O documento discute os conceitos de radioatividade e energia nuclear, incluindo: 1) O que é radioatividade e suas características; 2) Os principais tipos de radiação - partícula alfa, beta e gama - e suas propriedades; 3) Breve histórico da descoberta da radioatividade; 4) Aplicações da radioatividade incluindo irradiação de alimentos e radioterapia.

1. Radioatividade
e
Energia Nuclear

2. A reação nuclear é denominada
decomposição radioativa ou decaimento.
As entidades emitidas pelo núcleo
são denominadas de radiações.

3. O que é Radioatividade ?
É o fenômeno em que um núcleo instável
emite espontaneamente entidades
(partículas, ondas), transformando-se em
outro núcleo mais estável.

4. Características
O fenômeno da
radioatividade é
exclusivamente nuclear.
Ele não é afetado por
nenhum fator, físico ou
químico.

5. Breve Histórico
Em 1895, Wilhem Röntgen
descobriu os raios X, que
eram úteis mas misteriosos.

6. Breve Histórico
A descoberta da
radioatividade ocorreu,
casualmente, por Henri
Becquerel, em 1896, ao
estudar as impressões
feitas em papel fotográfico
por sais de urânio, quando
eram expostos à luz solar.

7. Breve Histórico
Os estudos do casal
Pierre e Marie Curie,
após a descoberta de
Becquerel, levaram
à descoberta do
polônio e do rádio,
sendo este muito
mais ativo que o
urânio.

8. Breve Histórico
Entre 1898 e 1900,
Ernest Rutherford
e Paul Villard
descobriram um
terceiro tipo
emissão radioativa:
Beta:

9. O Átomo e seu Núcleo

10. Tipos de Radiação

11. PARTÍCULA ALFA (α)
A partícula α foi identificada com sendo o gás nobre hélio (He) pois apresenta
2 prótons e dois nêutrons:
2α4 = 2He4
Sua velocidade é de aproximadamente 30.000km/s;
Baixo poder de penetração;
Detido por menos de 10cm de ar;
Não passa pela pele humana;
Podem ser detidas por uma folha de papel;
O núcleo remanescente de uma emissão alfa apresenta dois prótons e dois
nêutrons a menos do que o núcleo original:
ZXA  2α4 + Z-2YA-4
92U238  2α4 + 90Th234

12. PARTÍCULA BETA (β)
A partícula β está associada ao elétron;
A radioatividade é um processo que ocorre no núcleo do átomo (não existe
elétron);
A hipótese mais aceita é que um nêutron se desintegra originando um
pósitron, um elétron e um neutrino (partícula mais leve que o elétron):
0n1  1p1 + -1e0+ 0ν0
O próton (pósitron) fica no núcleo, o elétron sai do núcleo passando a ser a
partícula beta, com isso o número atômico aumenta em uma unidade e o
de massa permanece o mesmo;
-1e0 = -1β0

13. PARTÍCULA BETA (β)
A velocidade de deslocamento é 290.000 km/s;
Alto poder de penetração (100 vezes mais penetrante que a partícula alfa);
Deslocamento por 1 metro de ar;
Placa de chumbo de 2mm para deter;
Penetram 2cm no corpo humano;
ZXA  -1β0 + Z+1YA
55Cs137  -1β0 + 56Ba137

14. RADIAÇÃO GAMA (γ)
Não é feita de partículas com as emissões alfa e beta;
É uma radiação eletromagnética como o raio X mudando o comprimento de
onda;
raio X  comprimento de onda entre 10-10 e 10-8 m
raio γ  comprimento de onda abaixo de 10-11m
Não é afetada por campos elétricos ou magnéticos;
Velocidade igual a da luz 300.000km/s;
Altíssimo poder de penetração;
Atravessa milhares de metros de ar;
São necessários 5 cm de chumbo ou concreto para se proteger;
São utilizadas no combate ao câncer e esterilização de alimentos;
A emissão gama costuma ocorrer simultaneamente com as emissões alfa e
beta.

15.  Principais diferenças entre os raios: poder de
penetração e desvio.
a
b g
Material
radioativo

16. Aplicações da Radioatividade
Alimentos
Irradiados

17. Aplicações da Radioatividade
Radioterapia

18. Aplicações da Radioatividade

19. Aceleradores : como funcionam

20. Aceleradores de Partículas
CERN , em Genebra
(Suíça)
O anel externo tem
um diâmetro de 6 km

21. Aceleradores de Partículas
FERMILAB, em
Chicago(EUA)
O anel externo tem
um diâmetro de
6,3 km

22. DESINTEGRAÇÕES
RADIOATIVAS
 MEIA VIDA
É o tempo que leva
para que a metade dos
núcleos de
determinada amostra
radioativa sofra
decaimento, isto é, se
desintegre.
Isótopo radioativo
Criptônio (Kr – 93)
Urânio (U – 239)
Iodo (I – 131)
Carbono (C – 14)
Plutônio (Pu – 239)
Urânio (U – 238)
Tempo de meia vida
1,3 segundos
23,5 minutos
8 dias
5.730 anos
24.000 anos
45.000.000.000 anos

23. GRÁFICO DE MEIA VIDA

24. Meia-vida
Tempo necessário para que a atividade
radioativa de uma amostra seja reduzida à
metade da atividade inicial.

