Decaimento Radioativo e Radiações Naturais

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DESCRIÇÃO
Transposição didática sobre radioatividade e suas implicações. Abordagem histórica sobre sua descoberta, o conceito de transmutação (decaimento),
as leis que governam os decaimentos radioativos e o processo radioativo para os diferentes tipos de transmutação.
PROPÓSITO
Estudar a radioatividade e conhecer as leis que governam os decaimentos e suas aplicações é essencial para desmistificar muitos conceitos
possivelmente errôneos nessa área. Além disso, também é possível promover o uso da radioatividade como benefício, uma vez que novas alternativas
e tecnologias são desenvolvidas para a melhoria da qualidade de vida do ser humano.
OBJETIVOS
MÓDULO 1
Compreender os conceitos de radioatividade, bem como as leis que governam os processos de transmutação
MÓDULO 2
Compreender os diferentes modos de decaimentos radioativos
INTRODUÇÃO
Na busca contínua, ao longo de tantas décadas e séculos, para encontrar as subestruturas da matéria, ficou claro, a partir de evidências
experimentais, que os átomos têm uma subestrutura e núcleos extremamente pequenos, com características intrigantes e espetaculares. Por exemplo,
certos núcleos são instáveis e transmutam-se (decaem) em outros e, no processo do decaimento, emitem radiações com energias milhões de vezes
maiores do que as energias atômicas.
Alguns dos mistérios da natureza, como por que o núcleo da Terra permanece fundido e como o Sol produz sua energia, são explicados por
fenômenos nucleares. A exploração da radioatividade e do núcleo não só revelou novas partículas fundamentais – estruturas subjacentes como os
quarks, as forças e leis de conservação –, mas também um extenso avanço na tecnologia e larga aplicação dessas energias, oriundas dos
decaimentos radioativos, na Medicina, indústria, agricultura, entre outros.
MÓDULO 1
 Compreender os conceitos de radioatividade, bem como as leis que governam os processos de transmutação
DESCOBERTA DA RADIOATIVIDADE
A história da radioatividade como ciência é cheia de surpresas e, sem dúvida, as características mais marcantes daqueles que se destacaram nesse
campo foram as suas mentes. Elas estavam abertas para o inesperado, ao invés de limitar-se à capacidade de planejamento e previsão de uma
pesquisa.
Em 1896, logo depois que Roentgen (1845-1923) chocou o mundo científico ao anunciar a descoberta dos raios X, Henri Becquerel (1852-1908),
estimulado pelos resultados de Roentgen, esperava produzir raios X de minerais fluorescentes.
Becquerel teve a ideia, perfeitamente plausível na época, de que a emissão dos raios X e a fluorescência eram oriundas da mesma causa. O conceito,
mais tarde, provou ser completamente falso, mas Becquerel teve a sorte de escolher um mineral fluorescente de urânio para testar sua ideia. Assim,
ele observou as radiações penetrantes emitidas pelo mineral e relatou suas descobertas à Academie des Sciences de Paris em um artigo intitulado
Sur les radiations emises par phosphorescence, em 24 de fevereiro de 1896.
Pouco depois, Becquerel começou a observar algumas coisas estranhas e a mais curiosa era que o mineral de urânio emitia radiações penetrantes
mesmo quando não atingido pela luz. Becquerel relatou os resultados de suas observações em uma série de oito artigos que fornecem uma visão
abrangente sobre a crescente consciência de que os átomos de urânio estavam inesperadamente emitindo radiações penetrantes.
Essa conclusão, alcançada apenas dois meses e meio após a apresentação do primeiro artigo, foi um triunfo da observação sobre a razão. Também
foi mais notável porque Becquerel sabia que alguns pesquisadores afirmavam ter tido sucesso no que ele falhou, relatando observações de raios X de
minerais fluorescentes em experimentos evidentemente descuidados.
Naquele mesmo ano, na Universidade de Cambridge, J. J. Thomson (1856-1940) estava começando a verificar, experimentalmente, a teoria do
mecanismo de ionização do ar por raios X que ele acabara de apresentar.
Para obter ajuda em seus experimentos, pediu a Ernest Rutherford (1871-1937), um brilhante estudante de Física, que se juntasse a ele na
investigação. Rutherford começou a trabalhar na eletrificação produzida pelos raios X. Em 1898, lembrando que Becquerel já havia mostrado que as
misteriosas radiações emitidas do urânio também podiam ionizar gases, iniciou o estudo da ionização produzida por essas radiações.
O estudo teve como objetivo verificar quanto esse processo dependia da natureza dos raios e quanto dependia da natureza do gás específico
envolvido. Inesperadamente, Rutherford descobriu que os raios de urânio eram uma mistura de dois tipos diferentes:
Um, que ele chamou de alfa, tinha um poder ionizante bastante forte, mas tão pouco poder de penetração que poderia ser interrompido por uma folha
de papel.

O outro, que ele chamou de beta, tinha um poder ionizante mais fraco, mas seu poder de penetração era semelhante ao dos raios X.
 COMENTÁRIO
Naquele mesmo ano, G. C. Schmidt (1865-1949), em Erlangen, e Marie Sklodowska Curie (1867-1934), em Paris, descobriram que o tório também
emitia radiações penetrantes e ionizantes.
Em 1899, Rutherford mudou-se para a Universidade McGill, em Montreal, onde conheceu R. B. Owens (1870-1940), professor de engenharia elétrica.
Ele persuadiu Owens a trabalhar nas radiações ionizantes emitidas pelo tório, enquanto ele próprio trabalharia nas emitidas pelo urânio. As radiações
do tório mostraram-se mais difíceis de lidar, pois a ionização parecia flutuar amplamente.
Owens propôs a corrente de ar como a possível causa do problema e, pouco antes de partir para a Inglaterra nas férias de verão, conseguiu estabilizar
a ionização selando sua amostra de óxido de tório em uma caixa hermética. Rutherford foi deixado sozinho para explicar o enigma, chegando
rapidamente à conclusão de que as flutuações na ionização se deviam à "emanação" de uma substância radioativa do tório.
Um ano depois, em Londres, Sir William Crookes (1832-1919) tentava purificar o nitrato de urânio. Ao fazer isso, ele ficou surpreso ao descobrir que
havia eliminado quase completamente a radioatividade do urânio.
Desde então, Crookes começou uma série de testes químicos que separaram o urânio de uma substância totalmente diferente e altamente radioativa,
que ele chamou de urânio X. Além disso, uma nova emanação do rádio foi descoberta.
Rutherford percebeu que qualquer progresso futuro seria difícil sem a ajuda de um químico e convenceu Frederick Soddy (1877-1956) a se juntar a ele
em seu trabalho. Enquanto isso, Becquerel havia observado que, embora o urânio perdesse quase toda a sua radioatividade quando o urânio X era
removido, após um curto período de tempo, ele recuperou a radioatividade perdida.
Rutherford e Soddy também descobriram que o tório, após ter sido separado do tório X, com o tempo, gerou sua radioatividade e seu poder de
produzir emanações. Percebendo que o tório X era quimicamente diferente do tório, mas não havia nada além do tório para produzi-lo, eles
propuseram a nova teoria revolucionária do decaimento radioativo, pela qual o tório era transformado em tório X pela emissão de radiações ionizantes.
No artigo deles, publicado em 1902 (apenas seis anos após a descoberta da radioatividade), também afirmaram a natureza exponencial das leis de
decaimento e crescimento radioativo.
Em 1900, Becquerel descobriu que os raios beta eram fluxos de elétrons carregados negativamente e que se moviam rapidamente.
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Rutherford, em 1902, investigou os raios alfa e descobriu que eles também eram partículas, embora carregassem cargas positivas e fossem
enormemente maiores do que os elétrons.
Por causa do tamanho das partículas alfa, estava bem claro para Rutherford que elas carregavam praticamente toda a energia contida no processo de
radioatividade.
 COMENTÁRIO
Com notável intuição, em um artigo publicado em 1903, Rutherford sugeriu que o hélio deveria ser um produto estável da decomposição radioativa do
urânio e do tório, porque frequentementeacompanhava minerais radioativos, nos quais se acumulou em quantidades mensuráveis.
Soddy e Rutherford tentaram estimar a energia liberada no decaimento alfa do rádio, obtendo o incrível número de 15.000 calorias por grama.
Enquanto esse cálculo ainda aguardava publicação, Pierre Curie e Albert Laborde, em Paris, publicaram os resultados das medições experimentais
realizadas no rádio e no brometo de bário. Eles obtiveram um valor muito maior do que 880.000caI/g de rádio. Esses números eram, no entanto, muito
maiores do que a energia liberada por reações químicas comuns.
No mesmo ano, Soddy mudou-se para o laboratório de Sir William Ramsey, em Londres. Soddy esperava identificar o espectro da emanação de um
brometo de rádio puro. O experimento falhou porque eles não viram o espectro esperado, mas as linhas familiares de hélio. Como o hélio não entrou
em nenhuma combinação química, não havia como o brometo de rádio o ter absorvido. Deve ter se formado dentro dos cristais de brometo de rádio
devido à decomposição do rádio. Visto que tanto o rádio quanto o hélio eram elementos reconhecidos, essa era uma evidência direta a favor da teoria
da transmutação.
Naquele outono, em Montreal, Rutherford começou a fazer medições experimentais do calor liberado por processos radioativos. A partir de estudos
dos detalhes da emissão alfa, ele conseguiu identificar toda a cadeia de decomposição, por meio da qual o urânio se decaiu em uma substância
estável. Ele publicou seus resultados em 1905 e, com esse artigo, a teoria do decaimento tornou-se uma sólida hipótese de trabalho. Levou em
consideração o que era conhecido, explicando todas as variações na radioatividade que os experimentos poderiam criar. Estabeleceu o novo princípio
de que um elemento radioativo pode ser identificado por sua meia-vida.
Apenas nove anos haviam se passado desde o anúncio de Becquerel sobre as estranhas radiações de urânio, mas os conceitos básicos de
radioatividade já estavam estabelecidos. O trabalho subsequente explicaria os detalhes do processo.
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RAMSEY
Ramsey foi o descobridor do hélio e isolou os gases raros neon, criptônio, xenônio e argônio.
 VOCÊ SABIA
A possibilidade de aplicação da radioatividade às Ciências da Terra já havia sido apontada por Rutherford e Soddy, quando sugeriram que a idade dos
minerais poderia ser determinada pela medição da razão hélio/urânio.
Diante desse contexto, vamos entender agora os conceitos da radioatividade de forma mais aprofundada? Acompanhe o desenvolvimento das
informações a seguir.
 
