Radioatividade e suas aplicaçoes

Radioatividade e suas aplicaçoes

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Radioatividade e suas aplicações na indústria

Sumário

Sumário 1

  1. Introdução

A radioatividade pode proporcionar uma qualidade de vida melhor: emprego na medicina, obtenção de energia elétrica dos reatores nucleares, produção de bens de consumo a partir da energia nuclear, e assim por diante. No entanto a radioatividade tem resíduos que são perigosos quando mal manipulados. O uso da radiação para a obtenção de um serviço (como energia elétrica) ou de um produto (como armas nucleares) produz resíduos que estão se acumulando como lixo nuclear numa velocidade acelerada. A presença do lixo nuclear, em todo o mundo, geralmente concentrado nas proximidades dos reatores, oferece risco à população.

Estamos sempre expostos à radioatividade, normalmente conhecida como a radiação que vem do espaço ou emana da terra. De toda a radiação que recebemos, 87% tem origem natural. O restante provém principalmente de tratamentos médicos, dentre eles os raios X.

Até o final do século XIX, se acreditava que o átomo era a menor partícula de qualquer matéria e se assemelhava a esferas sólidas. A emissão espontânea de radiações pelos núcleos atômicos mostrou que o átomo era composto de partículas menores: os prótons , os elétrons e os nêutrons. O núcleo é constituído por prótons e nêutrons e ao seu redor giram os elétrons. Descobriu-se que os átomos não são todos iguais. O átomo de hidrogênio, por exemplo, o mais simples de todos, possui 1 próton e 1 elétron (e nenhum nêutron). Já o átomo de Urânio-235 conta com 92 prótons e 143 nêutrons.

Todas as coisas existentes na natureza são constituídas de átomos ou suas combinações. O núcleo do átomo, é onde fica concentrada a massa, como o Sol, e em partículas girando em seu redor, denominadas elétrons, equivalentes aos planetas, que ficam na eletros fera.Como o Sistema Solar, o átomo possui grandes espaços vazios, que podem ser atravessados por partículas menores do que ele.

O número de prótons (ou número atômico) identifica um elemento químico, comandando seu comportamento em relação aos outros elementos. O núcleo do átomo é formado, basicamente, por partículas de carga positiva (Prótons) e de partículas de mesmo tamanho mas sem carga,denominadas nêutrons. A radioatividade ocorre porque as forças de ligações do núcleo são insuficientes para manter suas partículas perfeitamente ligadas.

  1. Revisão bibliográfica

A descoberta da Radioatividade é atribuída basicamente a três pessoas,o físico francês Antoine Henri Becquerel e ao casal Pierre Curie e Marie Curie, ganhadores do Prêmio Nobel de Física em 1903. Em 1895, Becquerel ao deixar acidentalmente uma rocha de urânio em um filme fotográfico notou que o filme havia sido marcado por algo que era emitido pela rocha, essa nova propriedade da matéria foi denominada de raios ou radiações. Notou que os sais de urânio emitiam uma radiação capaz de atravessar papéis negros e outras substâncias opacas a luz.

Só então em 1896 incentivada por Antoine Henri Becquerel, a cientista Marie Curie começou a estudar o material que produzia tais radiações. Posteriormente tais estudos seriam introduzidos em sua tese de doutorado e então os termos radioativos e radioatividade seriam denominados para caracterizar a energia liberada espontaneamente por este novo elemento químico. Através de um equipamento que seu marido e professor Pierre Curie havia inventado para detectar cargas elétricas ao redor de amostras de minerais deu inicio ao seu estudo. Em 1898 ganhou um minério de Urânio chamado “pechblenda”, que através de testes, percebeu que tal material apresentava mais emissões radioativas do que se podia esperar de certa quantidade de urânio. Assim, notou que essa amostra deveria conter outra substancia para emitir radiação a mais. Verificou que quanto mais purificava o material removendo as substancias conhecidas, mais a “pechblenda” ficava radioativa. Através desses estudos, detectou dois novos elementos radioativos, o Radium e o Polonium em 1901.

Marie Curie ao revelar suas descobertas, apresentou uma minúscula partícula de puro sal de radio que pesava aproximadamente 0,1g e era um milhão de vezes mais radioativo do que o urânio. Até esse momento, era desconhecido os perigos da radioatividade.

