Radioatividade

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Radioatividade

  1. 1. Universidade Estadual do Maranhão Departamento de Matemática e Física Disciplina: Evoluções da Física Acadêmico: Laecio dos S. Medeiros
  2. 2. Radioatividade Marcos da história da Radioatividade
  3. 3. A Radioatividade  A Radioatividade é a atividade, que certos átomos possuem, de emitir radiações eletromagnéticas e / ou partículas de seus núcleos instáveis, com o propósito de adquirir estabilidade. Nesse processo são originados outros núcleos, que podem ser estáveis ou ainda instáveis; quando o núcleo formado ainda é instável, ele continua emitindo partículas e/ou radiações até se transformar em um núcleo estável.
  4. 4. Onde tudo começa ?
  5. 5. Sir Joseph John Thomson, (1856 – 1940).
  6. 6.  Pai de George Paget Thompson  Prêmio Nobel de 1937 Pelos seus trabalhos sobre a difração de elétrons por cristais
  7. 7.  As experiências de J. J. Thomson podem ser consideradas o início do entendimento da estrutura atômica.
  8. 8.  Tubo de Raios Catódicos  permitiu concluir irrefutavelmente a existência dos elétrons  Recebeu Prêmio Nobel de 1906
  9. 9.  Os corpos são eletricamente neutros, com a descoberta dos elétrons de cargas negativa, concluiu-se pela existência dos prótons. Isso dava um modelo de átomo constituído por uma esfera maciça, de carga elétrica positiva, que continha elétrons nela dispersas, esse modelo ficou conhecido como Pudim de Passas.
  10. 10.  Segundo Thomson, o número de elétrons que contem o átomo deve ser suficiente para anular a carga positiva da massa.
  11. 11.  A construção do tubo de raios catódicos e a descoberta dos raios catódicos (elétrons) desencadearam a descoberta de uma nova área da física: a Radioatividade.
  12. 12.  Nos anos seguintes à divulgação da descoberta dos raios catódicos, muitos cientistas reproduziram as experiências realizadas por Thompson, como acontecia normalmente quando se descobria algo de novo na época.
  13. 13. Wilhem Conrad Roentgen ( 1845 - 1923)
  14. 14.  Wilhem Conrad Roentgen, cujo interesse oscilava entre a física e a matemática, também realizou este experimento em seu laboratório em Würzburg, Alemanha.
  15. 15.  Philip Lenard: os raios catódicos que escapavam do tubo termiônico iluminavam uma superfície, a uma certa distância do tubo, que tinha recebido uma camada de material fosforescente.
  16. 16.  Era essa estranha fosforescência que Roentgen tentava duplicar, quando observou algo notável. Embora o tubo termoiônico de Roentgen estivesse inteiramente encerrado em papelão preto, ainda eram produzidos raios que iluminavam uma tela fosforescente fora dele.
  17. 17.  Mas o mais significativo era que esse fenômeno ocorria não importando se a superfície revestida (fosforescente), ou o outro lado, estivesse ou não voltados para o tubo de descarga. Segundo parecia, os raios eram dotados de um poder de penetração.
  18. 18.  Roentgen imediatamente determinou que a fluorescência era causada por invisíveis raios originados de um vidro parcialmente evacuado, que HittorfCrookes tinham usado para estudar os raios catódicos (elétrons). Surpreendentemente, estes misteriosos raios atravessavam um papel preto e opaco colocado em frente ao tubo.
  19. 19.  Em 22 de dezembro de 1895, seis semanas após iniciar suas experiências, Roentgen usou os raios para "fotografar" a mão de sua esposa.
  20. 20.  Roentgen havia descoberto os Raios X (ele utilizou este nome, pois a princípio não sabia se eram ondas ou partículas), um fato que revolucionou os campos da Física e da Medicina. Por sua descoberta, Roentgen recebeu o primeiro Prêmio Nobel em Física, em 1901.
  21. 21.  Em 20 de janeiro de 1896, semanas depois de Roentgen ter feito sua descoberta, Henri Poincaré fez uma relatório sobre os Raios X para a academia Francesa de Ciências. Além de sua explicação sobre os raios X, estavam algumas observações referentes a fosforescências estranhas que ele observou.
  22. 22. A descoberta da radioatividade: as partículas Alfa e Beta e os raios Gama
  23. 23. Antoine Henri Becquerel (1852 – 1908)
  24. 24. Antoine H. Becquerel, membro de uma família de quatro gerações de físicos de renome, tinha grande interesse pelas áreas de fosforescência e fluorescência moleculares.  Henri Becquerel, filho de AlexandreEdmound Becquerel (que havia estudado extensivamente os materiais fosforescentes). 
