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Estrutura da Matéria
Material Teórico
Responsável pelo Conteúdo:
Prof. Dr. Francisco de Assis Cavallaro
Revisão Textual:
Prof.ª Dr.ª Selma Aparecida Cesarin
Interação de Ondas Eletromagnéticas e 
Partículas Carregadas com a Matéria
• Introdução;
• Radiação Ionizante;
• Interação da Radiação Gama ou X com a Matéria;
• Atenuação da Radiação Pela Matéria;
• Interação das Partículas Radioativas Carregadas com a Matéria;
• Efeitos Biológicos da Radiação;
• Exemplo de Cálculo de Energia da Radiação Que Pode Causar Danos.
• Permitir a compreensão dos possíveis modos de interação entre matéria e radiação, bem 
como prever resultados dessas iterações.
OBJETIVO DE APRENDIZADO
Interação de Ondas
Eletromagnéticas e Partículas 
Carregadas com a Matéria
Orientações de estudo
Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem 
aproveitado e haja maior aplicabilidade na sua 
formação acadêmica e atuação profissional, siga 
algumas recomendações básicas: 
Assim:
Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte 
da sua rotina. Por exemplo, você poderá determinar um dia e 
horário fixos como seu “momento do estudo”;
Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma 
alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo;
No material de cada Unidade, há leituras indicadas e, entre elas, artigos científicos, livros, vídeos 
e sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade. Além disso, você tam-
bém encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar, que ampliarão sua 
interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados;
Após o contato com o conteúdo proposto, participe dos debates mediados em fóruns de discus-
são, pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento, além de propiciar o 
contato com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e de 
aprendizagem.
Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte 
Mantenha o foco! 
Evite se distrair com 
as redes sociais.
Mantenha o foco! 
Evite se distrair com 
as redes sociais.
Determine um 
horário fixo 
para estudar.
Aproveite as 
indicações 
de Material 
Complementar.
Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma 
Não se esqueça 
de se alimentar 
e de se manter 
hidratado.
Aproveite as 
Conserve seu 
material e local de 
estudos sempre 
organizados.
Procure manter 
contato com seus 
colegas e tutores 
para trocar ideias! 
Isso amplia a 
aprendizagem.
Seja original! 
Nunca plagie 
trabalhos.
UNIDADE Interação de Ondas Eletromagnéticas e 
Partículas Carregadas com a Matéria
Introdução
A Física que estuda a interação das radiações ionizantes, denominada Física 
das Radiações, tem interesse nos resultados dessas interações e a transferência de 
energia da radiação para o meio. 
Cabe aqui ressaltar os dois conceitos utilizados: interação e radiação ionizante. 
O primeiro representa, na Física, a ação de uma força e o efeito causado por essa 
ação (força gravitacional, por exemplo). 
Já a radiação ionizante pode ser qualquer radiação com o poder de excitar e 
remover elétrons de átomos e moléculas. 
A radiação ionizante pode ser estudada subdividindo-a em três grupos:
• Radiações Eletromagnéticas: que possuem uma energia de fóton acima de 
12keV podem receber denominações variadas, dependendo de sua origem. 
Assim, o raio X pode ser originado da desaceleração de partículas carregadas e 
da diminuição da excitação e desexcitação atômica (chamada de característica) 
e o raio gama é originado do decaimento das excitações nucleares e fótons de 
aniquilação, que são originados da aniquilação de pares partícula-antipartícula;
• Partículas Carregadas Rápidas: cujas origens residem na emissão por nú-
cleos atômicos (produtos da quebra, ou fissão nuclear, como partículas alfa e 
beta, por exemplo), feixes resultantes em aceleradores de partículas (pósitrons, 
prótons, elétrons, dêuterons, íons (em geral) de qualquer número atômico ou 
de massa). Há também a radiação cósmica primária ou produtos de sua in-
teração com a atmosfera (múons, píons etc.) e produtos de reações nucleares 
etc. Essas partículas têm energia cinética superior à térmica e às energias que 
fazem a ligação de elétrons atômicos;
• Nêutrons livres com qualquer energia cinética e de qualquer origem: essa 
divisão tem como base as forças responsáveis pelas interações e a modelagem 
utilizada para descrevê-las. Fótons interagem pela ação de campos eletromag-
néticos, atuando sobre partículas carregadas do meio. Partículas carregadas 
têm sua ação em elétrons do meio ao serem aproximadas por interações cou-
lombianas consecutivas. Já os nêutrons atuam sobre prótons e nêutrons de 
núcleos atômicos pela força nuclear forte. As Áreas da Física que tratam dessas 
interações são a Eletrodinâmica Quântica, para interações entre campos ele-
tromagnéticos e cargas em movimento, e a Física Nuclear para as interações 
entre núcleons.