ASPECTOS GERAIS DO DECAIMENTO RADIOATIVO
O decaimento nuclear, também chamado de decaimento radioativo, desintegração nuclear, transformação nuclear ou, ainda, transmutação nuclear, foi
descoberto em 1986, por Henri Becquerel.
É um processo pelo qual um núcleo pai instável se transforma espontaneamente em um ou vários núcleos filhos que são mais estáveis do que o
núcleo pai, uma vez que apresentam maiores energias de ligação por núcleo do que o núcleo pai.
O núcleo filho também poderá ser instável e se desintegra ainda mais ao longo de uma cadeia de transmutações radioativas até que uma configuração
nuclear estável seja alcançada. O decaimento radioativo é, geralmente, acompanhado pela emissão de partículas energéticas do núcleo atômico, de
fótons de alta energia (radiação gama) ou ainda de ambos, que podem ser usados na ciência, indústria, agricultura e Medicina.
O decaimento nuclear é um fenômeno estatístico. Suas principais características e as leis que o governam serão descritas a seguir.
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1
As leis exponenciais que governam o decaimento nuclear e o crescimento de substâncias radioativas foram formuladas pela primeira vez por Ernest
Rutherford e Frederick Soddy, em 1902, e depois refinadas por Harry Bateman, em 1910.
2
Uma substância radioativa contendo átomos da mesma estrutura é frequentemente chamada de nuclídeo radioativo ou radionuclídeo. Os átomos
radioativos, como qualquer outra estrutura atômica, são caracterizados pelo número atômico Z e número de massa atômica A.
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3
O decaimento radioativo envolve uma transição do estado quântico do nuclídeo original (pai) para um estado quântico do nuclídeo produto (filho). A
diferença de energia entre os dois níveis quânticos envolvidos em uma transição radioativa é chamada de energia de desintegração (Q). A energia de
decaimento é emitida na forma de radiação eletromagnética (geralmente raios gama) ou na forma de energia cinética dos produtos da reação.
4
O modo de decaimento radioativo depende do nuclídeo envolvido.
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Todos os processos de decaimento radioativo são governados pelo mesmo formalismo geral que é baseado na definição da atividade A(t) e em um
parâmetro característico para cada processo de decaimento radioativo: a constante de decaimento radioativo total λ com dimensões de tempo,
geralmente em s-1.
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A constante de decaimento λ independe da idade do átomo radioativo e é essencialmente independente das condições físicas, como temperatura,
pressão e estado químico do ambiente do átomo. Medidas cuidadosas mostraram que λ pode realmente depender ligeiramente do ambiente físico. Por
exemplo, em pressões extremas ou em temperatura extremamente baixa, o radionuclídeo de tecnécio-99m mostra uma mudança fracionária em λ da
ordem de 10−4 em comparação com o valor à temperatura ambiente (293K) e à pressão padrão (101,3kPa).
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7
A constante de decaimento radioativo total λ multiplicada por um intervalo de tempo que é muito menor do que 1/λ representa a probabilidade de que
qualquer átomo particular de uma substância radioativa contendo um grande número N(t) de átomos radioativos idênticos irá decair (desintegrar)
nesse intervalo de tempo. Uma suposição é feita de que λ é independente do ambiente físico de dado átomo.
UNIDADES NUCLEARES
Você, provavelmente, já está familiarizado com as partículas fundamentais que compõem o núcleo atômico – prótons e nêutrons. Todavia, antes de dar
sequência aos conceitos de radioatividade, vamos revisar as partículas que compõem um átomo, além de algumas unidades e grandezas nucleares
importantes e que serão utilizadas ao longo dos seus estudos.
 
NÚCLEO
O núcleo do átomo foi proposto inicialmente por Ernest Rutherford, em 1911, em seu famoso experimento com folha de ouro. Ele concluiu que todas as
partículas carregadas positivamente em um átomo estavam concentradas em um núcleo singular e que a maior parte do volume do átomo estava
vazia. Ele também afirmou que o número total de partículas carregadas positivamente no núcleo é igual ao número total de elétrons carregados
negativamente presentes ao seu redor. Em 1932, Werner Heisenberg propôs que o núcleo atômico era constituído de prótons e nêutrons.
 
PRÓTON
A descoberta do próton é creditada a Ernest Rutherford, que provou, em 1917, que o núcleo do átomo de hidrogênio (ou seja, um próton) estava
presente no núcleo de todos os outros átomos. O próton tem carga positiva e massa 1.840 vezes maior que a massa do elétron.
 
NÊUTRONS
HEISENBERG
Prêmio Nobel de Física em 1932.
Os nêutrons são partículas sem carga e com massa ligeiramente maior do que as dos prótons.
O físico britânico James Chadwick descobriu os nêutrons em1932. Por essa descoberta, em 1935, ele recebeu o Prêmio Nobel de Física.
A presença de partículas neutras nos núcleos dos átomos também foi sugerida por Ernest Rutherford em 1920. Ele sugeriu que uma partícula com
carga neutra, consistindo em um próton e um elétron ligados um ao outro, também residia nos núcleos dos átomos. Ele cunhou o termo nêutron para
se referir a essas partículas com carga neutra.
 
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ELÉTRON
O elétron é a partícula carregada mais importante na formação da estrutura da matéria.
Essa partícula foi identificada por Joseph John Thomson, em 1897, por meio de medições precisas da razão entre a carga (e) e a massa (m) do elétron
(ou seja: e/m).
Thomson identificou o elétron observando feixes de partículascarregadas, submetidas a campos elétricos e magnéticos, num tubo de raios catódicos.
 
