Você provavelmente já ouviu pessoas falarem sobre radiação tanto na ficção quanto na vida real. Por exemplo, quando a Enterprise se aproxima de uma estrela em "Star Trek, "um membro da tripulação pode alertar sobre um aumento nos níveis de radiação. No livro de Tom Clancy" The Hunt for Red October, "um submarino russo sofre um acidente de reator nuclear com vazamento de radiação que força a tripulação a abandonar o navio. Em Three Mile Island e Chernobyl, as usinas nucleares liberaram substâncias radioativas na atmosfera durante acidentes nucleares. E na sequência do terremoto e tsunami de março de 2011 que atingiu o Japão, uma crise nuclear levantou temores sobre a radiação e questões sobre a segurança da energia nuclear.
A radiação nuclear pode ser extremamente benéfica e perigosa. Depende apenas de como você o usa. Máquinas de raio X, alguns tipos de equipamentos de esterilização e usinas de energia nuclear usam radiação nuclear - mas também as armas nucleares. Materiais nucleares (isto é, substâncias que emitem radiação nuclear) são bastante comuns e encontraram seu lugar em nosso vocabulário normal de muitas maneiras diferentes. Você provavelmente já ouviu (e usou) muitos dos seguintes termos:
Todos esses termos estão relacionados pelo fato de que todos eles têm algo a ver com elementos nucleares, natural ou artificial. Mas o que exatamente é radiação? Por que é tão perigoso? Neste artigo, examinaremos a radiação nuclear para que você possa entender exatamente o que é e como afeta sua vida no dia a dia.
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Nesta figura, as partículas amarelas são elétrons orbitais, as partículas azuis são nêutrons e as partículas vermelhas são prótons. Vamos começar do início e entender de onde vem a palavra "nuclear" em "radiação nuclear". Aqui está algo com o qual você já deve se sentir confortável:tudo é feito de átomos . Os átomos se ligam em moléculas . Assim, uma molécula de água é feita de dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio unidos em uma única unidade. Porque aprendemos sobre átomos e moléculas na escola primária, entendemos e nos sentimos confortáveis com eles. Na natureza, qualquer átomo que você encontrar será um dos 92 tipos de átomos, também conhecido como elementos . Então, cada substância na Terra - metal, plásticos, cabelo, confecções, sai, vidro - é feito de combinações dos 92 átomos encontrados na natureza. A Tabela Periódica dos Elementos que você vê nas aulas de química é uma lista dos elementos encontrados na natureza mais uma série de elementos feitos pelo homem.
Dentro de cada átomo estão três partículas subatômicas :prótons, nêutrons e elétrons. Prótons e nêutrons se unem para formar o núcleo do átomo, enquanto os elétrons circundam e orbitam o núcleo. Prótons e elétrons têm cargas opostas e, portanto, atraem um ao outro (elétrons são negativos e prótons são positivos, e cargas opostas se atraem), e na maioria dos casos o número de elétrons e prótons é o mesmo para um átomo (tornando o átomo neutro em carga). Os nêutrons são neutros. Seu propósito no núcleo é unir prótons. Como todos os prótons têm a mesma carga e se repelem naturalmente, os nêutrons agem como "cola" para manter os prótons firmemente unidos no núcleo.
O número de prótons no núcleo determina o comportamento de um átomo. Por exemplo, se você combinar 13 prótons com 14 nêutrons para criar um núcleo e, em seguida, girar 13 elétrons em torno desse núcleo, o que você tem é um átomo de alumínio. Se você agrupar milhões de átomos de alumínio, obterá uma substância que é o alumínio - você pode formar latas de alumínio, folha de alumínio e revestimento de alumínio fora dele. Todo o alumínio que você encontra na natureza é chamado de alumínio-27. O "27" é o número de massa atômica - a soma do número de nêutrons e prótons no núcleo. Se você pegar um átomo de alumínio e colocá-lo em uma garrafa e voltar em vários milhões de anos, ainda será um átomo de alumínio. Alumínio-27 é, portanto, chamado de estábulo átomo. Até cerca de 100 anos atrás, pensava-se que todos os átomos eram estáveis assim.
