Física nuclear

1. Introdução
Aplicações da física nuclear na indústria de alimentos
A cada dia, novas técnicas nucleares são desenvolvidas nos diversos
campos da atividade humana, possibilitando a execução de tarefas impossíveis
de serem realizadas pelos meios convencionais. A medicina, a indústria,
particularmente a farmacêutica, e a agricultura são as áreas mais beneficiadas.
Os isótopos radioativos ou radioisótopos, devido à propriedade de emitirem
radiações, têm vários usos. As radiações podem até atravessar a matéria ou
serem absorvidas por ela, o que possibilita múltiplas aplicações. Mesmo em
quantidades cuja massa não pode ser determinada pelos métodos químicos, a
radiação por eles emitida pode ser detectada. Pela absorção da energia das
radiações (em forma de calor) células ou pequenos organismos podem ser
destruídos. Essa propriedade, que normalmente é altamente inconveniente para
os seres vivos, pode ser usada em seu benefício, quando empregada para
destruir células ou microorganismos nocivos. A propriedade de penetração das
radiações possibilita identificar a presença de um radioisótopo em determinado
local.
Através dessas técnicas é possível acompanhar, com o uso de traçadores
radioativos, o metabolismo das plantas, verificando o que elas precisam para
crescer, o que é absorvido pelas raízes e pelas folhas e onde um determinado
elemento químico fica retido. Uma planta que absorveu um traçador radioativo
pode, também, ser “radiografada”, permitindo localizar o radioisótopo. Para isso,
basta colocar um filme, semelhante ao usado em radiografias e abreugrafias,
sobre a região da planta durante alguns dias e revelá-lo. Obtém-se o que se
chama de auto-radiografia da planta.
A técnica do uso de traçadores radioativos também possibilita o estudo do
comportamento de insetos, como abelhas e formigas. Ao ingerirem

2. radioisótopos, os insetos ficam marcados, porque passam a “emitir radiação”, e
seu “raio de ação” pode ser acompanhado. No caso de formigas, descobre-se
onde fica o formigueiro e, no caso de abelhas, até as flores de sua preferência.
A “marcação” de insetos com radioisótopos também é muito útil para
eliminação de pragas, identificando qual predador se alimenta de determinado
inseto indesejável. Neste caso o predador é usado em vez de inseticidas nocivos
à saúde.
Outra forma de eliminar pragas é esterilizar os respectivos “machos” por
radiação gama e depois soltá-los no ambiente para competirem com os normais,
reduzindo sua reprodução sucessivamente, até a eliminação da praga, sem
qualquer poluição com produtos químicos. Em defesa da alimentação e do meio
ambiente, pode-se, também, determinar se um agrotóxico fica retido nos
alimentos ou quanto vai para o solo, para a água e para a atmosfera.
Ainda no campo dos alimentos, o uso da irradiação é um método eficiente
para inibir a maturação de algumas frutas e legumes através de alterações no
processo fisiológico dos tecidos vegetais presentes e impede a multiplicação de
microrganismos que causam a deterioração do alimento, pela alteração de sua
estrutura molecular, o que permite prolongar a validade de alguns produtos.
Também promove a desinfestação de grãos e cereais e a esterilização de
produtos sem a necessidade de aquecimento.
Em processos que utilizam radiação nuclear, as principais emissões
empregadas são as do tipo α, β, γ, nêutrons e raios X. Por possuírem alta
energia, os nêutrons não são utilizados nos processos de irradiação de
alimentos por serem potenciais formadores de elementos radioativos, efeito
indesejável neste caso. Partículas α e β também não são utilizadas para
irradiação por possuírem um baixo poder de penetração, razão pela qual a
radiação γ de alta energia e, em alguns casos, os raios X são preferidos. Um
inconveniente na utilização de raios X para irradiação é o baixo rendimento
relacionado à produção dos mesmos: somente cerca de 4% da energia
necessária à produção se converte efetivamente na radiação desejada. Quando

3. a matéria é atravessada por qualquer forma de radiação ionizante, pares de íons
são produzidos e átomos e moléculas são excitados, havendo absorção de parte
dessa energia transferida. Estes pares iônicos podem ter energia suficiente para
produzir novas ionizações e excitações, as quais são as responsáveis pelos
efeitos biológicos das radiações. Os efeitos da radiação não podem ser descritos
de maneira geral, para todos os organismos, uma vez que esses efeitos estão
relacionados com a natureza do organismo e, principalmente, com a sua
complexidade. A correlação da sensitividade à irradiação é, de maneira geral,
inversamente proporcional ao tamanho do organismo. O processo de irradiação
é influenciado pela temperatura, umidade e tensão de oxigênio do meio, assim
como pelo estado físico do material a ser irradiado. A eliminação de
microorganismos depende também do meio em que se encontram, e da idade
fisiológica das células. Por este motivo, para cada produto a ser irradiado são
estabelecidos procedimentos específicos, inclusive diferentes doses de
radiação.
Normalmente o elemento utilizado para irradiar o alimento é o cobalto 60
ou o césio 137. O alimento costuma ficar exposto a essa fonte de radiação, mas
sem ter contato direto com tal elemento. Além disso, essa radiação é controlada,
ou seja, acontece por um tempo prefixado e com objetivos bem determinados.
Por exemplo, se o alimento for submetido a uma radiação de 200 000 a
500 000 rad, ocorre a pasteurização do alimento, ou seja, ele vai ter mais tempo
de conservação, mas desde que seja guardado em embalagens especiais ou em
baixas temperaturas. No entanto, se essa radiação for maior, entre 2 e 4 milhões
de rad, ocorre o que é chamado de esterilização, sendo que o alimento poderá
ser conservado por mais tempo mesmo em temperatura ambiente
Outro fator que aumenta o seu tempo de conservação é que a radiação
pode alterar a estrutura molecular das frutas e legumes e inibir sua maturação
por alterar processos fisiológicos das plantas.
Esta técnica vem sendo utilizada faz alguns anos. Nos EUA, desde 1963
o governo aprovou a irradiação de trigo e farinha de trigo para consumo
humano. Depois fez o mesmo em relação à batata, presunto e produtos em