MASSA ATÔMICA E NÚMERO AVOGADRO
Ao descrever a massa de objetos na escala de núcleos e átomos, é mais razoável medir sua massa em termos de átomos (unidade de massa
atômica).
A unidade de massa atômica foi unificada a partir de 1960, definida como 1/12 da massa de um átomo de 12C, que é o isótopo estável do átomo de
carbono mais abundante na natureza. Logo, a massa do átomo do 12C ficou definida como sendo 12,000000u.
 ATENÇÃO
A nova unidade de massa (u) não pertence ao Sistema Internacional de Unidades e Medidas.
A massa de 1u pode ser determinada a partir no número de Avogadro NA:
1U ( G ) 
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Em 12kg de 12C estão contidos:
NA = 6,02 X 1023 ÁTOMOS/G.MOL OU NA = 6,02 X 1026 ÁTOMOS/KG.MOL. 
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Assim, a massa de um átomo de 12C =
12 KG/(6,02 X 1026 ÁTOMOS) = 1,99 X 10-26 KG = 12U. 
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Portanto,
1U = 1,99 X 10-26 KG/12 = 1,66 X 10-27 KG.
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EQUIVALÊNCIA ENTRE MASSA X ENERGIA
A enorme energia emitida durante a transmutação de um elemento radioativo em outro é facilmente entendida a partir do conceito de equivalência
entre massa e energia, proposta por Albert Einstein quando formulou sua teoria da relatividade.
De acordo com a teoria da relatividade restrita de Einstein, há uma equivalência entre massa (m0) de uma partícula e energia (E0), de repouso, dada
pela seguinte equação:
E0 = m0 c2
Em que c é a velocidade da luz no vácuo.
Então, a energia equivalente a 1u pode ser calculada da seguinte maneira:
E0=1UC2=(1,66054X10-27KG) (2,997925X108M/S)2=1,49242X10-10J=(1,49242X10-
10J)/(1,602177X10-19J/EV)=931,494MEV
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Portanto, a massa de 1u equivale à energia de 931,494 MeV.
Para o caso do próton:
E0=1UC2=(1,6726X10-27KG)(2,997925X108M/S)2=1,50534X10-10J=938,28MEV
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ELÉTRON-VOLT (EV)
O elétron-volt, unidade de energia que não pertence ao Sistema Internacional, é usado para energias extremamente pequenas. Ele corresponde à
energia adquirida por um elétron quando é acelerado no vácuo por uma diferença de potencial de 1V.
1 EV = 1,60217646 × 10−19 J.
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ATIVIDADE A(T) DE UMA AMOSTRA RADIOATIVA
A atividade A(t) de uma amostra radioativa contendo um grande número N(t) de átomos radioativos idênticos representa o número total de
decaimentos (desintegrações) por unidade de tempo, ou seja, a taxa de mudança dos átomos instáveis em determinado instante de tempo é definida
como um produto entre N (t) e λ, ou seja:
A(T) = - DN(T)DT= - ΛN(T) (1.1)
OBSERVAÇÃO: O SINAL NEGATIVO INDICA QUE O NÚMERO TOTAL DE NÚCLEOS DIMINUI C
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A unidade SI de atividade é o Becquerel (Bq) dado como 1Bq = 1s − 1.
 ATENÇÃO
O Becquerel e o Hertz correspondem a s− 1, mas o Hertz se refere à frequência do movimento periódico, enquanto o Becquerel se refere à atividade.
A antiga unidade de atividade, o Curie (Ci), foi inicialmente definida como a atividade de 1g do rádio-226 (226Ra) e dada como 1Ci = 3,7 × 1010 s−1.
A atividade de 1g de 226Ra foi subsequentemente medida como sendo 3,665 × 1010 s− 1; entretanto, a definição do Curie foi mantida em 3,7 × 1010 s−
1.
O valor atual da atividade de 1g de 226Ra é, portanto, 0,988Ci ou 3,665 × 1010Bq.
Observação: Bq e Ci estão relacionados da seguinte forma: 1Bq = 2,703 × 10−11 Ci ou 1 Ci = 3,7 × 1010 Bq
DECAIMENTO DA ATIVIDADE COM O TEMPO
A forma mais simples de decaimento radioativo é caracterizada por um núcleo pai radioativo P decaído com constante de decaimento λ em um núcleo
filho estável F:
 P→Λ F
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A taxa com que o número de núcleos pais radioativos N(t) diminui no tempo t é igual à atividade A(t), isto é:
-DNP(T)DT = A(T) = -1NP(T) (1.2)
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Assumindo λ como constante, a equação diferencial de (1.2) para N(t) pode ser reescrita na forma integral, obtendo o seguinte resultado:
NP(T) = NP(0)E-LT (1.3)
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Em que Np(0) é o número de núcleos radioativos no instante t = 0.
A atividade dos núcleos pais no instante de tempo t pode ser expressa da seguinte forma:
A(T) = LNP(T) = LNP(0)E-LT = A(0)E-LT (1.4)
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Em que A (0) = λNp(0) é a atividade inicial da substância radioativa.
O número inicial de núcleos radioativos NP (0) de massa atômica A, numa amostra de massa m em (γ), pode ser obtido pela seguinte expressão:
NP(0)=MNAA (1.5)
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Em que NA é o número de Avogadro (6.022 × 1023 átomos em grama do radionuclídeo).
A lei de decaimento de (1.3) se aplica a todos os nuclídeos radioativos, independentemente de seu modo de decaimento. No entanto, a constante de
decaimento λ é diferente para cada nuclídeo radioativo p e é a característica definidora mais importante de um nuclídeo radioativo.
Muitos radionuclídeos possuem modos alternativos de decaimento. Por exemplo, o decaimento do 226Ra possui ramificações. Neste caso, a
constante de decaimento (desintegração) total λ é dada pela soma das constantes de decaimento parcial λi, aplicáveis a cada modo:
L = ∑I=1NLI = L1+L2+.....LN (1.6)
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Conhecendo as probabilidades de decaimento parcial ni, cada constante de decaimento parcial pode ser calculada por:
LI=NIL (1.7)
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E a atividade parcial é dada por:
AI(T)=LIN(T)=LIN(0)E-LT (1.8)
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 COMENTÁRIO
Perceba que cada atividade parcial decai com a mesma taxa, que é determinada pela constante de decaimento total, uma vez que o estoque de
núcleos N disponíveis a cada instante t para cada tipo de decaimento parcial é o mesmo para todos os tipos.
A atividade total A é dada pela soma das atividades parciais:
A(T) = ∑I=1NAI(T) = N(T)∑I=1NLI1 = N(T)L = N(0)E-LT (1.9)
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 EXEMPLO
O 226Ra decai em 222Rn e quando isso acontece, há duas possibilidades para que esse radionuclídeo emita radiação.
Determine as constantes parciais de decaimento.
RESOLUÇÃO:
Sejam α1 e α2 as partículas alfa emitidas com energias de 4,784 MeV e 4,601 MeV, respectivamente, podemos determinar as constantes parciais de
decaimento, sabendo-se que T 1/2 = 1.620 anos:
li = nil
la1 = 0,945 x l = 4,04 x 10-4ano-1
la2 = 0,055 x l = 2,35 x 10-5ano-1
MEIA-VIDA DO RADIOISÓTOPO (T1/2)
A meia-vida (T1/2) de uma substância radioativa é o intervalo de tempo durante o qual o número de núcleos radioativos da substância presente decai
(desintegra) para metade do valor inicial N (0), em t=0.
∆T=T1/2→N=N(0)2 (1.10)
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Também podemos afirmar que, no tempo de meia-vida, a atividade A(t) de uma substância radioativa diminui para a metade de seu valor inicial, ou
seja: Se,
N(T = T1/2) = 12N(0) = N(0)E-LT1/2 (1.12) A(T = T1/2) = 12A(0) = A(0)E-
LT1/2 (1.11)
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Podemos,então, encontrar uma relação entre T1/2 e λ. A partir da equação (1.11), obtemos a seguinte relação entre a constante de decaimento λ e a
meia-vida (T1/2):
L=LN2T1/2=0,693T1/2
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 EXEMPLO
DECAIMENTO DO CARBONO-11 (11C)
1. O 11C tem meia-vida de 20,334 min.
a) Qual é a constante de decaimento do 11C?
2. Se 1 kg de amostra de 11C existe no início de uma hora:
a) Quanto material permanecerá no final desta hora?
b) Qual será a atividade de decomposição naquele momento?
Uma vez que N(0) se refere à quantidade de 11C no início, em (t=0), depois de uma meia-vida, a quantidade de 11C restante será N(0)/2. A constante
de decaimento é equivalente à probabilidade de um núcleo decair a cada segundo. Como resultado, a meia-vida precisará ser convertida em
segundos.
SOLUÇÃO:
a)
N(T) = N(0)E-LT EN/N0=0,5 
LOGO, 0,5 = E-LT
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Aplique o logaritmo natural em ambos os lados da equação para isolar a constante de decaimento.
LN(0,5) = -LT→-0,693=-L(20,334MIN)(60S/1MIN) = -L(1,220S)→L = 5,68X10-4S-1
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b) A quantidade de material após uma hora pode ser encontrada usando a equação:
N(T) =N(0)E−LT 
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Convertendo 1kg para g: 1kg = 1000g
N(T) = 1000G E-(5,68X10-4 S-1)(60X60) = 129,4G
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c) A atividade após uma hora pode ser encontrada usando a equação:
A(T) = L N(T) = (5,68 X 10−4 S−1)(129,4G) = 0,00735 BQ 
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VIDA MÉDIA DO RADIOISÓTOPO, Τ
O tempo de vida real de qualquer núcleo radioativo pode variar de 0 a ∞. No entanto, para um grande número N de núcleos pais, podemos definir a
vida média (τ) de uma substância pai radioativa, que é a soma das vidas úteis de todos os átomos individuais dividida pelo número inicial de núcleos
radioativos. 
A vida média representa, portanto, a expectativa de vida média de todos os núcleos na substância radioativa P no tempo t = 0; ou seja: 
𝑨(𝟎) 𝝉𝑷 = 𝑨(𝟎) ∫𝒆−𝒍𝒕 𝒅𝒕 = 𝑨(𝟎)𝒍=𝑵𝑷 (𝟎) (1.14)
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A constante de decaimento λ e a vida média τP estão relacionadas pela seguinte expressão: 
ΤP = 1L (1.15)
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A vida média τP também pode ser definida como o tempo necessário para o número de átomos radioativos ou sua atividade cair para 1/e = 0,368 de
seu valor inicial NP (0) ou da atividade inicial A(0), respectivamente.
A vida média (τP ) e a meia-vida (T 1/2 ) estão relacionadas da seguinte forma: 
𝝉𝑷= 𝟏𝒍=𝑻𝟏/𝟐𝒍𝒏𝟐 = 𝟏,𝟒𝟒 𝑻𝟏/𝟐 (1.16) 
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Um exemplo típico de um decaimento radioativo para a condição inicial A(t=0) = A(0) é mostrado na imagem, a seguir, como um gráfico da atividade
A(t) em função do tempo t, ou seja:
 𝑨 (𝒕)= 𝑨(𝟎)𝒆-LT (1.17) 
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
As seguintes propriedades da curva de decaimento radioativo são notáveis:
i. A área sob a curva de atividade A(t) versus tempo t para 0 ≤ t ≤ ∞ é dada como:
∫0∞A(T) DT = A(0) ∫0∞E−LTDT =A(0)L = A(0) T = N(0)
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
E o resultado é igual ao número inicial de núcleos radioativos no tempo t = 0.
 
Imagem: Nilséia A. Barbosa
 Atividade A(t) versus tempo t para um decaimento simples de um pai radioativo P em um filho estável F .
a) O número total de núcleos radioativos presentes em qualquer momento t > 0 é simplesmente a atividade A(t) multiplicada pela vida média τ .
b) O conceito de meia-vida (T1/2) é mostrado na imagem anterior, como o tempo em que a atividade A(t) cai de A(0) para (1/2)A(0). 
c) O conceito de vida média τ é mostrado na imagem anterior, como o tempo em que a atividade A(t) cai de A(0) para 0,368A(0) = e − 1A(0). 
d) A área A(0) τ é mostrada na Figura 1 por um retângulo com lados A(0) e τ. Se a atividade inicial A(0) pudesse permanecer constante para a vida
média τ, todos os átomos seriam transformados no tempo t = τ no qual a atividade cairia abruptamente para zero. 
e) Em geral, a inclinação da tangente à curva de decaimento no tempo t é dada como:
f) dA(t)dt=− l A(0) e−lt , enquanto a inclinação inicial em t = 0 é igual a −λA (0).
g) A função linear, com a inclinação igual a −λA (0) e a interceptação das ordenadas no tempo t = 0 igual a A(0), é: A(t) = − lA(0)t+ A(0), e representa
a tangente à curva de decaimento em t = 0. Ela serve como uma boa aproximação para a relação atividade A(t) versus t , quando t ≪ τ, ou seja :
 A(t) ≈ A(0) (1−lt) = A(0) (1− t/t) . E resulta em A(t) = 0 em t = τ .
DECAIMENTO DA SÉRIE RADIOATIVA
O tópico anterior tratou da radioatividade de uma amostra contendo apenas um radionuclídeo pai submetido a apenas um modo de decaimento
radioativo, levando a um filho estável.
A lei do decaimento de uma amostra pode ser estendida e ser significativamente mais complexa se a amostra consiste em dois ou mais componentes,
como nos casos seguintes:
Uma série de transmutação radioativa onde um pai radioativo P decai com constante de decaimento λP em um filho F que, por sua vez, é radioativo e
decai com uma constante de decaimento λ F em um neto estável n: 
P→𝜆PF →𝜆Fn
Na cadeia de transmutação, o neto e vários de seus descendentes são também radioativos. 
Esse processo estende-se por várias gerações e constitui o que se chama de série radioativa.
O radionuclídeo na amostra está sujeito a mais de um modo de desintegração. Esse tipo de decaimento é conhecido como decaimento de ramificação.
A amostra consiste em mais de uma espécie radioativa em uma mistura de atividades independentes.
Muitos núcleos encontrados na natureza pertencem a uma das três séries que começam com um núcleo pai de meia-vida muito longa e estende-se
por um conjunto de gerações de núcleos que vão decaindo até alcançar a estabilidade com o chumbo (Z = 82). 
 
As três séries naturais começam com o 238U, 235 U e 232Th, que possuem meia-vida de, respectivamente, 4,47 x 109 anos, 7,04 x 108 anos e 1,41 x
1010 anos. Quando se atinge o que é chamado de equilíbrio secular, as atividades de todos os elementos da série são iguais. 
 
Os resultados obtidos nos decaimentos sucessivos dependem muito das meias-vidas relativas do pai, filho, neto e demais descendentes. Logo, há a
necessidade de fazer um balanceamento das equações diferenciais para cada elemento. 
 
