Aula 7

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Disciplina: História da Radiologia
Aula 7: As descobertas das emissões nucleares.
Apresentação
Por meio desta aula, o aluno será capaz de entender que as emissões radioativas não são iguais, existem diferentes tipos de
emissões e cada uma possui características especí�cas.  
Deste modo, serão apresentadas as características das emissões alfa, beta negativa, gama, beta positiva e nêutrons, assim
como serão apresentados os pesquisadores responsáveis pelos experimentos que propiciaram que estas formas de energia
fossem descobertas.
Objetivos
Identi�car os diferentes tipos de emissões radioativas;
Reconhecer as características relativas a cada tipo de emissão e o modo como foram descobertas.
Assim, as partículas alfa são atraídas pela placa metálica com polaridade oposta (negativa) e, simultaneamente, repelida pela placa
com polaridade inversa (positiva).
Deste modo, concluiu-se que partículas alfa são emissões positivas.
Posteriormente a esta descoberta, outras considerações puderam ser extraídas deste tipo de emissão e, assim, novas características
foram observadas na partícula alfa:
Ernest Rutherford
No ano de 1900, O físico Rutherford realizou o principal
experimento para demonstrar a existência das emissões alfa e
beta negativas.
O primeiro passo desta experiência foi a colocação de uma
quantidade de elemento radioativo em um recipiente
plumbífero . É comum, no trabalho com esses materiais, que
seja realizada uma blindagem e�ciente, o que permite a
passagem da radiação apenas por um pequeno orifício. Deste
modo, as emissões radioativas não seriam emitidas
isotrópicamente e sairiam por uma única direção.
Além disso, este experimento foi submetido a condições de
vácuo e foram adicionadas duas placas metálicas opostas,
sendo aplicadas diferentes polaridades de potencial elétrico.
Foi adicionado imediatamente em frente à abertura da
blindagem uma chapa fotográ�ca para que, assim, as
emissões pudessem ser registradas.
Experimento de Ernest Rutherford
Plumbífero:
Confeccionado de chumbo, material convencionalmente utilizado para proteção de pro�ssionais, projeto de blindagens de salas e
blindagens em equipamentos.
A descoberta das emissões alfa
Por meio deste experimento, foi possível observar que as
emissões denominadas como alfa (cargas positivas) tiveram
sua trajetória desviada devido à ocorrência de uma força de
atração voltada para a direção da placa com polaridade oposta
(negativa).
Este comportamento foi explicado na aula 1 (pela Lei de
Coulomb, �ca de�nido que duas partículas, quando obtiverem
cargas iguais, irão exercer forças de repulsão entre si. Quando
duas partículas possuírem cargas opostas, existirá uma força
de atração entre elas).
Emissão das partículas alfa
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Assim como ocorreu na descoberta das partículas alfa, posteriormente foi possível a descoberta de novas características das
emissões beta (β-). Tais descobertas contribuíram para melhor conhecimento desta emissão.
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São composta por dois nêutrons e dois prótons. Sendo, assim, coincidente com a massa de um núcleo do elemento hélio,
porém duplamente ionizado (sem presença dos dois elétrons característicos deste átomo quando este apresenta-se em
estado de neutralidade de carga). Quando comparada com os outros tipos de emissão particuladas, é possível de�ni-la
como sendo uma emissão de alto número de massa.
Sua composição estrutural 
É comumente associada a elementos de alto número de massa (prótons e neutros em seu núcleo atômico). Devido ao
grande elemento de nucleons, para alcançar uma maior estabilidade, é comum estes emitirem partículas alfa e, assim, de
uma única vez diminuírem 4 nucleons (2 prótons e 2 nêutrons).
Origem da sua emissão 
Sua grande massa contribui para o baixo alcance desta emissão, podendo ser blindada por uma folha de papel. Apesar de
seu baixo poder de penetração na matéria, a partícula alfa possui alto LET (transferência linear de energia). Em seu pouco
range de alcance deposita uma grande quantidade de energia; Por possuir dois prótons, seu poder de ionização (capacidade
de arrancar um elétron de um átomo), é muito grande. É capaz de capturar dois elétrons e se tornar um átomo de hélio,
interrompendo assim, seu processo de ionização devido ao alcance de sua estabilidade de carga; Após uma emissão alfa, o
elemento sofre uma transmutação nuclear, ou seja, se transforma em um novo elemento com menor número de massa
atômica e menor número atômico.
