Aula 4- Radioatividade pdf

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01/04/2015 
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Radioatividade 
Prof. Dr. Lucio Pereira Neves 
Uberlândia, 31 de Março de 2015 
Breve Histórico 
• Século V A.C.: 
– A-tomo= menor parte indivisível da matéria; 
• 1803, John Dalton: 
– Átomo ainda indivisível (~10-10m), diferente para cada 
elemento químico; 
• 1895, Röntgen: Descoberta dos Raios-X; 
• 1896, Becquerel: Descoberta da radioatividade; 
• 1897, J.J. Thomson: Descoberta do elétron; 
• 1904, J.J. Thomson: Modelo “pudim com passas”; 
• 1906, Rutherford: Retroespalhamento alfa; 
• 1909, Rutherford: Núcleo compacto (~10-15m), 
elétrons orbitando distantes (~10-10m); 
Breve Histórico 
• 1913, Niels Bohr: 
– Existem órbitas estáveis nas quais os elétrons não emitem 
radiação; 
– Emissão ou absorção de radiação corresponde a troca de 
órbita (quanta); 
– O momento angular do elétron (spin) é um número inteiro 
de h/2p; 
• 1919, Rutherford: Descobrimento do próton; 
• 1932, Chadwick: Descobrimento do nêutron; 
• Modelo atômico “definitivo”: Núcleo compacto, 
formado por prótons e nêutrons, com elétrons 
ocupando orbitais quânticos em um volume muito 
maior. 
Estrutura da Matéria e o Átomo 
• O núcleo do átomo é formado, basicamente, 
por partículas de carga positiva (prótons) e 
partículas sem carga elétrica (nêutrons); 
• Identificação do elemento químico: Z (nº de 
prótons); 
• Elétrons, portadores de carga negativa, 
localizam-se em níveis de energia na 
eletrosfera. 
Representação 
AXZ 
Número de massa (nº prótons + n° nêutrons) 
Número 
atômico 
Símbolo do Elemento 
químico 
Número de nêutrons = A - Z 
Isótopos 
• O número de nêutron pode ser variável; 
• Um mesmo elemento químico pode ter 
massas diferentes; 
• Átomos de um mesmo elemento químico, 
com massas diferentes: isótopos 
Hidrogênio Deutério Trítio 
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Radioatividade 
• O esquecimento de uma rocha de urânio 
sobre um filme fotográfico virgem 
O filme foi velado (marcado) 
Inicialmente: raios ou radiações 
Radioatividade 
• Outros elementos pesados, com massas 
próximas à do urânio também tinham a 
mesma propriedade 
Rádio e Polônio 
• Fenômeno foi denominado radioatividade e 
os elementos: radioativos 
Decaimento radioativo 
• Em cada emissão de uma partícula α ou β, há uma 
variação do número de prótons no núcleo, isto é, o 
elemento se transforma ou se transmuta em outro, 
de comportamento químico diferente. 
Diminuição gradual de massa e atividade 
Decaimento radioativo 
• Os núcleos instáveis não realizam todas as mudanças 
ao mesmo tempo. 
Decaimento é estatístico 
1 mg de 238U tem 2,5x108 átomos de radionuclídeos 
1 segundo ~ 12 núcleos decaem emitindo partículas α 
238U → 234Th + α 
Decaimento radioativo 
• Em N núcleos radioativos: 
Número de núcleos que decaem por unidade de tempo é 