É importante notar também que, nas séries radioativas, não é possível igualar a atividade à derivada do número de núcleos, como fizemos na equação
1.4, pois há mais componentes que modificam o número de núcleos na amostra – eles são criados a partir de um decaimento. 
 EXEMPLO
Para uma série curta com pai e filho radioativos e neto estável, as equações diferenciais têm a forma:
𝒅𝑵𝑷𝒅𝒕= − 𝒍𝑷 𝑵𝑷 (1.19) 
dNfdt = -lFNF + lPNPNP (1.20)
𝒅𝑵𝒏𝒅𝒕= − 𝒍𝑭 𝑵𝑭 𝑵𝑷 (1.21)
A solução para esse conjunto de equações resulta, para o número de núcleos do nuclídeo filho no instante t, se não há nenhum núcleo no instante
inicial, isto é, para t = 0, N (0)F = 0,
NF = lPN(0)P 1(lF-lP) (e-lPt -e-lFt)NP (1.22)
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
V=ΔST→T=4,0 KM80 KM/H→T=0,05H=3MIN M
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
ENERGIA DE DESINTEGRAÇÃO (Q)
A energia de desintegração (Q) é a energia total liberada em um decaimento radioativo, que é igual à diferença de massas atômicasentre os estados
fundamental do pai e do filho.
Considere, por exemplo, o decaimento radioativo do 238U, que é comumente escrito na forma:
U92238 → T90234H + 24Α (1.23)
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
E o valor Q para esta reação é:
Q =∆Mc2, em que ΔM = M i (massa inicial) − M f (massa final)
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Q = [M( U92238) - M(T90234H) - MΑ]C2 (1.24)
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
No entanto, deve-se notar que, em todas as reações nucleares, a carga total deve ser conservada. 
Na reação vista anteriormente, o número de elétrons não é conservado. No lado esquerdo, o átomo de urânio tem 92 elétrons. À direita, o átomo de
tório tem 90 elétrons, e a partícula alfa é positiva, portanto, não tem elétrons. 
Antes de prosseguir, é necessário ter cuidado para equilibrar o número do elétron. Isso pode ser feito observando que, quando uma partícula alfa é
emitida do átomo de urânio, a emissão da partícula alfa deve ser acompanhada pela emissão de dois elétrons orbitais do átomo de tório. 
A reação correta deve ser escrita como:
U92238 → T90234H + 24Α + 2 E-10 (1.25)
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Conceitualmente, os dois elétrons podem ser combinados com a partícula alfa para produzir um átomo de He com dois elétrons (a energia de ligação
dos dois elétrons no átomo de hélio é negligenciada).
U92238 → T90234H + 24HE (1.26)
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
O valor Q agora pode ser expresso, em termos de massas atômicas, como:
Q = [M(U92238) - M(T90234H) - M(24HE)]C2 = (238,050788U)-(234,043601U)-
(4,002603U)=0,004584U
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Como 1u = 931, 494 MeV
𝑸= 𝟒,𝟐𝟕𝑴𝒆𝑽
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Alternativamente, a energia de decaimento pode ser obtida para as partículas alfa emitidas junto com a energia de recuo do átomo de tório.
Aproximadamente 77% das partículas α emitidas têm energia cinética de 4,20 MeV e 23% com energia de 4,15 MeV. 
A transição de 4,20 MeV resulta no estado fundamental de 234Th. A transição de 4,15 MeV dá origem a um estado excitado que então decai pela
emissão de um fóton de 0,05 MeV para o estado fundamental. Assim, a energia total de decaimento é de 4,20 MeV mais a energia de recuo do núcleo
de tório. A partir da conservação do momento, o momento p da partícula alfa e do núcleo do tório deve ser igual. Uma vez que a energia E está
relacionada ao momento por E = p2/2M, segue-se que a energia do núcleo de tório recuando é ETh = (4/234) × Eα = 0,07 MeV. 
Portanto, a energia total de decaimento Q é 4,27 MeV. 
A HISTÓRIA DA RADIOATIVIDADE
Assista ao vídeo para conhecer os principais marcos na descoberta da radioatividade e veja o exemplo de cálculo de uma atividade de uma fonte
pontual.
VERIFICANDO O APRENDIZADO
1. RADIOATIVIDADE É A TRANSFORMAÇÃO ESPONTÂNEA DO NÚCLEO ATÔMICO DE UM NUCLÍDEO PARA OUTRO.
SOBRE RADIOATIVIDADE, ASSINALE A ALTERNATIVA CORRETA:
A) Meia-vida física é o tempo necessário para que certo nuclídeo radioativo tenha o seu número de átomos reduzido a 1/e.
B) A mudança de um núcleo (pai) para outro (filho) é chamada transmutação.
C) A partícula alfa tem a mesma massa de repouso de um elétron atômico e unidade de carga elétrica negativa.
D) Os núcleos excitados podem emitir o excesso de elétrons na forma de fótons chamados de raios catódicos.
E) A meia-vida de um elemento radioativo é avaliada como sendo a soma das idades de todos os átomos dividida pelo número total de átomos, pois
um material radioativo tem teoricamente duração infinita.
2. O NÚMERO DE DESINTEGRAÇÕES RADIOATIVAS POR UNIDADE DE TEMPO DE UMA AMOSTRA DE IODO É
PROPORCIONAL AO NÚMERO DE ÁTOMOS DE IODO PRESENTES NA AMOSTRA NAQUELE DADO MOMENTO.
SUPONDO QUE A CONSTANTE DE PROPORCIONALIDADE Λ SEJA IGUAL A 0,0117 DIAS-1. 
QUAL É, APROXIMADAMENTE, O NÚMERO DE DIAS PARA QUE O NÚMERO DE ÁTOMOS DE IODO SEJA REDUZIDO
A 1/10 DO SEU VALOR ORIGINAL.
A) 203,0 dias
B) 195,2 dias
C) 196,8 dias
D) 197,9 dias
E) 207,8 dias
GABARITO
1. Radioatividade é a transformação espontânea do núcleo atômico de um nuclídeo para outro. 
Sobre radioatividade, assinale a alternativa CORRETA:
A alternativa "B " está correta.
 
A única opção totalmente correta é a letra B. 
Em A, meia-vida física é o tempo necessário para que certo nuclídeo radioativo tenha o seu número de átomos reduzido à metade . 
Em C, a partícula alfa é positiva . 
Em D, não tem elétrons no núcleo do átomo. 
Em E, seria vida média e não meia-vida.
2. O número de desintegrações radioativas por unidade de tempo de uma amostra de iodo é proporcional ao número de átomos de iodo
presentes na amostra naquele dado momento. Supondo que a constante de proporcionalidade λ seja igual a 0,0117 dias-1. 
Qual é, aproximadamente, o número de dias para que o número de átomos de iodo seja reduzido a 1/10 do seu valor original.
A alternativa "C " está correta.
 
dNdt= −lN → N = N0 e−lt 
Como
N=(1/10) N0
, temos: 
e-0,0117t = 0,1 → t = (-1/0,0117).ln(0,1) → t = 196,8dias.
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
MÓDULO 2
 Compreender os diferentes modos de decaimentos radioativos
EMISSÕES NUCLEARES
O decaimento radioativo é uma transformação nuclear espontânea que resulta na formação de novos elementos e é amplamente independente dos
estados físico e químico do nuclídeo.
Neste processo, um nuclídeo pai instável é transformado em um nuclídeo filho mais estável, por meio de vários processos. 
O processo de decaimento depende da razão nêutron para próton e da relação massa-energia dos nuclídeos pai e filho e da(s) partícula(s) emitida(s).
Como acontece com qualquer reação nuclear, as várias leis de conservação devem valer.
O processo, geralmente, é acompanhado pela emissão de radiação gama, conforme a imagem a seguir. Se o nuclídeo filho também for instável, o
processo de decaimento radioativo continua em uma cadeia de decaimento até que um nuclídeo estável seja alcançado. 
 
Imagem: Shutterstock.com
 Decaimento radioativo
Os nuclídeos radioativos decaem espontaneamente pelos seguintes processos:
DECAIMENTO ALFA (Α)
DECAIMENTO BETA-MENOS (Β−)
DECAIMENTO BETA (Β+)
EMISSÃO GAMA (Γ)
CAPTURA DE ELÉTRONS (CE)
DECAIMENTO DE PRÓTONS (P)
DECAIMENTO DE NÊUTRONS (N)
 
Imagem: Shutterstock.com
 Ilustração de um núcleo atômico instável
MODOS DE DECAIMENTO
DECAIMENTO ALFA (Α)
A emissão de partículas do núcleo por decaimento alfa (α) ocorre quando núcleos de átomos instáveis são extremamente pesados (elemento
radioativo), ou seja, nuclídeos de número atômico alto contêm excesso de prótons e nêutrons. 
O núcleo com muitos prótons se torna mais instável devido às repulsões coulombianas que há entre os prótons, as partículas positivas. Para diminuir a
instabilidade, núcleos desses átomos pesados emitem dois prótons e dois nêutrons, o que coincide com um núcleo de hélio (He). Logo é chamado de
núcleo de hélio. 
A equação 2.1 ilustra um exemplo de decaimento alfa: 
PZA→ FZ-2A-4+ A24→ FZ-2A-4 + H24E
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Os símbolos utilizados para a identificação de um elemento químico são: 
A - número de massa; 
Z - número atômico ou número de prótons; 
N - número de nêutrons, sendo obtido pela equação N = A – Z. 
 
Exemplos: H24e, P94239u, U92235.
 
A imagem a seguir (Esquema do decaimento alfa (α) ilustra o decaimento nuclear alfa (α) de um átomo pai (P) emitindo uma partícula alfa (α24),
resultando em filho (F). Já a imagem posterior (Decaimento do 𝑹226𝒂.𝑹88226𝒂 →𝑹86222𝒏 + 𝑯24𝒆) mostra o decaimento do (rádio) 222Ra emitindo
uma partícula alfa ( 𝑯24𝒆), transformando no(Radon) 222Rn.
 
imagem: Shutterstock.com
 Esquema do decaimento alfa (α)
 
Imagem: MikeRun/ Commons Wikimedia / Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International
 Decaimento do 𝑹226𝒂.𝑹88226𝒂 →𝑹86222𝒏 + 𝑯24𝒆
 VOCÊ SABIA
Na interação da radiação com a matéria, as partículas alfa perdem sua energia e se tornam átomos de hélio neutros. Seu alcance em sólidos e
líquidos é muito curto: da ordem de micrômetros. 
No ar, o alcance é normalmente de alguns centímetros. Devido a esse curto alcance, a radiação alfa normalmente não constitui um perigo para os
seres humanos, sendo absorvida pelas camadas externas da pele antes de causar lesões. Porém, se as partículas emissoras de alfa forem ingeridas
internamente, por exemplo, por deglutição ou inalação, são muito tóxicas devido à grande quantidade de energia liberada em uma curta distância no
tecido vivo. 
Essas propriedades das partículas alfa podem ser usadas para erradicar células cancerígenas.
 