Suas características de emissão e interação 
A descoberta das emissões
beta negativas
Durante a realização do mesmo experimento, foi possível que
Rutherford descobrisse a existência de um segundo tipo de
emissão. Diferentemente das partículas alfa, essa segunda
partícula possuía carga negativa e, por este motivo, era atraída
pelo polo positivo. A esta emissão foi dado o nome de
partícula beta (β-).
Deste modo, concluiu-se que este tipo de partículas beta são
emissões negativas.
Emissão das partículas beta
Os sais estavam em um recipiente blindado, em que a energia escapava por uma pequena abertura e imediatamente sensibilizava
uma placa fotográ�ca. A �m de que houvesse uma diferenciação em relação às emissões já conhecidas (raios alfa), que possuem
alto poder de ionização, porém baixo poder de alcance e penetração, foi utilizada uma �níssima camada de chumbo, impedindo que
as emissões alfa interagissem com a placa fotográ�ca. Com formulação do experimento citado, foi possível concluir que: a radiação
restante que interagiu na placa fotográ�ca era composta por outras formas diferentes de emissão de energia.
Conforme vimos nesta aula, Rutherford utilizou diferentes campos magnéticos com diferentes polaridades, exercendo nessas
emissões de forças de atração e repulsão para identi�car as radiações alfa e beta negativas. Acontece que, diferentemente das
radiações descobertas por Rutherford, Paul Villard provou a existência de um terceiro tipo de emissão, que, ao contrário das
anteriores, não sofriam in�uência de campos magnéticos, além do seu alto poder de penetração em diferentes materiais com
características distintas. Embora não tenha recebido imediatamente um nome, em 1903, foi proposto por Rutherford que fossem
chamados de Raios Gama de Villard.
Outra importante contribuição proposta por Paul Villard foi o aperfeiçoamento das técnicas de dosimetria das radiações. A
circunstância que motivou suas pesquisas foi que, até aquele momento, não eram tomadas precauções relativas aos riscos das
exposições à radiação. Por este motivo, Paul Villard dedicou muito tempo de sua vida cientí�ca na criação de métodos mais seguros e
precisos para a medição das radiações e, por consequência, da exposição radioativa.
Outras contribuições de Paul Villard:
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É composta pela massa e carga equivalente da partícula subatômica denominada de elétron. Apesar de, por muitas vezes,
ser de�nida como um elétron, por sua origem nuclear não é correto a�rmar que se tratam deles.
Sua composição estrutural 
Essa emissão é decorrente pela mudança entre componentes do núcleo (um nêutron se transformando em um próton). A
emissão β- é exatamente a diferença entre as massas destas duas estruturas;
Após uma emissão beta negativa, o elemento sofre uma transmutação nuclear, ou seja, se transforma em um novo
elemento com mesmo número de massa atômica e número atômico uma unidade maior.
Origem da sua emissão 
Possui menor massa, menor poder de ionização e maior poder de penetração que a partícula alfa. Contudo, podem ser
blindados por uma �na lâmina de alumínio.
Suas características de emissão e interação 
Paul Ulrich Villard (1860-1934)
Nascido em 28 de setembro de 1860, em Saint-Germain-au-
Mont-d'Or, Rhône, Paul Villard foi o físico-químico francês
responsável por descobrir a existência dos raios gama
emitidos em amostras radioativas de urânio e rádio.
Essa descoberta ocorreu no ano de 1900, no departamento deQuímica de uma escola parisiense normal (École Normale
Supérieure, rue d'Ulm, Paris).
Paul Ulrich Villard descobriu a radiação gama quando
investigava a radiação emanada por sais de rádio.
Paul Ulrich Villard
- No ano de 1908, Villard foi pioneiro na utilização de câmara de ionização para a dosimetria da radiação ionizante;
-
Foi ele quem de�niu a unidade de exposição radioativa denominada inicialmente de kerma e que, mais tarde, foi
renomeada como Röntgen em homenagem ao descobridor da radiação;
- No ano de1908, Paul Villard foi incluído como membro da Academia de Ciências da França.