  25. 25.  Becquerel pensou em investigar se todos os corpos fosforescentes poderiam emitir raios similares.
  26. 26.  Com experimentos adicionais utilizando urânio, Becquerel chegou à conclusão de que a radiação penetrante era originária do próprio elemento e não tinha relação com o fenômeno da fluorescência.
  27. 27.  Esta radiação, que inicialmente ficou conhecida como raios de Becquerel, foi chamada de radioatividade pela polonesa Marie S. Curie, em 1898, e logo passou a ser investigada por importantes nomes da época, tais como J. J. Thomson, e também por vários cientistas em começo de carreira.
  28. 28.  Em1900, o físico neozelandês Ernest Rutherford e o físico francês Pierre Curie identificaram, emissões oriundas dos elementos radioativos,denominadas de partículas alfa (α) e beta (β). No mesmo ano, o físico francês Paul U. Villard identificou outra espécie de radiação eletromagnética, que denominou radiação gama (γ).
  29. 29. Emissões Alfa (α) Partículas com carga elétrica positiva, constituídas de 2 prótons e 2 nêutrons.  Velocidade média : 20000 km/s .  Poder de penetração : pequeno, são detidas por pele, folha de papel.  Poder ionizante ao ar : elevado, por onde passam capturam elétrons, transformando-se em átomos de Hélio. 
  30. 30. Emissões Beta (β)    Partículas com carga elétrica negativa e massa desprezível (elétrons atirados para fora do núcleo) . Velocidade média: 95% da velocidade da luz. Poder de penetração : 50 a 100 vezes mais penetrantes que as partículas alfa. São detidas por 1 cm de alumínio (Al) ou 2 mm de chumbo (Pb). Danos os organismos : maiores do que as emissões alfa, podem penetrar até 2 cm do corpo humano e causar danos sérios.
  31. 31. Emissões Gama (γ)  São ondas eletromagnéticas, da mesma natureza da luz, semelhantes ao raio X. Sem carga elétrica nem massa.  Velocidade: igual à da luz (300 000 km/s). Poder de penetração: alto, são mais penetrantes que raios X. são detidas por 5 cm de chumbo (Pb).  Danos à saúde: máximo, pois podem atravessar o corpo humano, causando danos irreparáveis. 
  32. 32.  Também foi descoberto que a velocidade do decaimento por unidade de massa é fixa para qualquer radioelemento específico, não dependendo de sua composição química ou de seu estado físico; porém, varia drasticamente de um radioelemento para outro. O decaimento poderia ser expresso em termos de meia-vidas, que é o tempo que leva para a atividade de um radioelemento decair à metade do seu valor original.
  33. 33.  Em 1913, os físicos F. Soddy, A. Russell e K. Fajans, em trabalhos independentes, elaboraram uma generalização sobre as emissões a e b, que ficou conhecida como Lei do Deslocamento: “Quando um núcleo emite uma partícula alfa (α) , seu número atômico diminui de suas unidades e seu número de massa diminui de quatro unidades”. E “Quando um núcleo emite uma partícula beta (β) , seu número atômico aumenta de uma unidade e seu número de massa não se altera” .
  34. 34. As descobertas de novos elementos radioativos  Em 1895, a polonesa Marya Sklodowska, que já adotara o nome francês Marie, casou-se com Pierre Curie.
  35. 35.  Começaram a pesquisar de onde eram provenientes as radiações observadas por Becquerel no minério de urânio.  Obtendo o resultado posteriormente, assim afirmando que eram uma “propriedade intrínseca do elemento urânio”.
  36. 36.  Sua intensidade era proporcional à quantidade de urânio presente na substância, não dependendo da combinação química, da fase de agregação, nem das condições exteriores.  Os sais de tório emitiam radiações semelhantes.
  37. 37.  Como resultado de todo esse longo trabalho, iniciado pelo físico alemão Röntgen, que teve prosseguimento com os trabalhos de Becquerel e de Pierre e Marie Curie, nasceu o estudo do fenômeno da radioatividade. Por suas descobertas, Becquerel, Pierre e Marie Curie foram laureados com o prêmio Nobel de Física em 1903.
  38. 38.  Pierre e Marie Curie foram ainda mais longe: ◦ Em 12 de abril de 1898, anunciaram que a pechblenda – um minério contendo óxido de urânio - era bem mais radioativa que o urânio metálico isolado. Isso significava que o minério continha, além do urânio, outro elemento radioativo.
  39. 39. Pechblenda Descoberta por Becquerel pechblenda é uma variedade, provavelmente impura, de uranita.