ENERGIA NO DECAIMENTO ALFA (Α)
Para que ocorra um decaimento, deve haver a conservação do número atômico, do número de massa e da energia total, vistos no módulo 1.
Logo, a energia de desintegração no decaimento alfa (Qa) pode ser escrita como:
QΑ = [M(ZAP) - M(FZ-2A-4) - M(24Α)]C2 ≅ [M(ZAP)-M(FZ-2A-
4) - 2ME - M(24Α)]C2 ≅ [M(ZAP)- M(FZ-2A-4) - M(24HE)]C2 (2.2)
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Para que ocorra a emissão α, o valor de Q da reação deve ser positivo. A energia Qα aparece como energia cinética do núcleo filho da partícula α e a
energia de excitação do núcleo filho. Como o momento linear também deve ser conservado, a partícula α, cuja massa é muito menor que a do núcleo
filho, carrega quase toda a energia cinética.
 EXEMPLO
DECAIMENTO Α
O 238U decai em 234Th e nesse processo emite uma partícula α.
U238 → T234h + H4e
Quando a partícula a é emitida do núcleo do 238U, seu número atômico diminui de 2, para transformar-se em um átomo neutro do 234Th, libera
também dois elétrons da camada mais externa, que são transferidos a algum átomo ou molécula do meio. Por outro lado, a partícula α, que é emitida
com energia cinética, sai ionizando os átomos que encontra em seu caminho e vai perdendo energia até parar, quando captura dois elétrons que
encontra nas vizinhanças e torna-se um átomo neutro de He.
A energia de desintegração Q pode ser calculada conhecendo-se as massas atômicas dos nuclídeos envolvidos, sob a hipótese de que a massa do
núcleo é a do átomo menos a massa dos seus elétrons Z.
Para 238U, 234Th e 4He, Q pode ser calculado como:
Qα = [M(U238) - M(T234h) - m(H4e)]c2 =
(238,050788 -234,043601 - 4,002603)u = (0,004584u) ≅ 4,27MeV
Como 1 u = 931,494 MeV
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
DECAIMENTO BETA (Β)
O decaimento da partícula beta (β) é exatamente como um elétron, com uma importante diferença entre os dois: a sua origem.
O decaimento beta é de origem nuclear.

O elétron se encontra na órbita ao redor do núcleo de um átomo.
O decaimento beta é o termo usado para descrever elétrons (négatrons e pósitrons) de origem nuclear, carregados positiva (β+) ou negativamente
(β-). 
Sua emissão constitui um processo comum em núcleos de massa pequena ou intermediária, que possuem excesso de prótons ou de nêutrons em
relação à estrutura estável correspondente, conforme a próxima imagem. 
 
imagem: Shutterstock.com
 Decaimento beta
A energia da transição é bem definida, mas como ela é repartida entre o elétron e o neutrino, a energia da radiação beta detectada terá um valor
variando de zero até um valor máximo, (Emax), a energia do ponto final, característica desse nuclídeo. 
Assim, o espectro da radiação beta detectada será contínuo, iniciando com valor 0 e terminando em Emax, como é mostrado na imagem a seguir. 
 
Imagem: HPaul/ Wikimedia Commons/ CC BY 4.0
 Espectro de distribuição em energia de um processo de emissão β.
Esta energia final corresponde à diferença de massa entre o núcleo pai e o filho, conforme exigido pela conservação de energia. A energia média da
partícula beta é aproximadamente 1/3 da energia máxima.
DECAIMENTO BETA MENOS (Β-)
Quando o núcleo do átomo instável tem excesso de nêutrons, o mecanismo de compensação se dá da seguinte forma: ocorre no núcleo a
transformação de um nêutron em um próton mais um elétron (β-) que é emitido no processo de decaimento.
A equação 2.2 ilustra o processo de decaimento β-.
N→ P+ B − + N¯ (2.3)
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Em que n¯ é um antineutrino. O elétron de alta energia ejetado do núcleo é denotado por β− para distingui-lo de outros elétrons denotados por e−.
Mais precisamente, o “neutrino” emitido no decaimento β− é o antineutrino (com o neutrino sendo emitido no decaimento β−). O neutrino tem carga
zero e massa infinitamente pequena. As energias máximas das partículas beta variam de 10 keV a 4 MeV. 
Embora as partículas b- tenham um alcance maior do que as partículas α, finas camadas de água, vidro, metal etc. podem blindá-las. 
O núcleo pai (P) transforma-se na seguinte configuração:
ZAP → FZ+1A + B- + N¯ (2.4)
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
A próxima imagem (Ilustração do decaimento beta menos) ilustra o processo de decaimento b− e a imagem seguinte (Esquema de decaimento
b − . 14C), o decaimento do 14C que decai em 14N e emite uma partícula b−(négatron). 
 
Imagem: Shutterstock.com
 Ilustração do decaimento beta menos
 
Imagem: Shutterstock.com
 Esquema de decaimento b14C
Partículas beta com menos de 200 keV têm faixa de penetração limitada no tecido. No entanto, as partículas beta dão origem à radiação
Bremsstrahlung , que é altamente penetrante.
 
Imagem: HPaul/ Wikimedia Commons/ CC-BY-AS-4.0 
 Esquema de decaimento b − do 60Co
ENERGIA NO DECAIMENTO B −
A energia de desintegração no decaimento b − (Qβ-) pode ser escrita como:
QΒ- = [M(ZAP) - M(FZ+1A) - (MΒ-) -MN-]C2 ≅ [M(ZAP) - M(FZ+1A) + ME -
MN-]C2 ≅ [M(ZAP) - M(FZ+1A)]C2 (2.5)
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Em que o valor Q agora é expresso em termos de massas atômicas e massa do elétron (a energia de ligação do elétron ao íon filho foi desprezada).
 EXEMPLO
Decaimento 𝒃-
Considere o decaimento beta do 14C, ou seja:
C14→N14 + B- + n¯
E usando os valores de massas atômicas tabelados:
Q β− = M(C14) − M(N14)] c 2 = (14,003242 − 14,003074) u=
 0,000168u = 0,1565MeV 
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
DECAIMENTO BETA MAIS (Β+) (EMISSÃO DE PÓSITRONS)
Quando o núcleo do átomo instável tem falta de nêutrons, o mecanismo de compensação se dá da seguinte forma: há no núcleo a transformação de
um próton em um nêutron mais uma partícula β+ (pósitron) que é emitida no processo de decaimento. O pósitron é um elétron carregado
positivamente.
A equação 2.5 ilustra o processo de decaimento β+.
P→N+B+N (2.5)
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
O núcleo pai (P) transforma-se na seguinte configuração:
 PZA→ FZ-1A+ B+ + N (2.6) 
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
A imagem a seguir (Ilustração do decaimento beta mais) ilustra o processo de decaimento b+ e a imagem seguinte (Esquema de decaimento b+.
10C), o decaimento do 10C que decai em 10B e emite uma partícula b+ (pósitron).
 
Imagem: Shutterstock.com
 Ilustração do decaimento beta mais
 
Imagem: Shutterstock.com
 Esquema de decaimento b+ 10C
Da mesma forma que o β−, o pósitron β+ é continuamente distribuído em energia até uma energia máxima característica.
O pósitron, após ser emitido do núcleo, sofre forte atração eletrostática com os elétrons atômicos.

O pósitron e os elétrons negativos se aniquilam e resultamem dois fótons (raios gama), cada um com energia de 0,511MeV, movendo-se em direções
opostas.
O decaimento β+ só acontece quando a diferença entre as massas atômicas do nuclídeo pai e do filho, em unidade de energia, é maior do que duas
vezes a massa de repouso do elétron (2mec2 =1,022MeV).
Esse valor corresponde à soma das massas do pósitron emitido com a do elétron de valência liberado, uma vez que, no decaimento β+, o número
atômico do elemento filho diminui de uma unidade.
O espectro β+ tem forma semelhante à do espectro β-, porém um pouco distorcido para a direita, devido à repulsão da carga elétrica positiva
concentrada no núcleo.
 VOCÊ SABIA
O neutrino (ν) e o antineutrino (n-) são partículas que foram detectadas muito tempo depois de sua hipótese. A necessidade de conservação de
energia e de paridade no sistema durante o processo de decaimento beta levou Pauli à formulação da hipótese da existência de uma partícula que
dividiria com o elétron emitido a distribuição da energia liberada pelo núcleo no processo de decaimento. A teoria foi posteriormente confirmada, sendo
verificada a presença do neutrino (ν), na emissão β+, e do antineutrino (n-), na emissão β−.
Como o neutrino é uma partícula sem carga, de massa muito pequena em relação ao elétron, ele é de difícil detecção.
ENERGIA NO DECAIMENTO B+
A energia de desintegração no decaimento b+ (Qβ+) pode ser escrita como:
Q Β+ = [M( PZA) − M( FZ-1A) − (M Β+ ) − MN ] C2 ≅ [M( PZA) − M( FZ-
1A) - M E − M B − M N ] C 2≅ [M( PZA) − M( FZ-1A) − (2 M E )] C 2 
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Em que o valor Q agora é expresso em termos de massas atômicas e massa do elétron (a energia de ligação do elétron ao íon filho foi desprezada).
 EXEMPLO
Decaimento 𝒃+
Considere o decaimento beta do 22Na, ou seja:
N1122a → N1023e+ β+ + n
E usando os valores de massas atômicas tabelados:
𝑸𝜷+ = 𝑴(𝑵22𝒂)− 𝑴(𝑵22𝒆) − 𝟐𝒎𝒆]𝒄𝟐 = 
 [(𝟐𝟏,𝟗𝟗𝟒𝟒𝟑𝟔) −( 𝟐𝟏,𝟗𝟗𝟏𝟑𝟖𝟓) − 𝟐(𝟎,𝟎𝟎𝟎𝟓𝟒𝟗) ]𝒖= 𝟏,𝟖𝟐𝑴𝒆𝑽
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
EMISSÃO GAMA (Γ)
A emissão gama (γ) não é um processo primário de decaimento, mas geralmente acompanha o decaimento alfa (α) e beta (β). Normalmente, esse tipo
de radiação surge quando o produto filho resultante do decaimento alfa ou beta é formado em um estado “excitado”, ou seja, as partículas do núcleo
pai ficam fora do equilíbrio. 
Esse estado “excitado” do núcleo retorna muito rapidamente (<10−9s) ao estado fundamental por meio da emissão da sua energia excedente na forma
de radiação eletromagnética (fóton) ou (radiação gama - γ). 
A radiação gama pode também ser produzida no processo de aniquilação entre matéria e antimatéria (Ex.: pósitrons e elétrons). Quando um raio gama
é emitido do núcleo de um átomo, este não altera sua massa e seu número atômico. 
 ATENÇÃO
Em vez de ter uma faixa bem definida, como as partículas alfa e beta, os raios gama perdem caracteristicamente certa fração de sua energia em
função da distância percorrida através da matéria. Os raios gama são altamente penetrantes e podem resultar em danos consideráveis no organismo.
As fontes emissoras de gama requerem blindagem pesada e manuseio remoto.
A configuração da emissão gama (γ) ocorre da seguinte maneira:
𝑷∗ZA→ PZA + 𝒈 (2.8) 
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Em que (*) representa o estado “excitado”.
As imagens a seguir, intituladas Esquema de decaimento γ e Decaimento γ do Bário 137, respectivamente, ilustram o processo de decaimento
gama.
 