No urânio, o núcleo do átomo possui 92 prótons, sendo por isso o elemento químico natural mais pesado conhecido.

Em 1899, o físico inglês Rutherford identificou a natureza de dois tipos distintos de radiações emitidas por elementos naturais: as partículas alfas (α) e as partículas betas (β). Nesse mesmo ano o físico francês Villard descobriu um terceiro tipo de radiação, que passou a ser denominado raios gama (y)

Comprovou-se que um núcleo muito energético, por ter excesso de partículas ou de carga como por exemplo o próprio Urânio, tende a estabilizar-se, emitindo algumas partículas.

Assim, as radiações emitidas pelas substâncias radioativas são principalmente partículas alfa, partículas beta e raios gama.

A energia inicial com que essas partículas são emitidas pelos núcleos radioativos varia de um isótopo – emissor para outro. Quanto maior for a energia com que as partículas alfa são emitidas, maior será o seu poder de penetração quando bombardeia outras matérias. Em conseqüência, o poder de penetração das partículas no ar atmosférico varia de um para outro isótopo emissor.

As partículas alfa, é um dos resultados de estabilização de um núcleo com excesso de energia, constituído de um grupo de partículas positivas, contendo dois prótons e dois nêutrons, e da energia a elas associada. Por terem massa e carga elétrica maior que as outras, podem ser facilmente detidas, até mesmo por uma folha de papel; elas em geral não conseguem ultrapassar as camadas externas de células mortas da pele de uma pessoa, sendo assim praticamente inofensivas. Entretanto, podem ocasionalmente penetrar no organismo através de um ferimento ou por aspiração, provocando lesões graves

As partículas beta são constituídas de partículas emitidas por um núcleo, quando da transformação de nêutrons em prótons ou de prótons em nêutrons. São capazes de penetrar cerca de um centímetro nos tecidos, ocasionalmente danos à pele, mas não aos órgãos internos, a não ser que sejam engolidas ou aspiradas.

Raios gama, 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. São extremamente penetrantes, podendo atravessar o corpo humano, sendo detidos somente por uma parede grossa de concreto ou metal. As radiações gama são semelhantes ao Raios X.

Os elementos radioativos possuem um período de tempo que seu átomo precisa para desintegrar –se. Assim surgiu o termo Meia-Vida ou Período de Semidesintegração como o tempo necessário para desintegrar a metade dos átomos radioativos.

          

Após um tempo t, considerando o número de átomos radioativos inicial no, e a meia-vida P, tem-se:

  • o número de átomos não desintegrados n, será : n = no / 2x

  • o tempo total decorrido: t = XP

A radioatividade esta presente naturalmente no meio ambiente através da radiação que vem do espaço e em algumas substancias. Sua aplicação estende-se ao campo da medicina, agricultura, indústria, produção de energia, radioterapia, raio-x, e também porém menos benéfico na produção de armas nucleares. O uso crescente pelo homem, desse tipo de material aumentam o risco de exposição, principalmente quando há acidentes com materiais radioativos.

A contaminação por um composto radioativo é um processo químico de difusão desse composto no ar, de sua dissolução na água, de sua reação com outro composto ou substância, de sua entrada no corpo humano ou em outro tecido vivo. Os acidentes nucleares ocorridos em Windscale (Reino Unido – 1957), Chelyabinsk (Rússia – 1957), Three Mile Island (Estados Unidos – 1979 e Chernobyl (Rússia – 1986), contribuíram significativamente para a liberação de radionuclídeos no meio ambiente.

No Brasil, o caso mais conhecido ocorreu em Goiânia. Devido ao “esquecimento” de forma irregular e irresponsável de um equipamento para tratamento de câncer em uma clinica desativada. O equipamento foi retirado do local por duas pessoas e aberto, ocasionando a morte de quatro pessoas de um total de duzentos e quarenta e nove contaminadas que tiveram contato direto ou indiretamente com o material. Pesquisas revelam que a poluição radioativa compreende mais de 200 nuclídeos, sendo que do ponto de vista de impacto ambiental, destacam-se o césio-137 e o estrôncio-90, devido às suas características nucleares como alto rendimento de fissão e meia-vida longa. O césio, por ser semelhante quimicamente ao potássio, tende a acompanhá-lo depositando-se parcialmente nos músculos e o estrôncio, semelhante ao cálcio, deposita-se nos ossos.