  40. 40.  Polônio (Po)  Rádio (Ra)
  41. 41.  Em 1911, recebeu seu segundo Nobel, agora de Química, por essas últimas descobertas.
  42. 42.  Pierre Curie morreu, tragicamente, em 1906, após ter sido atropelado. Marie Curie morreu de leucemia com 67 anos, em 4 de julho de 1934, provavelmente vítima das radiações a que ficara exposta durante grande parte de sua vida.
  43. 43. A descoberta da radioatividade artificial  Em janeiro de 1934, o casal Irène Curie e Frédéric Joliot, filha e genro de Marie Curie, respectivamente, descobriram a radioatividade artificial, obtendo substâncias radioativas artificiais por meio do bombardeio com partículas alfa, o boro, o alumínio e o magnésio, obtendo isótopos radioativos artificiais do nitrogênio, fósforo e alumínio.
  44. 44.  A descoberta desses elementos, usados para acompanhar alterações químicas e processos fisiológicos, proporcionou-lhes o Prêmio Nobel de Química (1935).
  45. 45. A descoberta do nêutron  Nos anos 20 ◦ Rutherford, na Inglaterra ◦ W. D. Harkins, nos EUA ◦ Orme Masson, na Austrália  Somente em 1932, James Chadwick, na Inglaterra, comprovou a existência do nêutron, após irradiação de uma folha de berílio com partículas a, oriundas do decaimento do polônio.
  46. 46. A descoberta do pósitron  Prevista teoricamente por P. A. M. Dirac em 1928, foi comprovada a existência do "elétron positivo" por C. D. Anderson em 1932, em estudos das interações dos raios cósmicos em uma câmara de nuvens ("cloud chamber"), que também sugeriu o nome "pósitron" para esta nova entidade. O pósitron, similar às partículas a e b, é encontrado nas desintegrações de radionuclídeos artificiais.
  47. 47. A descoberta da fissão nuclear  Por volta de 1934, o físico italiano Enrico Fermi notou que o bombardeamento do núcleo de certos átomos com nêutrons de velocidade moderada fazia com que o núcleo capturasse o nêutron.
  48. 48.  Realizando experiências similares, os químicos Otto Hahn e Fritz Stassmann, em 1938, detectaram a presença de bário, após o bombardeamento do urânio com nêutrons moderados.
  49. 49.  Física austríaca Lise Meitner, e seu sobrinho, o físico Otto R. Frisch: ◦ "O núcleo do átomo de urânio é instável e, ao ser bombardeado com nêutrons moderados, rompe-se praticamente ao meio, originando dois núcleos de massa média e liberando 2 ou 3 nêutrons, além de mais energia".
  50. 50. A esse fenômeno foi dado o nome de: Fissão Nuclear
  51. 51. Outros Marcos da História da Radioatividade  O desenvolvimento da indústria nuclear começou com a Segunda Guerra Mundial.
  52. 52.  Em uma carta ao presidente Franklin Roosevelt enviada em agosto de 1939, o físico Albert Einstein, ganhador do Prêmio Nobel de física em 1921, afirmava que os EUA deveriam priorizar o desenvolvimento de uma bomba baseada em energia nuclear, antes que os alemães a fizessem, pois já estavam tentando purificar o U.
  53. 53.  Em fevereiro de 1940, esta comissão concedeu a Enrico Fermi e Leo Szilard um contrato para iniciar a construção de uma pilha nuclear (um tipo de reator nuclear subcrítico), na Universidade de Columbia.
  54. 54.  Em dezembro de 1942, surgia o primeiro reator nuclear autosustentável, chamado de "Chicago Pile 1" (CP-1).
  55. 55.  Nesse mesmo ano, surgia o "Projeto Manhattan", que tinha por objetivo desenvolver e construir armas nucleares.
  56. 56. Projeto Manhattan
  57. 57.  O sucesso não tardou e, no dia 16 de julho de 1945, no estado do Novo México nos EUA, a primeira bomba atômica da história, conhecida como "Gadget", foi detonada.
  58. 58.  Esta bomba era composta de duas pequenas bolas de plutônio, recobertas por níquel e em cujo centro estava um núcleo de berílio e urânio. A explosão experimental, chamada "Trinity", foi produzida pela união das duas bolas por explosivos convencionais.
  59. 59. Hiroshima e Nagasaki  Na manhã de 6 de agosto de 1945, em Hiroshima, Japão, um avião americano B29, chamado Enola Gay, soltou uma bomba atômica denominada "Little Boy", que detonou 580 m acima do centro da cidade. "Little Boy", assim chamada em alusão a Franklin Roosevelt, tinha 3,2 m de comprimento, 74 cm de diâmetro, pesava 4,3 t e tinha uma potência equivalente a 12,5 mil t de TNT, provido de uma bala de 2,26 kg de 235U, disparada em um alvo de 7,71 kg de 235U.