Imagem: Shutterstock.com
 Esquema de decaimento γ
 
Imagem: MikeRun/ Wikimedia Commons/ CC BY 4.0
 Decaimento γ do Bário 137 .Após emitir radiação gama, torna-se estável.
ENERGIA NO DECAIMENTO Γ
Por conservação de energia:
[M( PZA) = M( F∗ZA − E∗ / C 2 ) (2.9) 
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Onde E∗ é a energia de excitação do núcleo. Na desexcitação, a energia E∗ é compartilhada entre a energia do fóton gama Eγ e a energia de recuo do
átomo Er. 
A energia de desintegração no decaimento γ (Qγ) pode ser escrita como:
Q G = E ∗ = E Γ − E R (2.10) 
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
CAPTURA ELETRÔNICA (CE)
Nuclídeos com menos nêutrons que prótons também podem atingir estabilidade capturando um elétron das camadas internas K ou L das órbitas
eletrônicas, ao invés de emitir uma partícula β+. 
Uma vez dentro do núcleo, o elétron interage com um próton e transforma-se em um nêutron, isto é: 
P + E− → N +N (2.11)
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
O processo é semelhante ao decaimento β+, em que a carga do núcleo diminui em 1. O processo de decaimento CE pode ser descrito por:
PZA → F∗Z-1A+N (2.12)
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Ou seja, quando a massa atômica do nuclídeo pai e do filho é menor que a massa atômica do nuclídeo filho em, pelo menos, duas vezes a massa de
repouso do elétron (2mec2= 1,022MeV)
A captura do elétron na camada K tem maior probabilidade de ocorrer (aproximadamente 90%), já na camada L, tem aproximadamente 10% de
probabilidade. Essa diferença tão significativa de probabilidade da camada K, a mais próxima do núcleo, do que da camada L, tem uma explicação
dada pela Mecânica Quântica (MQ). 
De acordo com a MQ, os elétrons atômicos podem até penetrar no núcleo durante seu movimento, formando, assim, um buraco deixado pelo elétron, o
qual é preenchido imediatamente por um elétron de um nível de energia mais alto, quando um fóton de raio X característico do átomo filho é emitido,
seguido por uma avalanche de fótons de raios X. Em vez da emissão de um fóton, pode haver a ejeção de um elétron, chamado elétron Auger. 
Veja a ilustração a seguir. 
 
Imagem: Pamputt/ Wikimedia Commons/ CC BY 4.0
 Reorganização atômica após a captura de um elétron
ENERGIA NO DECAIMENTO CE
A energia de desintegração no decaimento por CE (QCE) pode ser escrita como:
QCE = [M(PZA)− M(FZ-1A) −MN ]C2 ≅ [M(PZA) − M(FZ-1A)]C2 (2.13)
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
 EXEMPLO
DECAIMENTO CE
Considere o decaimento por CE do 7Be, ou seja:
B47e→L37i + n
E usando os valores de massas atômicas tabelados:
QCE=[M(47Be)-M(37Li)]c2=[(7,016929) - (7,016004)]u = 861,6keV
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
FISSÃO ESPONTÂNEA (FE)
descoberta da fissão por nêutrons ocorreu em 1938, por Otto Hahn (1879-1968) e seus colaboradores (HAHN; STRASSMANN, 1938), em virtude de
sua explicação dos fenômenos e introdução do termo fissão nuclear. 
Embora as propriedades de emissão alfa do 238U fossem bem conhecidas naquela época, a fissão espontânea, muito menos comum, tinha sido
"mascarada" devido à sua proporção de ramificação muito pequena, de cerca de uma FE para 2 × 106 emissões de partículas alfa. 
Com exceção do 8Be (que decai em duas partículas alfa), a FE não foi detectada em nenhum elemento mais leve do que o tório. Na década de 1960,
fontes de califórnio (252Cf) tornaram-se disponíveis e a medição detalhada da fissão desse sistema contribuiu muito para nossa compreensão do
processo. 
 ATENÇÃO
Actinídeos (Ac, Th, Pu, U, Pu, Am, Np, Cm etc.) e transactinídeos podem sofrer decaimento radioativo por fissão espontânea. Nesse processo, o
núcleo se divide em dois núcleos, com massa e carga de aproximadamente metade da do pai, e vários nêutrons.
O processo de decaimento da fissão espontânea (SFE) pode ser descrito qualitativamente por:
P → F 1 + F 2 + F 1 + F 1 + ... (2.14)
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Imagem: MikeRun/ Wikimedia Commons/ CC BY 4.0
 Fissão espontânea
De maneiramais detalhada:
PZA → FZ'A' + Z-Z'A-A'-HF +H N+ E ∗ (2.15)
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O processo é mostrado esquematicamente na imagem anterior. Um nuclídeo pai PZA se divide em dois nuclídeos filhos FZ'A' e FZ-ZrA-A'-h junto com
a liberação de h nêutrons e energia E∗.
Normalmente, η varia de 2 a 4, e E∗ é aproximadamente 200 MeV. Além disso, os chamados nêutrons retardados podem ser emitidos pelos produtos
da fissão primária. Os nuclídeos filhos ou produtos de fissão têm, em geral, números de massa A e números atômicos Z diferentes. 
Uma vez que existem mais de dois produtos de decaimento, os produtos e suas energias não podem ser identificados de forma única. No caso da
fissão espontânea do férmio-256 (256Fm), uma dessas reações é:
F100256M → X54140E + P46112D +4 N (2.16)
(ESSA REAÇÃO REPRESENTA APENAS UMA DAS MUITAS COMBINAÇÕES DE PRODUTOS D
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
A liberação de energia cinética nesse processo, devido principalmente à grande repulsão eletrostática dos fragmentos, é de aproximadamente
190MeV. 
A maioria dos nêutrons liberados é imediata, entre de 10 a 14segundos após a fissão. Alguns nêutrons são liberados em uma escala de tempo muito
mais longa e estão associados às cadeias de decaimento da fissão. Desde a descoberta desse processo, a identificação da massa e da carga nuclear
dos produtos de fissão sempre foi uma parte importante das investigações e dos experimentos de fissão. 
 VOCÊ SABIA
Nos primeiros relatos sobre a exploração de produtos de fissão, iniciada por físicos nucleares como Anderson e Fermi, métodos radioquímicos foram
usados. Eles estão sendo progressivamente substituídos por métodos físicos mais sofisticados para a determinação dos rendimentos.
No processo de fissão, a probabilidade de medir a produção de um isótopo ou nuclídeo é geralmente expressa como o rendimento (dado em unidades
de produção por unidade de fissão ou em porcentagem). 
No âmbito das tecnologias nucleares (tecnologia de reatores, salvaguardas etc.), a distribuição cumulativa dos produtos da fissão é de grande
interesse para fins práticos, como armazenamento de resíduos, controle de reatores nucleares etc. Rendimentos independentes são importantes para
o entendimento fundamental das reações nucleares correspondentes, mas também para fins práticos de curto prazo na operação do reator.
DECAIMENTO DE PRÓTONS
À medida que se move mais para a esquerda da linha de estabilidade, na imagem a seguir, a proporção de prótons para nêutrons aumenta com o
aumento da distância, e os nuclídeos são cada vez mais ricos em prótons.
 
Imagem: Bdushaw/ Wikimedia Commons/ CC BY 4.0
 Tabela de nuclídeos.
Em tais nuclídeos ricos em prótons, o decaimento do pósitron (β+) é, em geral, energeticamente mais favorável. No entanto, à medida que a energia
de ligação desses prótons diminui ainda mais, chega-se a um ponto em que a emissão de prótons se torna energeticamente possível.
 COMENTÁRIO
Com mais frequência, a emissão de prótons segue a emissão de pósitrons em um processo de dois estágios, ou seja, o decaimento β+ resulta em um
filho em um estado excitado que então se desexcita pela emissão de prótons.
Uma revisão das primeiras especulações teóricas sobre o assunto da emissão de prótons foi feita por Goldansky (1966). A primeira observação da
emissão de prótons foi relatada por Jackson et al . (1970) com o nuclídeo 53mCo.
O processo de decaimento de prótons pode ser descrito por:
PZA → FZ-1A-1 ∗+ P11 (2.17)
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Após a emissão do próton, o átomo filho tem um elétron extra que é rapidamente ejetado para o meio circundante para equilibrar a carga. 
No decaimento de prótons para o estado fundamental, o valor Q para o decaimento do próton é dado por:
Q P = [M( PZA) − M( FZ-1A-1) −M( H11) ] C 2 (2.18)
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
EMISSÃO DE NÊUTRONS
A emissão de nêutrons imediatamente após a emissão β− (chamada nêutrons atrasados - emissão de nêutrons com atraso beta, β−n) foi observada
em muitos nuclídeos ricos em nêutrons. 
 