Os materiais radioativos que não são utilizados em virtude dos riscos que representam são tratados de acordo com seu grau de periculosidade. Esses rejeitos radioativos, são classificados quanto a rejeitos de baixa, média e alta atividade. Os rejeitos de meia-vida curta são armazenados até atingirem os níveis de radiação semelhante ao do meio ambiente e só então são liberados. Rejeitos de baixa atividade, como luvas, aventais são colocados em sacos plásticos e guardados em tambores ou caixas de aço, após classificação e respectiva identificação. Os produtos de fissão, resultantes do combustível nos reatores nucleares, sofrem tratamento especial em Usinas de Reprocessamento. Os materiais radioativos restantes, sofrem tratamento químico e são vitrificados, guardados em sistemas de contenção e armazenados em depósitos de rejeitos radioativos.

Assim, radioatividade é definida como a capacidade que alguns elementos fisicamente instáveis possuem de emitir energia sob forma de partículas ou radiação eletromagnética. O trifólio, é o símbolo internacional que indica a presença de radiação no entorno, este símbolo deve ser respeitado e não temido.

Símbolo Internacional da Radioatividade

  1. Aplicação na ciência e tecnologia

No iníco do século XX após a descoberta de Marie Curie, as pessoas achavam que a radiação fazia bem para saúde. Acreditava-se que essa forma de energia tinha propriedades curativas, energizantes, renovadoras, afrodisíacas, etc. Isso porque era desconhecido até então seus efeitos a longo, médio e curto prazo. Assim devido a falta de informação, logo surgiram os mais diversos produtos radioativos à venda.

Este anúncio incluía os dizeres “100% natural” pois continha Radio puro não refinado. Atualmente, o uso da radioatividade extende-se a áreas diversificadas e suas aplicações são as variadas possíveis.

    1. Saúde

      1. Terapia

A terapia estuda e coloca em prática os meios necessários para aliviar ou curar os doentes. Radioterapia, braquiterapia, aplicadores e radioisótopos são exemplos de terapia.

A Radioterapia consiste em eliminar tumores malignos (cancerígenos) utilizando radiação gama, raios X ou fontes de elétrons. O princípio básico é eliminar as células cancerígenas e evitar sua proliferação, e estas serem substituídas por células sadias. O tratamento é feito com aplicações programadas de doses elevadas de radiação, com a finalidade de “matar” as células alvo e causar o menor dano possível aos tecidos sadios intermediários. Como as doses aplicadas são muito altas, os pacientes sofrem danos orgânicos significativos e ficam muito debilitados. Por isso são cuidadosamente, acompanhados por terapeutas, psicólogos, apoio quimioterápico e de medicação.

A radioterapia destrói o tumor, absorvendo energia da radiação. Os irradiadores, denominados de bomba de cobalto, nada mais são que uma fonte radioativa de cobalto-60 utilizada para tratar câncer de órgãos mais profundos. As fontes de césio-137, já foram bastante utilizadas na radioterapia, mas estão sendo desativadas, pois a energia da radiação gama emitida pelo césio-137 é relativamente baixa. Graças à radioterapia, muitas pessoas com câncer são curadas hoje em dia, ou se não, têm a qualidade de vida melhorada durante o tempo que lhe resta de vida.

A Braquiterapia é um tratamento com elemento radioativo “perto” dos tecidos e em locais específicos do corpo humano. Para isso são utilizadas fontes radioativas emissoras de radiação gama de baixa e média energia, encapsuladas em aço inox ou em platina, com atividade da ordem de dezenas de Curies. Os isótopos mais utilizados são Irídio-192, Césio-137, Rádio-226. As fontes são colocadas próximas aos tumores, por meio de aplicadores, durante cada sessão de tratamento. Sua vantagem é afetar mais fortemente o tumor, devido à proximidade da fonte radioativa, e danificar menos os tecidos e órgãos próximos. Devem ser manipuladas por técnicos bem treinados e oferecem menor risco que a Bomba de Co-60.