  60. 60.  Quando as duas peças se encontram, ocorre uma reação em cadeia. Como resultado do ataque, pela liberação intensa de calor e ocorrência de incêndios, a cidade de Hiroshima foi destruída e 90 mil pessoas morreram naquele mesmo dia.
  61. 61.  Três dias após destruir Hiroshima, outro avião B-29 atacou a cidade de Nagasaki. A bomba utilizada, chamada de "Fat Man" em alusão a Winston Churchill, consistia de dois hemisférios de plutônio unidos por explosivos convencionais, tinha 3,25 m de comprimento e 1,52 m de diâmetro, pesava 4,5 t e tinha uma potência equivalente a 22 mil t de TNT. O ataque resultou em mortes imediatas de 40 mil pessoas.
  62. 62.  As conseqüências não foram maiore porque o terreno montanhoso protegeu o centro da cidade. Os estragos materiais foram menos arrebatadores que em Hiroshima, mas, 12 h depois, era visível o fogo em Nagasaki, a mais de 320 km de distância. Nagasaki, na verdade, era o objetivo secundário; foi atingida porque as condições meteorológicas de Kokura, o alvo principal, impediriam que os efeitos destrutivos da bomba fossem verificados.
  63. 63.  Até o final de 1945, 145 mil pessoas tinham morrido em Hiroshima e 75 mil em Nagasaki. Milhares de pessoas sofreram ferimentos sérios. Devido aos efeitos da radiação, várias mortes ocorreram nos anos seguintes, e causaram também nascimentos de bebês com má formação genética.
  64. 64.  A ação americana foi considerada por alguns como uma demonstração desnecessária de crueldade contra a população civil japonesa. O governo dos Estados Unidos justificou-se, alegando que essa era a forma mais rápida de encerrar, de uma vez por todas, a Segunda Guerra Mundial. Mesmo após seis décadas, este debate continua.
  65. 65. O acidente de Chernobyl  Em 26 de abril de 1986, ocorreu o mais grave acidente nuclear da história, em Chernobyl, na atual Ucrânia.  A força da explosão liberou uma nuvem radioativa que atingiu a parte oeste da antiga União Soviética, hoje os países de Belarus, Ucrânia e Rússia, e todo o norte e centro da
  66. 66.  Três dias após a explosão, nenhum comunicado ainda havia sido feito pelo governo soviético a respeito do acidente nuclear em Chernobyl.  Mikhail Gorbáchov, então presidente, demorou 18 dias para comentar o acidente, só o fazendo em 14 de maio.
  67. 67.  O total oficial de mortos diretamente relacionado ao acidente no reator foi de 31 pessoas, devido à participação direta no combate aos incêndios da unidade. Outros 237 trabalhadores foram hospitalizados com sintomas da exposição aos altos níveis da radiação ao redor do reator.
  68. 68.  Baseado em dados oficiais, estima-se que 8.400.000 pessoas em Belarus, Ucrânia e Rússia foram expostas à radiação.
  69. 69. O acidente radioativo de Goiânia
  70. 70.  O Resultado dessa experiência foi a morte de 4 pessoas, a amputação do braço de outra e a contaminação, em maior ou menor grau, de mais de 200 pessoas.
  71. 71.  Foi desencadeou-se uma grande operação para tratar as pessoas contaminadas com o Cs, avaliar a extensão da contaminação e, posteriormente, remover todos os traços da radioatividade dos locais contaminados.
  72. 72. Este procedimento foi realizado com sucesso, sob a supervisão de funcionários da Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN).
  73. 73. Algumas das Aplicações Da Radiação e Radioatividade  Medicina  Produção de Energia Elétrica  Preservação de Alimentos
  74. 74. Marcos da história da radioatividade e tendências atuais – Scielo Brasil -Departamento de Química Analítica, Instituto de Química, Universidade Estadual de Campinas, CP 6154, 13084-971 Campinas - SP, Brasil. R.A. MARTINS, Como Becquerel não descobriu a radioatividade, publicado no Caderno Catarinense de Ensino de Física 7 (1990) 27-45). SANTOS, Carlos Alberto dos. Da revolução científica à revolução tecnológica – Tópicos de história da física moderna. Porto Alegre: Instituto de Física da UFRGS, 1997. Pp. 29-49. Http://pre-vestibular.arteblog.com.br/51825/Energia-NuclearRadioatividade.

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