No intervalo de energias, que inclui os raios X e os raios gama, há várias inte-
rações possíveis com o átomo ou com elétrons atômicos ou, ainda, com o núcleo, 
mas há também a possibilidade de não ocorrer interação, ou seja, a interação da 
radiação eletromagnética pode atravessar distâncias consideráveis em um meio ma-
terial sem modificá-lo e sem se modificar.
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As probabilidades de interação (e de não ocorrer interação) dependem de carac-
terísticas do meio e da radiação. A radiação eletromagnética ionizante é tratada, em 
boa parte dos casos, como um conjunto de partículas – os fótons.
A cada energia de fóton (hv) corresponde um momento associado (hv/c) e, dessa 
forma, podem ocorrer ‘‘colisões’’ em que o fóton transfere energia e momento para 
outras partículas.
As principais interações que ocorrem na matéria com fótons de energias na faixa 
de poucos keV (quilo elétron volts) até dezenas de MeV (milhões de elétron volts) 
são descritas a seguir.
Radiação Ionizante
Radiação ionizante é um termo usado para designar radiações eletromagnéticas 
de alta energia, como as radiações gama (γ) ou partículas carregadas emitidas por 
núcleos radiativos naturais ou artificiais e raios X, produzidos no processo de frea-
mento de elétrons de energia alta pela matéria.
As radiações ionizantes possuem energia de valor superior à energia de exci-
tação dos átomos e perdem a sua energia, principalmente, pela interação com os 
elétrons orbitais dos átomos localizados ao longo da sua trajetória, originando esta-
dos excitados ou ionizando moléculas, gerando íons ou radicais livres. Portanto, a 
radiação ionizante é aquela que possui energia suficiente para arrancar elétrons de 
átomos ou moléculas, ionizando-os.
Para caracterizar a radiação ionizante composta de partículas subatômicas ener-
géticas, íons ou átomos, a velocidade de 1% da velocidade da luz ou maior é usada 
como limítrofe.
Já para a radiação eletromagnética, é a energia que a caracteriza como ionizante 
e, como a energia é proporcional à frequência, esta última é o fator limítrofe.
Os raios gama, os raios X e a radiação ultravioleta B, de mais alta energia, são 
radiações ionizantes. A ultravioleta A não é considerada ionizante, assim como 
também não é a luz visível, infravermelha, micro-ondas e ondas de rádio, porém, a 
frequência limítrofe entre a radiação ionizante e a não ionizante não é muito bem 
definida, pois moléculas e átomos diferentes podem ionizar em frequências diferen-
tes. Convencionalmente, a ionização ocorre na faixa de energia entre 10eV e 33eV.
As partículas subatômicas que são ionizantes são oriundas de desintegrações de 
núcleos (partículas alfa, beta e nêutrons), partículas oriundas de chuveiros radioati-
vos produzidos por raios cósmicos nas altas camadas da atmosfera (múons, mésons 
e pósitrons).
A origem dos raios cósmicos está em eventos catastróficos celestes, tais como 
explosões de supernovas e de colisões de buracos negros e outros objetos massivos.9
UNIDADE Interação de Ondas Eletromagnéticas e 
Partículas Carregadas com a Matéria
Os raios cósmicos podem produzir radioisótopos aqui na superfície da Terra, como 
é o caso do carbono 14 que, ao se desintegrarem, produzem radiação ionizante.
A radiação ionizante pode ser utilizada no tratamento de alguns tipos de câncer, 
na preservação de alimentos e na produção de revestimentos de fios elétricos de 
alto poder de isolamento e resistência a chamas, mas pode, também, produzir do-
enças nos seres vivos.