proporcional ao número total (N) de núcleos radioativos 
λ → constante de desintegração 
Decaimento radioativo 
• Em N núcleos radioativos: 
Número de núcleos que decaem por unidade de tempo é 
proporcional ao número total (N) de núcleos radioativos 
λ → constante de desintegração 
Número total 
de núcleos 
diminui com o 
tempo 
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Decaimento radioativo 
Integrando a equação: 
N 
N0 
½N0 
¼N0 
t½ 2t½ t 
Sendo: 
N = número de núcleos radioativos 
remanescentes após um tempo t 
N0 = número de núcleos radioativos na 
amostra num tempo t = 0 
N
(t
) 
tempo 
Taxa de decaimento (Atividade) 
A = λN0 
Unidades: 
1 Bq (bequerel) = 1 decaimento/segundo 
1 Ci (curie) = 3,7x1010 Bq 
Taxa de decaimento (Atividade) 
Unidades: 
1 Bq (bequerel) = 1 decaimento/segundo 
1 Ci (curie) = 3,7x1010 Bq 
Aproximadamente a 
atividade de um 
grama do isótopo 
226Ra 
A = λN0 
Taxa de decaimento (Atividade) 
Unidades: 
1 Bq (bequerel) = 1 decaimento/segundo 
1 Ci (curie) = 3,7x1010 Bq 
Unidade do SI A = λN0 
Taxa de decaimento (Atividade) 
Fonte de 137Cs - acidente de Goiânia 
Taxa de decaimento (Atividade) 
Fonte de 137Cs - acidente de Goiânia 
50,9 TBq = 50,9x1012 Bq 
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Taxa de decaimento (Atividade) 
Fonte de 137Cs - acidente de Goiânia 
50,9 TBq = 50,9x1012 Bq 
1380 Ci 
Atividade de uma amostra 
• A atividade de uma amostra é medida em: 
Bq (Becquerel) = uma desintegração por segundo 
Ci (Curie) = 3,7x1010 Bq 
Bq – Unidade do SI 
Ci – unidade mais antiga, mas ainda muito empregada 
Radioatividade 
NÚCLEOS 
Estáveis Excesso de energia 
(Radioativos) 
Liberação desta energia 
Ondas eletromagnéticas: 
radiação γ 
Matéria: 
radiação α 
radiação β 
Radiação alfa (partícula alfa) 
• Partícula positiva, constituída por dois prótons 
e dois nêutrons. 
• Radiação alfa ou partícula alfa 
Pu 240 
94 Pu 236 
92 
He 4 
2 Partícula α = 
Radiação alfa (partícula alfa) 
• Decaimento ocorre normalmente para núcleos 
pesados espontaneamente 
• Alguns exemplos: 
238U92 → 234Th90 + α (t1/2= 4,468 x 109 anos) 
241Am95 → 237Np93 + α (t1/2= 432,2 anos) 
212Po84 → 208Pb82 + α (t1/2= 0,3 μs) 
Radiação alfa (partícula alfa) 
• Determinação da meia-vida: 
Partícula a escapa do núcleo por efeito túnel: cálculos levando 
em consideração a altura e largura da barreira de energia 
(calculada a partir da separação entre os núcleos, do potencial 
nuclear atrativo e potencial de Coulomb repulsivo) permite 
determinar a meia-vida do nuclídeo nestas reações nucleares 
(quanto maior a largura da barreira, maior a meia-vida) 
Exemplo: 212Po84 
Experimental: 0,3 μs 
Teórica: 0,25 μs 
Para outros casos, as diferenças podem ser maiores. 
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Radiação beta (partícula beta) 
• Núcleo decai espontaneamente por emissão: 
– Elétron + antineutrino 
– Pósitron + neutrino 
n → p + e- + ν- 
p → n + e+ + ν+ 
 