25. Meia-vida
Tempo necessário para que a atividade
radioativa de uma amostra seja reduzida à
metade da atividade inicial.

26. Camadas Eletrônicas ou
Níveis de Energia
A coroa ou eletrosfera está dividida em 7 níveis ou camadas designadas
por K, L, M, N, O, P, Q ou pelos números: n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,
respectivamente.
O número de camada é chamado número quântico principal (n).
Número máximo de elétrons em cada nível de energia:
NÚCLEO
ELETROSFERA
NÚCLEO: Contém Prótons e Nêutrons.
ELÉTROSFERA: Contém Elétrons.

28. PARTÍCULAS ATÔMICAS
NÚCLEO ELETROSFERA
NÚCLEO: Contém Prótons e Nêutrons.
ELÉTROSFERA: Contém Elétrons.
Partículas Carga Relativa Massa Relativa
Prótons + 1 1
Nêutrons 0 1
Elétrons - 1 1/1840

29. Número Atômico (Z) = É o número correspondente à carga nuclear, ou
seja, o número de prótons existente no núcleo.
Número Massa (A) = É o número correspondente à soma das
quantidades de prótons e de nêutrons existentes no núcleo.
Z = p
Z = Número Atômico.
p = Número de Prótons.
A = p + n
A = Número de Massa.
p = Número de Prótons.
n = Número de Nêutrons.
REPRESENTAÇÃO DO
ÁTOMO
222Rn
88

30. NÚMERO ATÔMICO E MASSA ATÔMICAS
ÁTOMO DE
HIDROGÊNIO
ÁTOMO DE HÉLIO ÁTOMO DE SÓDIO
1 Próton
Nenhum Nêutron
1 Elétron
2 Prótons
2 Nêutrons
2 Elétrons
11 Prótons
12 Nêutrons
11 Elétrons
Número Atômico = 1
Número Massa = 1
Número Atômico = 2
Número Massa = 4
Número Atômico = 11
Número Massa = 23

31. Leis da Radioatividade
1a Lei (Soddy)
226 Ra 4 + 222 Rn
88 2 86

32. 2a Lei (Soddy, Fajans e Russel)
1n 1p + 0 e + 0p
0 +1 -1 0
BETA ANTINEUTRINO
234 Th 234 Pa + 0
90 91 -1
Tório Protactínio Beta

33. Medindo a Radioatividade
Contador de Geiger-Müller
Detector proporcional a gás
Câmara Proporcional

34. Medindo a Radioatividade
Contador de Geiger-Müller

35. A Radioatividade do Cotidiano
Alimentos: 25 mrem(*)
por ano
(*) mrem = 1/1000 rem
rem é uma unidade de dose de radiação
ionizante que produz o mesmo efeito
biológico de uma unidade de dose de raios-X

36. A Radioatividade do Cotidiano
Radiografia dentária:
20 mrem cada
Energia solar:
11 mrem por ano

37. A Radioatividade do Cotidiano
Área num raio de 1 km de uma
usina nuclear: 5 mrem por ano

38. Irradiação e Contaminação
Irradiação é a exposição
de um objeto ou um
corpo à radiação, o que
pode ocorrer à distância,
sem necessidade de
contato.
Irradiar não significa contaminar.

39. Irradiação e Contaminação
Contaminação, radioativa ou não,
caracteriza-se pela presença indesejável de
um material em local onde não deveria
estar.
No caso de materiais radioativos, a
contaminação gera irradiações. Para
descontaminar um local, retira-se o
material contaminante.
IRRADIAÇÃO NÃO CONTAMINA,
MAS CONTAMINAÇÃO IRRADIA.

40. PERIGOS
O grande perigo da radiação reside no fato de uma pessoa não as sentir de
imediato (exceto em grande dosagem).
Quatro fatores devem ser considerados:
 o tipo de radiação que enfrentamos;
 a velocidade de desintegração;
 a energia das partículas emitidas;
 o tempo de exposição às radiações.
Dose (rem)
0 – 25
25 – 50
100 – 200
> 500
Efeito de um exposição rápida
Não há efeito fisiológico detectável
Diminuição ligeira e temporária de glóbulos brancos no sangue
Náusea, grande diminuição de glóbulos brancos
Morte de 50% dos pacientes em 30 dias

41. FISSÃO NUCLEAR
 Em 1938 Otto Hahn e Fritz Strassmann bombardearam urânio com
nêutrons.
 Este átomo se quebra em fragmentos menores liberando grande energia.
 A quantidade de energia envolvida na fissão nuclear motivou os estudos.
 O urânio-235 produz nêutrons depois da fissão que irá provocar novas
reações com outros átomos de urânio  REAÇÃO EM CADEIA.
 Deve haver uma quantidade mínima de urânio-235 para a reação ocorrer
satisfatoriamente  MASSA CRÍTICA.
 A energia liberada na fissão de 1g do urânio-235 equivale a queima de 6
toneladas de carvão (2,0 . 10 10 cal).
 O plutônio-239 libera 20% mais de energia que o urânio-235.