Interação da Radiação Gama 
ou X com a Matéria
Três processos presentes na interação dos fótons com a matéria e que conduzem 
à transferência parcial ou completa de energia dos fótons dos raios gama para os 
elétrons no material são verdadeiramente importantes nas medidas de radiação 
gama, conforme a Figura 1.
A probabilidade da interação de fótons de raios X ou gama com um material de 
número atômico Z é proporcional a Zn (4Lei de Beer-Lambert.
X espessura do material absorvedor
I 
Intensidade do feixe
após interagir com o
material absorvedor
I0 
Intensidade do feixe
antes interagir com
o material absorvedor
Figura 3 – Apresentação da Lei de Beer-Lambert
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Interação das Partículas Radioativas 
Carregadas com a Matéria
Partículas carregadas, como as partículas alfa (α), interagem com a matéria, 
principalmente, por meio de interações coulombianas decorrentes de sua carga 
positiva e a carga negativa dos elétrons orbitais dos átomos do meio absorvedor.
Quando as partículas alfa atravessam a matéria, perdem energia cinética nos 
processos de excitações e ionizações no meio. Devido à grande massa dessas par-
tículas, elas não sofrem desvios apreciáveis em sua trajetória ao interagirem com 
os elétrons atômicos. Por essa razão, sua trajetória é linear e acaba abruptamente.
A energia que é transferida aos elétrons nas colisões é cedida pela partícula alfa, 
fazendo com que a velocidade dessa partícula sofra um decréscimo como resultado 
dessas colisões. 
A máxima energia que uma partícula carregada de massa m, com energia ci-
nética E, pode transferir para um elétron de massa m0 em uma colisão simples é: 
4Em0/m ou, aproximadamente, 1/500 da energia da partícula por núcleon.
Como a distância de penetração (alcance) para partículas carregadas é muito 
pequena, as interações ocorrem na superfície dos materiais absorvedores e essa 
característica da interação, principalmente, em sólidos, é utilizada quando é neces-
sário observar as interações em um volume pequeno do absorvedor.
A perda de energia da partícula alfa antes de atingir um material pode ocorrer em 
função da espessura de absorvedores posicionados entre a fonte e o material, como 
o próprio ar atmosférico, ou em decorrência da autoabsorção na própria fonte.
Tipos e características das radiações
Beta
• Denominação dada ao elétron emitido pelo núcleo do átomo; trata-se então, 
de partículas leves;
• Possui uma carga negativa;
• Perde energia para o meio rapidamente e seu alcance é de até alguns metros no ar;
• Pequeno poder de ionização, pois produz pequena densidade de ionizações.
Alfa
• Partículas com dois prótons e dois nêutrons. São partículas pesadas;
• Possui duas cargas positivas;
• Perde energia para o meio muito rapidamente, pois tem alcance de poucos 
centímetros no ar;
• Alto poder de ionização – Produção de grande densidade de ionizações;
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UNIDADE Interação de Ondas Eletromagnéticas e 
Partículas Carregadas com a Matéria
Gama
• Ondas eletromagnéticas emitidas pelo núcleo de átomos sempre que esse nú-
cleo se encontra em estado excitado de energia;
• Não possui carga;
• Perde energia para o meio de forma muito lenta, de maneira que possui grande 
alcance (pode atravessar vários centímetros de concreto);
• Pequeno poder de ionização – Produção de muitas poucas ionizações;
Radiação X
• Ondas Eletromagnéticas: produzidas pela desaceleração de partículas carre-
gadas (especialmente elétrons) – Radiação de freamento ou Brehmstrahlung; 
ou pela transição de elétrons orbitais para órbitas mais internas do átomo - 
Raios X característicos;
• Todas as demais características são idênticas à radiação gama.
Efeitos Biológicos da Radiação
• Estocásticos: são aqueles cuja probabilidade de ocorrer aumenta com a dose, 
sem, porém, haver a existência de um limiar de dose. Exemplos: efeitos heredi-
tários (mutações em genes em decorrência de exposição à radiação), que levam 
ao aparecimento de câncer;
• Não estocásticos: são aqueles cuja severidade depende da dose e que apre-
sentam um limiar de dose. Exemplos: mortalidade animal em consequência de 
distúrbios imunológicos (queda na imunidade em decorrência de excesso de 
exposição à radiação).