Pósitrons
A descoberta dos pósitrons ocorreu no ano de 1932, quando o
físico norte-americano Carl Anderson (1905-1991) examinava
emissões provenientes de raios cósmicos em uma câmara de
nuvens.
Ele observou trilhas de elétrons (emissões β-) e outras
características de partículas de mesma massa e carga oposta
(positiva).
Devido a divergência na carga, nomeou esta partícula de
pósitron (emissões β+).
Mesmo sem saber, Carl Anderson havia descoberto a primeira
antipartícula, prevista na teoria proposta por Paul Dirac (1902-
1984).
Foto de Carl David Anderson do primeiro pósitron já observado.
Teoria de Dirac
Nesta teoria, Dirac admite que é possível a geração de pares
de partículas e antipartículas caso haja energia su�ciente e
exista uma condição de vácuo.
Ainda nesta teoria, é previsto que, quando uma partícula
encontra sua antipartícula, haverá uma aniquilação de pares e
será liberada uma quantidade de energia equivalente à soma
das massas multiplicada pelo quadrado da velocidade da luz.
Paul Dirac
Atuais aplicações do pósitron na Medicina
A aplicação dos pósitrons na Medicina é observada em modalidades híbridas de PETCT e PETRM. Estes dois métodos juntam
modalidades diagnósticas (tomogra�a computadorizada e ressonância magnética) a uma modalidade diagnóstica da Medicina
Nuclear chamada de tomogra�a por emissão de pósitrons (PET). Desta forma, as imagens diagnósticas contribuem com suas
características morfológicas, enquanto as imagens de PET agregam valor ao diagnóstico funcional.
De�nição de modalidades híbridas: modalidades diagnósticas que unem duas diferentes técnicas de imagem com características
distintas em um estudo único e diferenciado.
 Tomografia computadorizada, exemplo de aplicação dos pósitrons na medicina. Fonte: Image by 12019 on Pixabay
Para que haja a emissão de pósitrons (β+), é necessária a utilização do isótopo radioativo Flúor-18. Este elemento é apresentado
na forma molecular de �uordesoxiglicose (F18-FDG). Por sua apresentação análoga à glicose, será demonstrada sua distribuição
pelo corpo. Devido às células malignas apresentarem alto metabolismo, a captação destas será maior quando comparada às
células normais.
Emissores de nêutrons
São elementos transurânicos sintéticos, produzidos pela
universidade da Califórnia localizada em Berkeley. Para o
desenvolvimento destes experimentos, os pesquisadores
Glenn T. Seaborg, Leon O. Morgan, Ralph A James e Albert
Ghiorso utilizaram um ciclotron de 60 polegadas.
Glenn T. Seaborg mostrando o elemento transurânico na Tabela Periódica, , que foi
denominado de seabórgio em sua homenagem.
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Ciclotron de 60 polegadas no Laboratório de Radiação Lawrence, Universidade da
Califórnia, Berkeley, em agosto de 1939.
Estes elementos transurânicos foram descobertos nas
décadas de 40 e 50 e incluídos na tabela periódica na série
denominada de Série de Actinídeos.
Elemento transurânico:
É o elemento químico arti�cial com número atômico maior do que 92, o número atômico do urânio.
De�nição de actinídeos:
Formam a segunda série de elementos abaixo da tabela periódica com números atômicos que variam de 90 a 103. Essa série
recebe esse nome porque está após o elemento actínio (Ac).
Amerício-242 e Califórnio-245
Dos elementos transurânicos descobertos, o quarto deles
(Amerício), possui um isótopo radioativo emissor de nêutrons,
o Am-242. A descoberta desses elementos ocorreu pelo
bombardeamento de núcleos através de partículas.
Desta maneira, os núcleos sofrem transmutação e se
transformam em outros elementos.
Outro elemento produzido por este departamento foi o
Califórnio, sendo o isótopo radioativo Cf-245 emissor de
nêutrons.
Outra maneira de emissão de nêutrons é através de �ssão
nuclear por estímulo externo, processo este que ocorre em
usinas termonucleares quando elas estão produzindo energias
elétricas através de energias térmicas provenientes de �ssões
nucleares do Urânio-235 que está no vaso do reator e
transmite essa energia térmica para o líquido circulante
presente no interior da usina.
Califórnio é um forte emissor de nêutrons. Ele é usado em detector de metal portátil,
exemplo.