O fenômeno da emissão retardada de nêutrons é muito importante no controle de reatores nucleares, uma vez que a emissão de nêutrons ocorre em
uma escala de tempo muito mais longa do que aquela associada à fissão – isso permite um tempo de resposta longo o suficiente para mover as hastes
de controle e, assim, controlar o reator de fissão. 
Um exemplo desse tipo de emissão é dado por 17N, ou seja:
N717→ O817 ∗ + B− + N¯ (2.19) 
O817 ∗ → O816 + N (2.20)
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Em que o asterisco (*) indica os estados excitados intermediários de curta duração do 17O. 
A meia-vida efetiva para esse processo é de 4,17s.
FONTES NATURAIS E ARTIFICIAIS DE RADIAÇÃO
A exposição à radiação ionizante surge de fontes que ocorrem naturalmente (como radiação do espaço sideral e gás radônio emanando de rochas na
Terra) e de fontes de origem artificial, como: 
Procedimentos médicos e terapêuticos.
Material radioativo resultante de testes de armas nucleares.
Geração de energia, inclusive por meio de energia nuclear.
Eventos não planejados, como os acidentes da usina nuclear de Chernobyl, em abril de 1986, e os que se seguiram ao grande terremoto e tsunami do
Leste do Japão, em março de 2011.
Locais de trabalho onde pode haver aumento da exposição a materiais artificiais ou fontes naturais de radiação.
SÍNTESE DOS ELEMENTOS NA NATUREZA
Os elementos químicos na natureza não são distribuídos uniformemente. Estudos com estrelas revelam que o hidrogênio é, de longe, o elemento mais
abundante, respondendo por aproximadamente 75% da massa do universo. A massa restante está principalmente na forma de gás hélio com outros
elementos contribuindo apenas em pequena extensão. 
O hidrogênio no universo é o combustível que impulsiona a mudança contínua na composição química. O hidrogênio está sendo convertido em hélio,
que será posteriormente transformado em elementos mais pesados. 
A abundância de elementos observada no universo requer a postulação de pelo menos oito processos diferentes para sua formação (JAMES, 2000).
Os principais processos são: 
1
2
3
4
5
6
1
Queima de hidrogênio (formação de hélio-4 pela fusão de núcleos de hidrogênio).
2
Queima de hélio (formação de carbono-12 a partir do núcleo de hélio-4).
3
Processos s (processos lentos de captura de nêutrons, começando nos núcleos do grupo de ferro, perto da linha de estabilidade).
4
Processos r (processos de captura rápida de nêutrons, a partir de núcleos do grupo de ferro, produzem núcleos distantes da linha de estabilidade).
5
Processos rp (semelhantes aos processos r, mas envolvem absorções sucessivas de prótons).
6
Processos x (fragmentação de elementos mais pesados em elementos mais leves por raios cósmicos).
Os elementos leves foram provavelmente produzidos no início da história da galáxia (teoria do Big Bang ), enquanto os elementos pesados foram
formados em supernovas.
De acordo com a teoria atual, teoria do Big Bang , o universo tem cerca de 13,8 bilhões de anos e começou como uma “sopa” de quarks , a
temperaturas e pressões enormes.

À medida que o universo se expandia, a temperatura e a pressão diminuíam rapidamente a ponto de nêutrons e prótons se condensarem.
Pouco depois, ocorreu a fusão nuclear, levando à formação de deutérios, seguidos por trítios e em núcleos de hélio-3 e partículas alfa (queima de
hidrogênio), dando origem à razão atual de hidrogênio para hélio de 3:1. 
Além disso, um pouco de lítio-6 e lítio-7 foram produzidos nessa época. À medida que o universo se expandia e esfriava, as reações de fusão pararam
e os gases se condensaram e, por fim, levaram à formação de estrelas que consistem nos elementos primordiais.À medida que uma nuvem de gás interestelar se contrai e se condensa para formar uma estrela, a temperatura aumenta, enquanto a energia potencial
gravitacional é convertida em energia cinética. 
Quando a temperatura aumenta para 107 K e além, as reações de fusão começam a ocorrer e a posterior nucleossíntese leva à conversão dos
elementos hidrogênio e hélio em carbono, silício, oxigênio, enxofre e elementos mais pesados, até mesmo o ferro. 
 ATENÇÃO
A fusão não pode ir além do ferro, uma vez que esse elemento tem a energia de ligação mais alta. A fusão de elementos mais pesados consumirá
energia em vez de liberá-la.
A síntese de elementos mais pesados que o ferro requer uma supernova. Como afirmado anteriormente, a sequência de queima estelar mais ou
menos é interrompida quando o núcleo da estrela é composto de núcleos com números de massa próximos a 56 (ou seja, ferro). Nesse ponto, a região
central da estrela consumiu todo o combustível nuclear e não pode suportar o interior da estrela contra o colapso gravitacional em uma estrela de
nêutrons. 
Nesse processo, todos os prótons são convertidos em nêutrons com a liberação de um grande número de neutrinos em um curto espaço de tempo. 
Esses neutrinos interagem com as camadas externas da estrela, resultando em uma grande fração da massa sendo ejetada para o espaço.
Além disso, um grande número de partículas é produzido, em particular, nêutrons.
São esses nêutrons que levam à formação de elementos mais pesados por transmutação por meio de eventos de captura de nêutrons pelo processo r
(rápido).
Pelo menos 24 elementos são considerados essenciais para a matéria viva. Os mais abundantes no corpo humano são, em ordem de importância:
Hidrogênio, oxigênio, carbono, nitrogênio, cálcio, fósforo, cloro, potássio, enxofre, sódio, magnésio, ferro, cobre, zinco, silício, iodo, cobalto, manganês,
molibdênio, flúor, estanho, cromo, selênio e vanádio.
Noventa e um elementos ocorrem naturalmente na Terra, apoiando a teoria de que elementos pesados foram produzidos durante a criação do sistema
solar. As exceções são o tecnécio e o promécio, embora estejam presentes nas estrelas.
 
FONTES NATURAIS
A exposição de seres humanos à radiação ionizante de fontes naturais é uma característica contínua e inevitável da vida na Terra, desde seu
surgimento. 
Para a maioria dos indivíduos, essa exposição excede todas as fontes artificiais combinadas. Mais de 80% de nossa exposição provém de fontes
naturais e apenas 20% de fontes artificiais – principalmente de aplicações da radiação na Medicina.
Existem dois contribuintes principais para as exposições à radiação natural:
Partículas de raios cósmicos de alta energia incidentes na atmosfera terrestre.
Nuclídeos radioativos que se originaram na crosta terrestre e estão presentes em todo o ambiente, incluindo o próprio corpo humano.
Ambas as exposições, externa e interna, a humanos surgem dessas fontes.
 VOCÊ SABIA
O urânio (U) é um radionuclídeo primordial que ocorre naturalmente e, ao que tudo indica, foi um dos elementos criados logo após o Big Bang. É o
último elemento que ocorre naturalmente na tabela periódica. Ele consiste em dois isótopos: 99,28% de 238U e 0,7% de 235U. A meia-vida do 238U é
de 4,67.109 anos e a do 235U, de 7.1.108 anos. 
Existem estudos mostrando que, há cerca de 5 bilhões de anos, as quantidades de 238U e 235U devem ter sido iguais, indicando que esses elementos
foram formados entre 4 e 6.109 anos, que é a idade estimada de formação dos elementos na Terra e no sistema solar. 
Os produtos de decaimento do urânio passam por dez elementos, todos com propriedades químicas muito diferentes. Esses elementos são
transportados pela água subterrânea e sua composição na solução varia com os minerais da rocha/solo ao seu redor. 
Elementos distintos migram em diferentes taxas devido a suas variações químicas, dissolvendo-se em algumas áreas e precipitando em outras. 
Na série de decaimento 238U, oito partículas alfa são emitidas de 238U a 206Pb. Partículas alfa causam ampla ionização na matéria. 
As imagens a seguir, intituladas Série radioativa do 238U e Série radioativa do 232Th, respectivamente, mostram as séries radioativas do 238U e do
232Th. 
 
Imagem: Tosaka/ Wikimedia Commons/ CC BY 3.0
 Série radioativa do 238U.
 
Imagem: Wikimedia Commons/ CC BY 3.0 
 Série radioativa do 232Th.
A série de decaimento do urânio fornece os isótopos mais importantes dos elementos rádio, radônio e polônio, que são radioativos e emissores alfa.
 COMENTÁRIO
Embora a química do rádio seja relativamente simples, o fato de ele produzir um gás radioativo (radônio) complica seu manuseio no laboratório e no
ambiente natural. O decaimento do radônio produz átomos radioativos de At, Po, Bi e Pb.
O gás nobre radioativo do 222Rn é produzido continuamente a partir da decomposição do rádio no solo. Ele se dissolve na água subterrânea, que
geralmente o carrega em altas concentrações e o libera em áreas habitadas por humanos. Esse gás se difunde facilmente através do solo e na
atmosfera. Portanto, está sempre presente no ar e na água em níveis determinados pela geologia e meteorologia locais. Seu principal órgão-alvo é o
pulmão. 
As concentrações relativamente altas de atividade de 210Po nos cigarros aumentam a ingestão desse radionuclídeo e sua concentração nos tecidos
pulmonares, aumentando a dose geral de radiação interna entre os fumantes.
Os radionuclídeos nas cadeias de decaimento de urânio e tório não podem ser assumidos como estando em equilíbrio radioativo. Os isótopos 238U e
234U estão em equilíbrio aproximado, pois são separados por dois nuclídeos de vida muito mais curta, 234Th e 234Pa (imagem intitulada Série
radioativa do 232Th). 
O próprio processo de decomposição pode, no entanto, permitir alguma dissociação do radionuclídeo de decomposição do material de origem,
facilitando a transferência ambiental subsequente. Assim, o 234U pode ser um tanto deficiente em relação a 238U em solos e intensificado em rios e
mares. 
O radionuclídeo 226Ra nesta cadeia pode ter concentrações ligeiramente diferentes do 238U, porque a separação pode ocorrer entre seu pai 230Th e o
urânio, e porque o rádio tem maior mobilidade no ambiente. Os produtos de decomposição do 226Ra incluem o elemento gasoso radônio, que se
difunde para fora do solo, reduzindo a taxa de exposição da série 238U. 
O radionuclídeo de radônio nesta série, 222Rn, tem meia-vida de apenas alguns dias, mas tem dois produtos de decaimento de vida mais longa, 210Pb
e 210Po, que são importantes nas avaliações de dose. Para a série 232Th, aplicam-se considerações semelhantes. 
O radionuclídeo 228Ra tem meia-vida suficientemente longa que pode permitir alguma separação de seu pai, 232Th (imagem intitulada Série
radioativa do 232Th). O elemento gasoso da corrente, 220Rn, tem meia-vida muito curta e nenhum produto de decomposição de longa duração. 
FONTES ARTIFICIAIS
Além da radioatividade natural de fundo (background), todos nós estamos expostos constantemente às diversas fontes artificiais de radiação, sendo a
maior parte utilizada em aplicações de raios X para diagnóstico médico. 
Embora as doses administradas em diferentes tipos de exames de raios X variem de uma pequena fração de mGy a dezenas de mGy, a dose média
anual de irradiação médica e dentária, principalmente em países desenvolvidos, se aproxima da dose recebida da radiação natural de fundo
(UNSCEAR, 2020). 
Fontes artificiais de radiação menos significativas incluem: minerais radioativos em rocha britada, materiais de construção e fertilizantes fosfatados,
detectores de fumaça e vários outros produtos de consumo, precipitação radioativa de armas nucleares e radiação liberada na produção de energia
nuclear, em usinas nucleares. 
As fontes artificiais de radiação ionizante (RI) que atualmente têm o maior impacto no meio ambiente e na população estão ilustradas no esquema da
imagem a seguir. 
 
