Decaimento radioativo

Graduação em Química (UNIB, 2008)

Produção de energia elétrica nas usinas nucleares, diversas técnicas aplicadas na medicina, utilização para fins bélicos, bem como trágicos acidentes nucleares, com os emblemáticos casos Chernobyl, Three-Mile Island e Césio-137 no Brasil, perfazem as mais diversas utilizações da radioatividade.

Sob a visão histórica dos fatos sucederam-se consecutivos estudos sobre o átomo, que culminaram com as descobertas de muitas propriedades atômicas. Henri Antoine Becquerel contribui com seu estudo sobre as emissões radioativas; o casal Curie e seus esforços em purificar compostos contendo urânio, resultando na descoberta de pelo menos dois elementos químicos (polônio e rádio). Irene Curie e seu marido, Fréderic Joliot, continuaram as pesquisas de Marie Curie, realizando descobertas, como a produção de um isótopo radioativo artificial.

A natureza da radiação é fator importante a ser observado, pois o núcleo atômico não emite somente um tipo de radiação e os efeitos destas radiações não são idênticos no ambiente e seres vivos. As emissões α (alfa), β (beta) e γ (gama) ocorrem em núcleos atômicos instáveis, e na tabela constam algumas de suas propriedades.

Tabela 1. Emissões radioativas

Emissão Propriedades Equação – exemplo
Alfa
4α+2
Partícula positiva, de baixa penetrabilidade, alto poder de ionização, massa elevada e configuração nuclear igual ao elemento Hélio.  232Th90 → 4α+2 + 228Ra88
Beta
0β-1
Partícula negativa, de penetrabilidade maior que α, porém menos ionizante e de massa extremamente pequena. É formada a partir da desintegração de um nêutron, juntamente com um próton e um neutrino.  210Bi83 → 0β-1 + 210Po84
Gama
0γ0
Onda eletromagnética cujo comprimento de onda (λ) é muitíssimo pequeno, de maior penetrabilidade entre as três emissões, sem massa e sem carga. Sem representação.

O processo de decaimento radioativo, sinônimo para tempo de meia-vida (t1/2) ou período de semidesintegração (P), é o fenômeno estatístico que permite prever por quanto tempo determinada quantidade de átomos produzirá emissões radioativas. Esta previsão estatística pressupõe a transmutação (sinônimo de decaimento) de 50% dos átomos radioativos em determinado período de tempo. Como o processo é contínuo, tem-se uma curva de decaimento radioativo que tende infinitamente a zero:

Temos no eixo y o valor “n0”, o número de átomos ao início do processo, e suas consecutivas frações (n0/2; n0/4 e n0/8); e o valor teórico dos períodos de semidesintegração (1P; 2P e 3P). Para explicitar de maneira didática, analisemos o seguinte exemplo.

O radioisótopo cobalto-60 (60Co27) possui meia-vida de cinco anos. A cada cinco anos metade de seus átomos estarão “decaídos”, ou seja, estarão transmutados em outro elemento estável e não radioativo. O radioisótopo cobalto-60 é utilizado em centros médicos e, findada sua utilidade, o mesmo deve ser acondicionado em local seguro. Admitamos que 20 gramas deste composto radioativo tenham sido descartados no ano 2000, e que em 2020 queiramos saber quanto ainda permanece radioativo. A tabela a seguir traz dados sobre esse fenômeno:

Tabela 2. Decaimento Cobalto-60

Período (ano) 2000 (P0) 2005 (P1) 2010 (P2) 2015 (P3) 2020 (P4)
Massa (g) 20g 10g 5g 2,5g 1,25g

P1 = \frac{20}{2} = 10

P2 = \frac{10}{2} = 5

P3 = \frac{5}{2} = 2,5

P4 = \frac{2,5}{2} = 1,25

A seguir, um esboço de gráfico sobre o decaimento analisado (sem escala):

O conhecimento da meia-vida dos isótopos auxilia diversificadas áreas da ciência, permitindo a descoberta da idade de materiais fósseis, através da datação por carbono 14, auxiliando na geologia, arqueologia e na medicina nuclear.

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