Sendo: 
 
• n = nêutron 
• p = próton 
• e- = elétron 
• ν+ = neutrino 
• ν- = antineutrino 
• e+ = pósitron 
e- ou e+ emitidos no 
decaimento b não existem 
no interior do núcleo, mas 
são criados no processo de 
desintegração, assim como 
os fótons são criados no 
processo de emissão! 
Radiação beta (partícula beta) 
• Neutrino / Antineutrino: 
– Partículas sem carga e quase sem massa, de tal 
modo que sua interação com a matéria é muito 
pequena, tendo um alto grau de penetração, por 
isto sua detecção é muito difícil. 
Super Kamiokande 
Japão 
Radiação beta (partícula beta) 
• Processo de estabilização quando há excesso 
de nêutrons: 
– Partícula beta negativa, resultado da conversão de 
um nêutron em um próton. 
• Processo de estabilização quando há excesso 
de prótons: 
– Partículas beta positivas (pósitrons), resultante da 
conversão de um próton em um nêutron. 
Radiação beta (partícula beta) 
• Pauli em 1930 propôs a existência de uma 
partícula neutra, não observada e sem massa, 
para explicar o espectro contínuo no 
decaimento beta para que não houvesse 
violação das leis de conservação de momento 
e energia. 
Radiação beta (partícula beta) 
• Fermi introduziu esta partícula em sua teoria 
de decaimento radioativo, chamando-a de 
neutrino, o que levou a curva de energia para 
o decaimento beta. 
• O neutrino foi detectado pela primeira vez em 
laboratório em 1953. 
Radiação beta (partícula beta) 
Este diferença é devido ao fato de o elétron ser atraído para o núcleo quando criado, 
enquanto o pósitron é repelido. Esta aceleração, ou desaceleração, seletiva ocorre 
apenas até o momento em que as partículas deixem a camada eletrônica mais 
externa do átomo. A partir deste momento, o átomo é eletrostaticamente neutro. 
Como a energia deve ser distribuída entre elétrons e antineutrinos ou pósitrons 
e neutrinos, existe um espectro contínuo de energias para estas partículas que 
depende da fração da energia de desintegração carregada por elas. 
Wolfgang Pauli (1900 – 1958): físico austríaco, Premio Nobel em Física (1945) 
Enrico Fermi (1901 – 1954): físico italiano, Prêmio Nobel em Física (1938) 
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Radiação beta (partícula beta) 
C 14 
6 N 14 
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Anti neutrino 
Elétron 
Decaimento β- 
Decaimento β+ 
C 10 
6B 10 
5 
Neutrino 
Pósitron 
6p, 8n 7p, 7n 
6p, 4n 5p, 5n 
Radiação gama 
• Após a emissão de uma partícula α ou β, o 
núcleo resultante ainda possui excesso de 
energia 
• O núcleo procura estabilizar-se, emitindo este 
excesso de energia em forma de onda 
eletromagnética. 
Radiação gama 
• Raios gama: comprimentos de onda da ordem 
de 10-15 m. 
• Diferem dos raios-X basicamente por se 
originarem de transições nucleares. 
• São extremamente penetrantes. 
• A radiação mais útil para aplicações em 
medicina. 
Medidas da Dose de Radiação 
• Existem 4 unidades em que as propriedades e 
efeitos são expressos: 
1) Atividade: becquerels (ou curies) → esta medida não dá 
informações sobre a natureza do decaimento 
Ci = 3,7 x 1010 Bq 
1Bq = 1 decaimento/seg 
 
2) Exposição: roentgens → medida da intensidade de energia 
cedida ao material 
1 R = 8,78 mJ de energia cedida a 1 kg de ar seco em CNTP 
Medidas da Dose de Radiação 
3) Dose Absorvida: rads (ou grays) → energia cedida ao corpo 
por unidade de massa 
1 rad = 10 mJ/kg 
1 gray (Gy) = 100 rads 
 
4) Dose equivalente (roentgen equivalente no homem): rems 
(ou sieverts) → leva em conta o tipo de radiação e os efeitos 
produzidos no homem 
1 sievert (Sv)= 100 rems 
Interação com a matéria 
Papel Plástico Aço Chumbo 
α 
β 
γ 
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Interação com a matéria 
Papel Plástico Aço Chumbo 
α 
β 
γ 
Interagem 
fortemente 
com a matéria 
Radiação 
muito 
penetrante 
Dose de Radiação (rems) 
rems = dose absorvida (rads) X fator de efetividade biológica (RBE) 
Tabelado para as diferentes radiações 
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5 
1 
Dose de Radiação 
DOSES DE PROCEDIMENTOS MÉDICOS 
RADIOATIVIDADE DEVIDO AO 40K E 226Ra NOS 
ALIMENTOS 
Valores aproximados de dose aos quais indivíduos do público 
estão expostos