42. Fissão Nuclear

43. Fissão Nuclear: a Reação em Cadeia

44. Fissão Nuclear
n + 235U 141Ba + 92Kr + 3(4) n + ~200 MeV

45. Energia Liberada
A fissão completa de 1kg de 235U libera
aproximadamente 8 x 1013 joules,
suficiente para ferver 270 milhões de
litros de água.

46. REATORES NUCLEARES
 É um sistema em que é realizada a fissão nuclear de forma controlada,
com a finalidade de obter-se energia elétrica.
 Um usina nuclear não pode explodir como uma bomba atômica, pois a
quantidade de material utilizado é sempre inferior a massa crítica.
 O primeiro reator foi construído por Enrico Fermi, em 1942, na
Universidade de Chicago.
 O reator é constituído:
 material que sofrerá fissão (urânio enriquecido);
 um moderador (responsável pelo controle da velocidade dos
nêutrons produzidos);
 um blindagem, para proteger os funcionários;
 água para resfriar o sistema.

47. Controle da Fissão nos Reatores
A reação acontece dentro
de varetas que compõem
o elemento combustível.
Dentro dele há também
barras de controle - feitas
de material que absorve
nêutrons, controlando o
processo.
Quando as barras
"entram totalmente" no
elemento combustível, o
reator pára; quando
saem, ele é ativado.

48. ESQUEMA DO REATOR NUCLEAR

49. A Usina de Angra I

50. PRODUÇÃO DE ENERGIA

51. FUSÃO NUCLEAR
 É o nome dado à união de núcleos pequenos para formar um único
núcleo maior.
 A fusão nuclear de 1g de hidrogênio produz cerca de 9 vezes a energia
liberada na fissão nuclear de 1g de urânio-235.
 Ocorrer em temperaturas muito altas (entre 10 milhões e 100 milhões
de graus Celsius).
 Ocorre no Sol.
1H1  2He4 + 2 +1e0 (pósitrons)
 A aplicação da fusão nuclear foi chamada de bomba de hidrogênio.
 É necessário uma bomba atômica como a de Hiroshima para dar início
a reação.

52. Fusão Nuclear

53. Fusão Nuclear

54. Energia Liberada
A fusão completa de 1 kg de
deutério na reação
2H + 2H 3H + n
libera aproximadamente 1014
joules.

55. O Sol é um grande reator de fusão nuclear
Fusão Nuclear

56. ACIDENTES NUCLEARES

57. ACIDENTES
 Usina Nuclear de Three-Mile Island (EUA)
 Data: 28 de março de 1979
 Falha no sistema de refrigeração
 Quantidade de radiação que
escapou é desconhecida
 Nenhuma morte
 200 000 pessoas foram evacuadas
num raio de 70km ao redor do
reator

58. ACIDENTES
 Usina Nuclear de Chernobyl (URSS)
 Data: 26 de abril de 1986;
 Incêndio na carbono (moderador),
no reator e no prédio;
 Dezenas de pessoas morreram
na hora;
 135 000 pessoas foram evacuadas
de suas casas num raio de 30km;
 A nuvem radioativa passou por
vários paises da Europa

59. ACIDENTES
 Acidente em Goiânia (Brasil)
 Data: setembro de 1987;
 Dois catadores de papéis encontraram uma cápsula de césio-137
 A cápsula era de chumbo e pesava cerca de 100kg;
 Brilha no escuro;
 No primeiro mês 4
pessoas morreram;
 Muitos fazem
tratamentos até hoje.
 No local do acidente foi fun-
dado em 1997, o Centro Regio-
nal de Ciências Nucleares
do Centro Oeste (CRCN-CO).

60. BOMBAS ATÔMICAS
 Em 6 de agosto de 1945, foi lançado uma bomba atômica contendo
urânio sobre a cidade de Hiroshima, no Japão.
 O avião que a transportava chamava-se ENOLA GAY e a bomba
LITTLE BOY.
 A bomba explodiu 500m antes de atingir o solo. Morreram cerca de
80000 pessoas só na explosão.
 A temperatura atingida foi superior a 3000ºC.
 Nuvem preta de poeira e cinzas
 Muitos bebiam água da chuva (negra) que caiu
 Até hoje existem pessoas com problemas de saúde decorrente da
bomba.

61. BOMBAS ATÔMICAS
 Em 9 de agosto de 1945 é lançada
em Nagasaki um bomba atômica
de plutônio. (FAT MAN).
 O alvo não é atingido
adequadamente.
 Morrerem 35000 pessoas
instantaneamente.

62. BOMBAS ATÔMICAS
 O Japão se rende incondicionalmente
 É o fim da Segunda Guerra Mundial.
 A Segunda Guerra Mundial ocorria somente na
Europa, com as invasões Nazistas.
 Os japoneses atacaram PEARL HARBOR
 Os KAMIKAZE
 Os Estados Unidos entram na guerra