Tabela 1 – Energia dos diferentes tipos de radiação
Comprimento de onda (m) Energia do fóton (eV) Radiação
superior a 3 × 10–1 inferior a 4,1 × 10–6 Ondas de radiofrequência
3 × 10–1 → 3 × 10–3 4,1 × 10–6 → 4,1 × 10–4 Micro-ondas
3 × 10–3 → 7,6 × 10–7 4,1 × 10–4 → 1,6 Infravermelha
7,6 × 10–7 → 4 × 10–7 1,6 → 3,1 Luz visível
4 × 10–7 → 10–8 3,1 → 123,2
Ultravioleta:
 · A-400 → 320nm
 · B-320 → 290nm
 · C-290 → 200nm
inferior a 10–8 superior a 123,2 Raios X e γ
Fonte: Adaptado de Okuno e Yoshimura, 2010
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Tabela 2 – Escala do tempo do dano da radiação
Estágio Tempo Ação Efeito
Proteção e 
tratamento
Físicoa 0,01 mSv/ano;
• Raio X de tórax: 0,05 a 0,2 mSv/exame;
• Leite pode consumir até: 100 Bq/l;
• Carne pode consumir até: 300 Bq/kg (podendo chegar a 1000 em alguns países).
Observação
O Sv (Sievert) é uma unidade usada para avaliar a dose de radiação ionizante e 
1 Bq = 1s−1, ou seja, um becquerel corresponde a uma desintegração nuclear 
por segundo.
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Tabela 3 – Exposição natural à radiação
Fonte de emissão mSv/ano
Testes nucleares e descargas industriais 0,007
Sol e raios cósmicos 0,40
Centrais nucleares 0,008
Materiais terrestres 1,80
Exames radiológicos 0,30
Mostradores luminosos 0,02
Alimentos e bebidas 0,23
Televisão, micro-ondas e radares 0,03
Fonte: Adaptado de Okuno e Yoshimura, 2010 
Exemplo de Cálculo de Energia
da Radiação Que Pode Causar Danos
Exemplo
Calcule a energia absorvida, em calorias, por uma pessoa com massa de 70kg 
exposta à radiação ionizante de 4Gy (1Gray = 1 Joule/kg). Dado: 1 cal = 4,18 J.
Resolução
70 × 4 = 280 Joules = 67cal
O efeito biológico da radiação não se deve à quantidade de energia absorvida, 
mas à intensidade do fóton ou à quantidade de energia armazenada.
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UNIDADE Interação de Ondas Eletromagnéticas e 
Partículas Carregadas com a Matéria
Material Complementar
Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade:
 Sites
NIST: X-Ray Mass Attenuation Coefficients
Tabela com os valores do coeficiente de atenuação mássico para todos os elementos químicos.
http://bit.ly/2BdR6Im
 Leitura
Rejeitos radioativos
http://bit.ly/32mjbco
Efeitos da radiação no corpo humano
http://bit.ly/2VO3tUX
Como o césio-137 em Goiânia pôs Brasil no mapa de piores acidentes radioativos do mundo
https://bbc.in/2BjCk2A
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Referências
EISBERG, R.; RESNICK, R. Física quântica: átomos, moléculas, sólidos, núcleos 
e partículas. 9.ed. São Paulo: Campus, 1994.
HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de física: ótica e física 
moderna. 9.ed. Rio de Janeiro: LTC, 2012.
KNIGHT, R. D. Física: uma abordagem estratégica – Relatividade e física quântica. 
2.ed. Porto Alegre: Bookman, 2009.
MARQUES, G. C. Física: Tendências e perspectivas. São Paulo: Livraria da 
Física, 2005.
 OKUNO, E; YOSHIMURA, E. M. Física das Radiações. São Paulo: Oficina dos 
Textos, 2010.
TIPLER, P. A.; LLEWELLYN, R. A. Física Moderna. 6.ed. Rio de Janeiro: LTC, 2017.
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