Eletromagnetismo: radiação eletromagnética

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5 RADIAÇÕES NUCLEARES Como vimos nos textos anteriores, o interior da matéria no domínio atômico, inacessível ao toque e olhar humano, é percebido e analisado somente através das radiações eletromagnéticas (luminosas ou invisíveis), que os átomos emitem, refletem ou absorvem. Da mesma forma, a descoberta do núcleo atômico e de sua constituição também foi resultado da detecção e interpretação de radiações, só que nesse caso, denominadas radiações nucleares, porque são provenientes do interior do núcleo atômico. Essas radiações foram primeiramente verificadas no final do século XIX, por Henri Becquerel e o casal Marie e Pierre Curie, e passaram a ser conhecidas pelo nome genérico de radioatividade. Esses cientistas observaram que a radioatividade resulta da desintegração natural dos átomos de alguns elementos químicos mais pesados (elevado número atômico), como o rádio, o urânio e o polônio, os quais emitem parte de si na forma de partículas, e se transformam em átomos de outros elementos químicos. Os tipos de radiação nuclear são listados na tabela abaixo: Decaimento alfa: Chamamos de decaimento radioativo ao processo de emissão de radiação nuclear (radioatividade) por um elemento químico. No caso do decaimento alfa, as partículas emitidas, são denominadas partículas alfa; trata se de núcleos de hélio que são ejetados de dentro do núcleo do átomo radioativo; nesse processo, o átomo radioativo sofre o processo denominado transmutação, em que seu número atômico (Z) diminui em duas unidades e o número de massa (A) diminui em quatro unidades, tranformando se em outro elemento químico: Z Z 2 A A 4 Verifica se que nesse tipo de decaimento, o alcance das partículas é muito pequeno, ou seja, as partículas alfa tem um baixo poder de penetração. Elas podem ser detidas por uma chapa de alumínio de 0,06 mm de espessura. Ao incidir sobre o corpo humano, são detidas pela camadas de células mortas da pele, podendo no máximo causar queimaduras. DATAÇÃO RADIOATIVA Um ponto fundamental a respeito dos átomos radioativos é sua instabilidade, isto é, o fato de que com o tempo eles tendem a se transformar em átomos de outros elementos químicos devido ao processo de decaimento radioativo. Por exemplo, no decaimento alfa de um átomo de urânio 238 (número de massa igual a 238), este se transmuta em um átomo de tório após a emissão de uma partícula alfa e de energia. Mas quanto tempo um átomo instável de urânio permanece como tal, antes de trasmutar em outro? E o tório resultante do decaimento, como é sua vida em relação ao urânio? Para responder a essas questões existe uma lei geral que descreve esse tipo de processo, denominada lei do decaimento radioativo. Ela foi proposta por pelo cientista Ernest Rutherford (veja o link Física Quântica). Antes de apresentarmos a expressão matemática dessa lei, precisamos esclarecer o que é meia vida de um isótopo radioativo: Meia-vida (símbolo é o período de tempo necessário para que metade de uma amostra radioativa se desintegre totalmente. Com base no conceito de meia vida, o lei do decaimento radioativo pode ser expressa através da relação matemática: X= X 0 2 N Na expressão acima, temos: X: número atual de átomos radioativos X 0 : número inicial átomos radioativos N: número de meias vidas decorridas Assim, conhecendo o tempo de meia vida do isótopo radioativo, podemos determinar a idade da amostra através da fórmula simples: t= N τ onde o símbolo t representa a idade da amostra (tempo decorrido desde que a amostra começou a se desintegrar), N indica o número de meias vidas decorridas e é o tempo de meia vida do elemento (isótopo) radioativo, que você pode achar na tabela abaixo. Alternativamente, ao invés de usar primeira fórmula, você pode obter a relação entre a concentração da amostra (quociente X / X 0 ) e o número de meias vidas usando um gráfico como mostrado abaixo. Nesse gráfico, a concentração da amostra (expressa como porcentagem) é lida no eixo vertical, e o número de meias vidas é lido no eixo horizontal. Decaimento beta: O decaimento beta ocorre quando um núcleo atômico tem um número insuficiente ou excessivo de nêutrons para se manter estável. Nesse caso, um nêutron se transforma em próton, liberando (ejetando) um elétron e um neutrino. O elétron ejetado do núcleo recebe o nome de partícula beta. Note que nesse caso, o núcleo ganha um próton e por isso é transmutado em um elemento de número atômico com uma unidade a mais: Z Z + 1 A A As partículas beta tem medio poder de penetração, cerca de 50 a 100 vezes mais penetrantes do as partículas alfa. São detidas por lâminas de alumínio com 1 cm de espessura ou por lâminas de chumbo com espessura maior do que 2 mm. Ao passar por um meio material, a radiação beta perde energia, ionizando os átomos que encontra no caminho. Ao incidir sobre o corpo humano, pode penetrar até 2 cm e causar sérios danos. Decaimento gama: No decaimento gama, um núcleo em um estado excitado (energizado) decai para um estado de menor energia, emitindo um fóton muito energético (alta frequência). Ao contrário do que ocorre nos decaimentos alfa e beta, o núcleo atômico continua a ser o mesmo, não havendo transmutação. Os raios gama tem alto poder de penetração, pois possuem comprimentos de ondas muito pequenos. Atravessam milhares de metros de ar, até 25 cm de madeira ou 15 cm de aço. São detidos por placas de chumbo com mais de 5 cm de espessura ou por grossas paredes de concreto. Esse tipo de radiação pode atravessar completamente o corpo humano causando danos irreparáveis.