemento radioativo é ligado a um outro grupo químico, formando um “radiofármaco” com

afinidade por determinados tecidos, como no caso dos compostos a base de fosfato (fósforo),

ligados ao tecnécio-99m, que são captados pelos ossos.

Usando certa quantidade de isótopos radioativos desses

elementos específicos, imagens bidimensionais (planas)

ou tomográficas “Single Fóton Emission Computer

Tomography” (SPECT) podem ser geradas em um

equipamento denominado câmara cintilográfica. A

vantagem é que não só a forma anatômica dos órgãos

pode ser avaliada, mas também as suas condições de

funcionamento, anormalidades, patologias etc.

Além de não invasivos, esses métodos usam

radioisótopos cuja radioatividade cai para a metade

(“meia vida”), em questão de horas ou dias, e a radiação

emitida é do tipo gama, similar aos raios X.

Imagem obtida pelo método PET.

Disponível em (acesso 20.11.2013):

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Combined_PE

T_CT_image.jpg

Alguns radioisótopos emitem radiação beta, com muito

maior poder de ionização dos tecidos que a radiação

gama. Quando administrados em altas atividades, estes

isótopos podem ser empregados com finalidade

terapêutica, atacando e eliminando as células de tecidos

cancerosos. O iodo-131 permite a redução do

parênquima glandular, em casos de hipertireoidismo ou

mesmo no tratamento de metástases do carcinoma

(câncer) da tireóide.

Imagens diagnósticas também podem ser obtidas pelo

método de Positron Emission Tomography (PET) ou

Tomografia por Emissão de Posítrons, cujo principal

radiofármaco usado é o FDG, ou glicose marcada com

flúor-18). Pósitron é o “elétron positivo”.

Principais radioisótopos da medicina nuclear

Tecnécio-99-metaestável: isótopo artificial, com meia-vida de 6 horas. Emite raios gama, com

energia de 140.511keV (140 mil elétronvolts), ideal para a “Câmara Gama”. É muito reativo

quimicamente, reagindo com muitos tipos de moléculas orgânicas. Esta grande versatilidade

química permite a grande maioria dos estudos em Medicina Nuclear.

Iodo-123 ou Iodo-131: importantes no estudo da tireoide. Têm emissão de radiação gama e beta,

respectivamente. Meia-vida de 8 dias para o iodo-131 e 13 horas para o iodo-123.

Tálio-201: tem propriedades químicas semelhantes às do potássio, tendo sido utilizado durante

muitos anos para imagiologia cardíaca (integrava a bomba de sódio-potássio). Os seus fótons

gama têm energias baixas, mas as imagens eram menos nítidas e a sua interpretação, mais

complexa. Meia-vida de 3 dias. Atualmente o tálio-201 tem caído em desuso, face ao

aparecimento de novos radiofármacos marcados com Tc-99m.

Gálio-67: tem propriedades semelhantes às do íon ferro. É um emissor gama de média energia e

apresenta meia-vida de 3 dias. É utilizado em estudos de infecção e em oncologia (câncer).

Índio-111: meia-vida 3 dias. É um emissor de radiação gama de média energia.

Xenônio-133 e Criptônio-81: gases nobres radioactivos que podem ser usados na cintigrafia de

ventilação pulmonar. No entanto a maior parte dos estudos de ventilação pulmonar são feitos com

um aerossol marcado com Tc-99m.

Flúor-18: emite pósitrons. É usado no exame PET.

Radioterapia

É a aplicação de radiações ionizantes capazes de criar íons e radicais livres nas células

focalizadas, ou seja, atuam de forma seletiva, diretamente sobre o tumor. Como a capacidade de

reparo das células tumorais é menor, os íons formados e os radicais livres danificam o DNA da

célula neoplásica, levando-a à morte.

As radiações ionizantes empregadas na radioterapia podem ser raios X ou raios gama emitidos,

por exemplo, por uma cápsula de cobalto.

A radioterapia é usada em praticamente todos os tipos de tumores cancerosos, sendo geralmente

associada com a quimioterapia.