Imagem: Nilséia A. Barbosa. Adaptadopor Asafe Ferreira.
 Aplicações das RI.
FONTES MÉDICAS
O uso das fontes radioativas na Medicina inclui uma variedade de aplicações, como: diagnóstico, medicina nuclear e radioterapia. Veja a ilustração a
seguir.
 
Imagem: Nilséia A. Barbosa. Adaptado por Asafe Ferreira.
 Ilustração das diversas modalidades de tratamento com a RI na Medicina.
 
Foto: Shutterstock.com
 Uso das radiações na Medicina.
FONTES INDUSTRIAIS
As fontes radioativas em usos industriais apresentam uma ampla variedade de aplicações, como ilustrado na imagem a seguir.
 
Imagem: Nilséia A. Barbosa. Adaptado por Asafe Ferreira.
 Ilustração dos diversos usos das radiações ionizantes na indústria.
PESQUISA
Em pesquisas, as radiações ionizantes podem ser aplicadas na agricultura, nas usinas nucleares, bem como na Química Nuclear, Biologia, Hidrologia,
Saúde, entre outras. A seguir será feita uma descrição das aplicações em pesquisa da RI para cada item citado na próxima imagem. O esquema de
um reator utilizado em usinas nucleares está ilustrado na imagem intitulada Esquema de um reator de potência do tipo PWR.
 
Imagem: Nilséia A. Barbosa. Adaptado por Asafe Ferreira.
 Ilustração dos diversos usos das radiações ionizantes na pesquisa.
 
Imagem: Hmein/ Wikimedia Commons/ CC BY 4.0
 Esquema de um reator de potência do tipo PWR
DISTRIBUIÇÃO
Aplicações das RI em processos de distribuição podem ser em equipamentos, dispositivos e radionuclídeo. A seguir será feita uma descrição da RI
nas distribuições para cada item citado na próxima imagem.
 
Imagem: Nilséia A. Barbosa. Adaptado por Asafe Ferreira.
 Ilustração da distribuição de fontes radiotivas.
EQUIPAMENTOS
Os equipamentos de instalações radioativas no Brasil são distribuídos conforme a imagem a seguir. No Brasil, existem aproximadamente 2.500
instalações radioativas. Conforme registros obtidos no Sistema de Instalações Radiativas (SIR), o total de instalações médicas e industriais representa
73% das instalações em operação. A distribuição de instalações radioativas em operação, por área de aplicação, é mostrada no gráfico Instalações
radiativas distribuídas por área de aplicação Figura 28. 
 
Imagem: CNEN (2020).
 Quadro de distribuição das instalações radiativas no Brasil
 
Imagem: CNEN (2020).
 Instalações radiativas distribuídas por área de aplicação.
SERVIÇOS PRESTADOS
Os serviços prestados às empresas e que utilizam radiação ionizante incluem a manutenção dos equipamentos e reparo, as trocas de fontes quando
necessário, a calibração dos instrumentos utilizados, a monitoração individual dos trabalhadores e salvaguardas, conforme a imagem a seguir.
 
Imagem: Nilséia A. Barbosa. Adaptado por Asafe Ferreira.
 Ilustração dos serviços prestados.
OS ELEMENTOS SÃO ETERNOS?
Assista ao vídeo para conhecer os principais modos de decaimentos radioativos e as energias liberadas nos processos.
VERIFICANDO O APRENDIZADO
1. ERNEST RUTHERFORD E FREDERICK SODDY DEMONSTRARAM QUE A EMISSÃO DAS PARTÍCULAS ALFA E
BETA ENVOLVIAM TRANSMUTAÇÃO DE ELEMENTOS, OU SEJA, A TRANSFORMAÇÃO DE UM ELEMENTO EM
OUTRO. NO DECAIMENTO RADIOATIVO, QUANDO O NÚCLEO RESULTANTE FILHO POSSUI UMA UNIDADE
ATÔMICA MENOR QUE O NÚCLEO ORIGEM PAI, É CORRETO AFIRMAR QUE SE TRATA DE UMA EMISSÃO:
A) Alfa- α
B) Gama- γ
C) Beta mais- β+ (pósitron)
D) Beta menos- β- (négatron)
E) Nêutrons (n)
2. EM RELAÇÃO ÀS PARTÍCULAS ALFA, ANALISE AS AFIRMATIVAS ABAIXO. 
 
I. PARA QUE OCORRA O DECAIMENTO ALFA, O VALOR DA ENERGIA DE DESINTEGRAÇÃO (Q) DEVE SER
POSITIVO. 
II. DEVIDO À CONSERVAÇÃO DO MOMENTO LINEAR, COMO A MASSA DO NÚCLEO FILHO É MUITO MAIOR DO QUE
A DA PARTÍCULA ALFA, ELA CARREGA QUASE TODA A ENERGIA CINÉTICA. 
III. A EMISSÃO DE PARTÍCULAS DO NÚCLEO POR DECAIMENTO ALFA (Α) ACONTECE QUANDO OS NÚCLEOS DE
ÁTOMOS INSTÁVEIS SÃO EXTREMAMENTE PESADOS.
A) II, apenas.
B) II e III, apenas.
C) I e III, apenas.
D) I, II e III.
E) I, apenas.
GABARITO
1. Ernest Rutherford e Frederick Soddy demonstraram que a emissão das partículas alfa e beta envolviam transmutação de elementos, ou
seja, a transformação de um elemento em outro. No decaimento radioativo, quando o núcleo resultante filho possui uma unidade atômica
menor que o núcleo origem pai, é correto afirmar que se trata de uma emissão:
A alternativa "C " está correta.
 
Justificativa de resposta: Quando o núcleo do átomo instável tem falta de nêutrons, há no núcleo a transformação de um próton em um nêutron mais
uma partícula β+ (pósitron) que é emitida no processo de decaimento. 
O núcleo pai (P) transforma-se na seguinte configuração: PZA→ FZ-1A+ b+ + n. Logo, o núcleo filho (F) possui uma unidade a menos de massa
atômica.
2. Em relação às partículas alfa, analise as afirmativas abaixo. 
 
I. Para que ocorra o decaimento alfa, o valor da energia de desintegração (Q) deve ser positivo. 
II. Devido à conservação do momento linear, como a massa do núcleo filho é muito maior do que a da partícula alfa, ela carrega quase toda a
energia cinética. 
III. A emissão de partículas do núcleo por decaimento alfa (α) acontece quando os núcleos de átomos instáveis são extremamente pesados.
A alternativa "D " está correta.
 
Para que ocorra o decaimento α, os átomos radioativos (instáveis) apresentam número atômico elevado, e é necessário que a energia de
desintegração (Q) seja positiva. Como o momento linear também deve ser conservado, a partícula α, cuja massa é muito menor que a do núcleo filho,
carrega quase toda a energia cinética.
CONCLUSÃO
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Sabemos que o processo de transmutação ocorre por meio de núcleos instáveis. Porém, há alguns nuclídeos que decaem mais rapidamente do que
outros. Por exemplo, o rádio e o polônio, descobertos por Marie e Pierre Curie, decaem mais rapidamente do que o urânio. Isso significa que eles têm
vidas úteis mais curtas, produzindo uma taxa maior de decaimento. 
Foi definido e explorado no módulo 1 o desenvolvimento dos conceitos de radioatividade, como seu contexto histórico, atividade e meia-vida, além das
equações que governam os decaimentos radioativos. 
Verificamos que, em vez de vida, o termo meia-vida é utilizado, e isso pode parecer estranho. Todavia, ao analisar o conteúdo, percebemos que o
número de núcleos radioativos em uma amostra diminui com o tempo, porém não acaba, apenas se reduz à metade em um período determinado.
Depois que uma meia-vida passa, metade dos núcleos restantes decaem na próxima meia-vida. Então, metade dessa quantidade, por sua vez, decai
na meia-vida seguinte. Portanto, o número de núcleos radioativos diminui de N para N/2 em uma meia-vida, para N/4 na próxima, para N/8 na próxima
e assim por diante. O decaimento nuclear é um exemplo de processos puramente estatístico. 
No módulo 2, foram definidos e discutidos os principais modos de decaimentos, a conservação de energia e momento, as energias emitidas nesses
processos, bem como as aplicações dessas radiações em diferentes campos, o que é essencial para as práticas radiológicas. 
AVALIAÇÃO DO TEMA:
REFERÊNCIAS
COMISSÃO NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA. CNEN. Instalações Radiativas. CGMI/DRS/CNEN. 18 Abr. 2020. 
COMISSÃO NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR. CNEN. Sistema de Instalações Radiativas da CNEN – SIR. CNEN. Rio de Janeiro. Abr. 2020. 
EISBERG, R.; RESNICK, R. Física Quântica: Átomos, Moléculas, Sólidos, Partículas. Rio de Janeiro: Campus, 9. ed., 1994. 
GEARHART, C. A. Planck, the Quantum, and the Historians. Phys. Perspect. 4. 2002. p. 170-215. 
GOLDANSKY, V. I. Two-proton radioactivity of heavier-than-tin nuclei. Ann. Rev. Nucl. Sci. 16, 1, 1966. 
JACKSON K. P. et al. Confirmed proton radioactivity of 53Com, Phys. Lett. B, v. 33, issue 4, p. 281-283. Oct. 1970. 
JAMES E. M. Physics for Radiation Protection. Weinheim: JohnWiley & Sons, 2000. 
HAHN, O.; STRASSMANN, F. Disintegration of Uranium by Neutrons: a New Type of Nuclear Reaction, Naturwiss, 26, 756. 1938. 
TAUHATA, L.; SALATI, I. P. A.; DI PRINZIO, R.; DI PRINZIO, A. R. Radioproteção