Muitos átomos vêm em formas diferentes. Por exemplo, o cobre tem duas formas estáveis:cobre-63 (perfazendo cerca de 70% de todo o cobre natural) e cobre-65 (perfazendo cerca de 30%). Os dois formulários são chamados isótopos . Os átomos de ambos os isótopos de cobre têm 29 prótons, mas um átomo de cobre-63 tem 34 nêutrons, enquanto um átomo de cobre-65 tem 36 nêutrons. Ambos os isótopos agem e têm a mesma aparência, e ambos são estáveis.
A parte que não foi compreendida até cerca de 100 anos atrás é que certos elementos têm isótopos que são radioativo . Em alguns elementos, todos os isótopos são radioativos. O hidrogênio é um bom exemplo de um elemento com vários isótopos, um dos quais é radioativo. Hidrogênio normal, ou hidrogênio-1, tem um próton e nenhum nêutron (porque há apenas um próton no núcleo, não há necessidade dos efeitos de ligação dos nêutrons). Existe outro isótopo, hidrogênio-2 (também conhecido como deutério), que tem um próton e um nêutron. O deutério é muito raro na natureza (constituindo cerca de 0,015 por cento de todo o hidrogênio), e embora atue como hidrogênio-1 (por exemplo, você pode fazer água com ele), parece que é diferente o suficiente do hidrogênio-1, pois é tóxico em altas concentrações. O isótopo de deutério do hidrogênio é estável. Um terceiro isótopo, hidrogênio-3 (também conhecido como trítio), tem um próton e dois nêutrons. Acontece que este isótopo é instável . Isso é, se você tiver um recipiente cheio de trítio e voltar em um milhão de anos, você vai descobrir que tudo se transformou em hélio-3 (dois prótons, um nêutron), que é estável. O processo pelo qual ele se transforma em hélio é chamado decaimento radioativo .
Certos elementos são naturalmente radioativos em todos os seus isótopos. O urânio é o melhor exemplo de tal elemento e é o elemento radioativo mais pesado que ocorre naturalmente. Existem oito outros elementos naturalmente radioativos:polônio, astato, radon, frâncio, rádio, actínio, tório e protactínio. Todos os outros elementos feitos pelo homem mais pesados que o urânio também são radioativos.
A decadência radioativa é um processo natural. Um átomo de um isótopo radioativo decairá espontaneamente em outro elemento por meio de um dos três processos comuns:
No processo, quatro tipos diferentes de raios radioativos são produzidos:
Americium-241, um elemento radioativo mais conhecido por seu uso em detectores de fumaça, é um bom exemplo de um elemento que sofre decadência alfa . Um átomo de amerício-241 expelirá espontaneamente um partícula alfa . Uma partícula alfa é composta de dois prótons e dois nêutrons ligados, que é o equivalente a um núcleo de hélio-4. No processo de emissão da partícula alfa, o átomo de amerício-241 se torna um átomo de neptúnio-237. A partícula alfa sai de cena em alta velocidade - talvez 10, 000 milhas por segundo (16, 000 km / s).
Se você estivesse olhando para um átomo individual de amerício-241, seria impossível prever quando isso iria se desprender de uma partícula alfa. Contudo, se você tem uma grande coleção de átomos de amerício, então, a taxa de decadência se torna bastante previsível. Para amerício-241, sabe-se que metade dos átomos decai em 458 anos. Portanto, 458 anos é o meia-vida de amerício-241. Cada elemento radioativo tem uma meia-vida diferente, variando de frações de segundo a milhões de anos, dependendo do isótopo específico. Por exemplo, amerício-243 tem meia-vida de 7, 370 anos.
O trítio (hidrogênio-3) é um bom exemplo de um elemento que sofre decadência beta . Em decadência beta, um nêutron no núcleo se transforma espontaneamente em um próton, um elétron, e uma terceira partícula chamada antineutrino. O núcleo ejeta o elétron e o antineutrino, enquanto o próton permanece no núcleo. O elétron ejetado é referido como um partícula beta . O núcleo perde um nêutron e ganha um próton. Portanto, um átomo de hidrogênio-3 em decadência beta torna-se um átomo de hélio-3.