De�nição de �ssão nuclear:
É um processo da Física que consiste na divisão do núcleo de um átomo considerado instável em dois núcleos menores
(fragmentos de �ssão) através do bombardeamento de partículas como nêutrons.
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Atividade
1. Faça uma análise o texto abaixo:
“Caracterizada por uma emissão eletromagnética de origem nuclear, não possui massa e nem carga. Por este motivo, não sofre
interação por campos magnéticos externos”.
Sobre os tipos de radiações emitidas por um núcleo instável, marque a opção que melhor identi�ca a descrição apresentada
nesta questão.
a) Emissões alfa (α)
b) Emissões beta negativa (β−)
c) Emissões de nêutrons (n)
d) Emissões Gama (γ)
e) Raios X
2. No experimento realizado por Ernest Rutherford, ele utiliza placas em posições opostas eletricamente carregadas, que geram
polaridades opostas (negativa e positiva). Deste modo, as partículas alfa eram registradas no lado da placa com polaridade
negativa. Qual das opções abaixo não justi�ca esse comportamento?
a) Possuir dois prótons em sua composição.
b) Sua carga positiva.
c) Possuir dois nêutrons em sua composição.
d) Corpos com cargas opostas exercem forca de atração.
e) As partículas alfa são repelidas pela placa de polaridade positiva.
3. Sobre as partículas pósitron (emissões β-), descobertas pelo físico americano Carl Anderson. Marque a única opção abaixo que
não apresenta características físicas observadas nestas emissões.
a) Possui carga positiva.
b) Possui a mesma massa da emissão beta negativa.
c) É definida como uma antipartícula.
d) Possui massa de um elétron, porém com carga positiva.
e) Possui a mesma massa e carga da partícula alfa.
4. Sobre os elementos emissores de nêutrons, marque a única opção abaixo que não apresenta características físicas observadas
nestes elementos.
a) São elementos sintéticos, ou seja, produzidos artificialmente.
b) São observados em elementos que emitem alfa, beta e gama. Os nêutrons geralmente acompanham estas outas emissões radioativas.
c) São obtidos por bombardeamentos de núcleos por determinadas partículas.
d) Serão emitidos em uma fissão nuclear.
e) São isótopos radioativos de determinados elementos da tabela periódica encontrados na série dos Actinídeos.
5. Sobre as emissões de partículas beta positivas, qual das opções abaixo representa uma aplicação diagnóstica da utilização das
emissões do (pósitron)?
a) Em diagnósticos de modalidades híbridas de PETCT e PET RM.
b) Nos tratamentos de radioterapia, quando o objetivo é combater um câncer.
c) Em usinas termonucleares com a fissão de Urânio-235.
d) Na produção de imagens de ressonância magnética.
e) Na produção de imagens de tomografia computadorizada.
NotasReferências
https://brasilescola.uol.com.br/quimica/radioatividade-estrutura-atomo.htm
<https://brasilescola.uol.com.br/quimica/radioatividade-estrutura-atomo.htm> . Acesso em: 01 fev. 2019.
//www.telephonetribute.com/a_true_story.html <//www.telephonetribute.com/a_true_story.html> . Acesso em: 01 fev. 2019.
//www.searadaciencia.ufc.br/especiais/�sica/antimateria/antimateria2.htm
<//www.searadaciencia.ufc.br/especiais/�sica/antimateria/antimateria2.htm>. Acesso em: 01 fev. 2019.
f
https://brasilescola.uol.com.br/quimica/radioatividade-estrutura-atomo.htm
http://www.telephonetribute.com/a_true_story.html
http://www.searadaciencia.ufc.br/especiais/fisica/antimateria/antimateria2.htm
https://www.berkeley.edu/
https://www.berkeley.edu/ <https://www.berkeley.edu/> . Acesso em: 01 fev. 2019.
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e ressonância magnética).
Desenvolvimentos de outras modalidades diagnósticas e terapêuticas (densitometria óssea, ultrassonogra�a, medicina
nuclear e radioterapia);
Relatos históricos da não justi�cativa do uso materiais radioativos e exposições à radiação.
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Fissão nuclear. <https://www.youtube.com/watch?v=ehL4HoyRqdw >
https://www.berkeley.edu/
https://www.youtube.com/watch?v=ehL4HoyRqdw