Os Aplicadoressão fontes radioativas betas emissoras distribuídas sobre uma superfície, cuja geometria depende do objetivo do aplicador. O Estrôncio-90 é um radionuclídeo, muito usado em aplicadores dermatológicos e oftalmológicos. O princípio de operação é a aceleração do processo de cicatrização de tecidos submetidos a cirurgias, evitando sangramentos. Alguns tratamentos utilizam medicamentos contendo radioisótopos, inoculados no paciente por meio de ingestão ou injeção, com a garantia de sua deposição preferencial em determinado órgão ou tecido do corpo humano. Por exemplo, isótopos do iodo para o tratamento de câncer na tireóide. Um paciente submetido a este tratamento torna-se uma fonte radioativa, pois as radiações gama, além de acertar os tecidos alvo, podem sair com intensidade significativa da região de deposição e atingir pessoas nas proximidades. Neste caso, deve-se utilizar radioisótopos de meia-vida curta, para facilitar o breve retorno do paciente à sua casa, sem causar irradiação significativa a seus familiares ou pessoas próximas.

      1. Diagnóstico

O diagnóstico é responsável pela determinação e conhecimento da doença através de seus sintomas. Radiografia, tomografia, mamografia e o mapeamento com radiofármacos são muito úteis na medicina.

A radiografia é uma imagem obtida, após um feixe de raios X ou raios gama, atravessar a região de estudo e interagir com uma emulsão fotográfica ou tela fluorescente. Existe uma grande variedade de tipos, tamanhos e técnicas radiográficas. As mais conhecidas são as de radiologia oral (periapicais, panorâmicas), radiologia de tórax (pulmão, trato intestinal), de membros, de crânio, cérebro e coluna. Para essas aplicações utilizam-se raios X com energia adequada.

O cuidado que se deve ter é que, devido ao caráter cumulativo da radiação ionizante para fins de produção de efeitos biológicos, não se deve tirar radiografia sem necessidade e, principalmente, com equipamentos fora dos padrões de operação. O risco de dano é maior para o operador, que executa rotineiramente muitas radiografias por dia. Para evitar exposição desnecessária, ele deve fica o mais distante possível no momento do disparo do feixe ou protegido por um biombo com blindagem de chumbo.

O princípio da tomografia consiste em ligar o tubo de raios X a um filme radiográfico por um braço rígido que gira ao redor de um determinado ponto, situado num plano paralelo à película. Assim, durante a rotação do braço, produz-se a translação simultânea do foco e do filme. Os pontos do plano do corte dão uma imagem nítida, enquanto que nos demais planos, a imagem sai “borrada”. Desta forma, obtém-se imagens de planos de cortes sucessivos, como se fossem observadas fatias secionadas, por exemplo, do cérebro.

A mamografia é um instrumento poderoso para a redução de mortes por câncer de mama. Como o tecido da mama é difícil de ser examinado com o uso de radiação penetrante, devido às pequenas diferenças de densidade e textura de seus componentes como tecido adiposo e fibroglandular, a mamografia possibilita apenas suspeitar e não diagnosticar um tumor maligno. O diagnóstico é complementado com o uso de biópsia e ultra-sonografia.

O Mapeamento com Radiofármacos é comum. A marcação de aves e peixes pela fixação de anéis identificadores em seu corpo, é usado para estudar os seus hábitos migratórios e reprodutivos. O traçador radioativo tem o mesmo objetivo, porém os elementos marcados são moléculas de substâncias que se incorporam ou são metabolizadas pelo organismo do homem, de uma planta ou animal.

O Iodo-131 é usado para seguir o comportamento do Iodo-127, estável, no transcurso de uma reação química in vidro ou no organismo. A molécula da vitamina B-12 marcada com Cobalto-57, glóbulos vermelhos marcados com Cromo-51, podem ser identificadas externamente por detectores, pois em termos metabólico tudo é igual ao material estável.

Utilizando o radioisótopo Tecnécio-99, em diferentes moléculas químicas, pode-se realizar exames de medula óssea, pulmão, coração, tireóide, rins e cérebro. Nestes exames, a radiação é emitida pelo paciente enquanto a atividade administrada nele for significativa. Por isso, devem ser usados radioisótopos de meia vida e tempo de residência pequeno.