No fissão espontânea , na verdade, um átomo se divide em vez de lançar uma partícula alfa ou beta. A palavra "fissão" significa "divisão". Um átomo pesado como o férmio-256 sofre fissão espontânea cerca de 97 por cento do tempo quando decai, e no processo, torna-se dois 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, ejetará quatro nêutrons (conhecidos como "nêutrons imediatos" porque são ejetados no momento da fissão). Esses nêutrons podem ser absorvidos por outros átomos e causar reações nucleares, como decadência ou fissão, ou eles podem colidir com outros átomos, como bolas de bilhar, e causar a emissão de raios gama.
A radiação de nêutrons pode ser usada para tornar os átomos não radioativos radioativos; isso tem aplicações práticas na medicina nuclear. A radiação de nêutrons também é feita de reatores nucleares em usinas de energia e navios movidos a energia nuclear e em aceleradores de partículas, dispositivos usados para estudar a física subatômica.
Em muitos casos, um núcleo que sofreu decadência alfa, a decadência beta ou fissão espontânea será altamente energética e, portanto, instável. Ele eliminará sua energia extra como um pulso eletromagnético conhecido como raio gama . Os raios gama são como os raios X, pois penetram na matéria, mas eles são mais enérgicos do que os raios-X. Os raios gama são feitos de energia, não movendo partículas como partículas alfa e beta.
Ainda sobre o assunto de vários raios, há também raios cósmicos bombardeando a Terra em todos os momentos. Os raios cósmicos se originam do sol e também de coisas como estrelas em explosão. A maioria dos raios cósmicos (talvez 85 por cento) são prótons viajando perto da velocidade da luz, enquanto talvez 12 por cento sejam partículas alfa viajando muito rapidamente. É a velocidade das partículas, a propósito, isso lhes dá a habilidade de penetrar na matéria. Quando eles atingem a atmosfera, eles colidem com átomos na atmosfera de várias maneiras para formar raios cósmicos secundários que têm menos energia. Esses raios cósmicos secundários colidem com outras coisas na Terra, incluindo humanos. Somos atingidos por raios cósmicos secundários o tempo todo, mas não somos feridos porque esses raios secundários têm menos energia do que os raios cósmicos primários. Os raios cósmicos primários são um perigo para os astronautas no espaço sideral.
Embora sejam "naturais" no sentido de que os átomos radioativos decaem naturalmente e os elementos radioativos fazem 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 , o que significa que quando esses raios interagem com um átomo, eles podem disparar um elétron orbital. A perda de um elétron pode causar problemas, incluindo tudo, desde morte celular a mutações genéticas (levando ao câncer), em qualquer coisa viva.
Como as partículas alfa são grandes, eles não podem penetrar muito longe na matéria. Eles não podem penetrar em uma folha de papel, por exemplo, portanto, quando estão fora do corpo, não têm efeito nas pessoas. Se você comer ou inalar átomos que emitem partículas alfa, Contudo, as partículas alfa podem causar muitos danos dentro do seu corpo.
As partículas beta penetram um pouco mais profundamente, mas, novamente, só são perigosos se comidos ou inalados; as partículas beta podem ser interrompidas por uma folha de papel alumínio ou Plexiglass. Raios gama, como raios X, são interrompidos por chumbo.
Nêutrons, porque eles não têm carga, penetre muito profundamente, e são mais bem parados por camadas extremamente grossas de concreto ou líquidos como água ou óleo combustível. Raios gama e nêutrons, porque eles são tão penetrantes, pode ter efeitos graves nas células de humanos e outros animais. Você pode ter ouvido falar em algum momento de um dispositivo nuclear chamado de bomba de nêutrons . A ideia geral dessa bomba é otimizar a produção de nêutrons e raios gama para que a bomba tenha seu efeito máximo sobre os seres vivos.
Como nós vimos, a radioatividade é "natural, "e todos nós contemos coisas como carbono-14 radioativo. Há também uma série de elementos nucleares artificiais no meio ambiente que são prejudiciais. A radiação nuclear tem benefícios poderosos, como a energia nuclear para gerar eletricidade e medicina nuclear para detectar e tratar doenças, bem como perigos significativos.