    1. Indústria

      1. Radiografia Industrial

Os radioisótopos se mostraram extremamente úteis na indústria e, como detectores eficazes, são atualmente empregado em muitos processos. Um dos primeiros uso dos radioisótopos foi a radiografia. O conhecido aparelho de raios X foi substituído por um emissor de raios gama, que é mais facilmente manejado, embora deva ser contida numa espessa blindagem de chumbo, quando não está em uso. Utilizam-se fontes de radiação gama, como o Césio-137 e o Cobalto-60 para produzir uma imagem sobre um filme adequado, formada pelos raios que passam através do objeto em exame. Uma radiografia industrial, que é obtida em poucos segundos com o aparelho de raios X, pode exigir algumas horas com os raios gama. Essa técnica permite testar um produto sem danificá-lo.

      1. Medidores Nucleares

É uma técnica que se baseia na atenuação dos raios gama, quando estes passam através de um material qualquer. Pode-se assim determinar a espessura do material e os dados obtidos podem ser retransmitidos às máquinas para controlar a espessura dentro dos limites desejados. Entre os materiais produzidos por esse método incluem-se vários tipos de papéis e metais, forros de vinil para paredes, adesivos cirúrgicos, lonas para pneus, borrachas, zinco galvanizado, materiais para assoalhos, adesivos, lixas, etc. As folhas de muitos desses materiais passam pelos medidores a uma velocidade de centenas de metros por minuto.

Usando o mesmo princípio, medidores de densidade servem para medir e controlar a produção e manufatura de tipos semelhantes de materiais. Outro tipo de medidor é o medidor de nível, que emprega a refração dos raios gama por parte da superfície envernizada de um tubo a fim de medir a espessura do verniz, ou a do tubo, ou as superfícies em que só um lado é acessível. Esse tipo de medição pode ser também usado para controlar a espessura da camada enferrujada de vigas e colunas de aço. Muitas indústrias se defrontam com o problema de verificar se as embalagens foram devidamente enchidas com os produtos.

A altura atingida pelo metal fundido nos altos-fornos tem sido controlada com raios gama de Cobalto-60. Muitas indústrias usam processos de mistura, e usam elementos traçadores, para determinar qual o grau de eficiência desses processos. A indústria alimentícia usa muito os radioisótopos Manganês-56 e o Sódio-24 para testar seus produtos. O Sódio-24 também é usado para verificar se há vazamentos em oleoduto. Ele é introduzido no oleoduto e seguido a aproximadamente um quilômetro de distância por um detector preso a uma bóia. O detector contém um contador Gêiser e um pequeno gravador. No lugar do vazamento terá saído um pouco do líquido radioativo. O contador registra a radioatividade, gravando-a na fita.

A radioatividade permite medir exatamente o desgaste das máquinas, pode-se até medir o desgaste de um automóvel que rodou 10 metros. As engrenagens são antes colocadas num reator, para se tornarem radioativas, e depois recolocadas no carro. Se este rodar numa pista de testes, uma parte mínima das engrenagens se desgasta e os fragmentos são recolhidos no óleo e medindo a radioatividade do óleo, pode-se determinar o grau de desgaste.

    1. Agricultura

Atualmente, os radioisótopos são importantes para os agricultores, não como algo usado diretamente no cultivo da terra, mas devido a diversas possibilidades de aplicação. Por exemplo, empregam-se elementos radioativos traçadores para estudar os fertilizantes e o metabolismo dos minerais nas plantas, usam-se fertilizantes marcados com Fósforo-32 para medir a quantidade de fosfato existente no solo e o consumo de fósforo pelas plantas.

As radiações têm sua utilidade na luta contra os insetos. O método usado é o da esterilização dos machos, e consiste no seguinte: insetos são criados em massa e, antes que cheguem à maturidade, são esterilizados por meio de radiação controlada. Em seguida são libertados na região infestada. O acasalamento improdutivo dos machos com as fêmeas que estavam em liberdade acaba por levar a extinção da espécie. Esta técnica foi empregada para acabar com as moscas das frutas, que danificavam laranjas e outros frutos.

Os recursos mundiais de alimentos serão aumentados por meio de alterações genéticas produzidas em algumas plantas pelas radiações. Entre as plantas assim modificadas se incluem a soja, o arroz e o trigo. As radiações também servem para impedir a deterioração dos cereais nos armazéns. Usa-se radiação controlada para matar ou esterilizar insetos que atacam os grãos reduzindo a infestação.

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