4. geral.
Em geral, o processo de irradiação acarreta alterações químicas mínimas
nos alimentos, mas nenhuma das alterações conhecidas é nociva ou perigosa,
motivo pelo qual a Organização Mundial da Saúde (OMS) recomenda a
aplicação e o uso da irradiação de alimentos.
Mas muitas organizações não-governamentais e instituições científicas
com maior grau de independência não aprovam o uso da energia nuclear em
alimentos, afirmam que a irradiação destrói vitaminas, proteínas e carboidratos e
acreditam que esta aplicação não é segura, podendo causar alterações
celulares. Além disso, também se provou que há um nível alto de morte intra-
uterina em camundongos cuja alimentação continha alimentos irradiados.
Assim como revelam as pesquisas, ainda não está certo que alimentos
irradiados são seguros, sendo necessárias mais pesquisas nesta área
Vantagens:
Um atributo importante refere-se à economia de energia requerida pelo
processo de esterilização, cerca de 50 vezes mais eficiente
energeticamente que a maioria dos métodos tradicionais;
Menor emissão de gás carbônico necessário à geração de energia para
tal processo;
A ionização é o único processo de preservação de alimentos que permite
que todos estes efeitos sejam obtidos simultaneamente;
Ao contrário das técnicas convencionais, alimentos irradiados podem ser
consumidos imediatamente após a ionização.
Desvantagens:
Os alimentos irradiados podem apresentar modificações em seu sabor e
aroma, de acordo com a dose de radiação utilizada;
Se os micro-organismos não forem suscetíveis à radiação, não serão
degradados;

5. Alguns materiais das embalagens submetidas à ação da radiação podem
sofrer degradação e contaminar o produto;
A radiação somente atingirá o material de forma homogênea de acordo
com o formato da embalagem do produto;
Alimentos com alto teor de gordura não podem ser irradiados porque
podem passar pelo processo de rancificação;
A irradiação é um procedimento pós-colheita, e por isso não dispensa o
uso de agrotóxicos no cultivo dos produtos, apesar de substituir aditivos
como conservantes e alguns estabilizantes nocivos à saúde.
Sonda de Nêutrons
A determinação da umidade do solo é de extrema importância para a
agricultura, umas das técnicas utilizadas para este fim é a moderação de
nêutrons. Esta baseia-se na perda de energia dos nêutrons rápidos, devido a
colisão com os núcleos leves do sistema solo-água-ar.
O processo consiste em uma fonte de nêutrons rápidos introduzida em
uma massa de material, por exemplo o solo. O movimentos dos nêutrons
rápidos irá formar uma nuvem (esfera de influência) de formato esférico, porém
suas dimensões são incertas. Esta última será determinada de acordo com a
quantidade de água no solo (IAEA,2003).
Sonda de nêutrons
Segundo dados teóricos, um dos átomos com maior poder de moderação
dos nêutrons é o hidrogênio. Como a água é formada principalmente por este

6. elemento, quanto maior a quantidade de água no solo, maior a probabilidade de
encontrar nêutrons na nuvem ao redor da sonda. Assim, é possível detectar-se
um número maior de nêutrons térmicos.
O equipamento é formado por duas partes: sonda e blindagem e um
sistema de contagem eletrônica. A sonda trata-se de um cilindro entre 3 a 4 cm
de diâmetro e 20 a 40 cm de comprimento que é formado pelos seguintes
componentes:
Fonte nêutrons rápidos de
241
Am-
9
Be;
Detector de nêutrons lentos;
Pré-amplificador.
A fonte de nêutrons rápidos é constituída por uma mistura de um emissor
de partículas alfa, por exemplo amerício e rádio, e um pó fino de berílio. Quando
as partículas alfa bombardeiam os núcleos de berílio ocorre a seguinte reação
nuclear:
Os nêutrons emitidos possuem energias variáveis entre 0 e 14 MeV.
Ainda, uma das partes mais importantes da sonda é a blindagem. Atualmente,
as sondas permitem que o operador tenha uma exposição segura a radiação,
apresentando níveis de emissão permitidos pela lei quando a mesma esteja
dentro da blindagem. O material de blindagem utilizado para os raios gama é o
chumbo, já para os nêutrons rápidos trata-se da parafina ou polietileno.
Próximo a fonte de nêutrons rápidos há um detector de nêutrons lentos,
como por exemplo o trifluoreto de
10
B ou
3
H. Os impulsos eletrônicos que saem
do detector são pré-amplificados dentro da sonda. Somente estes são enviados
para o sistema eletrônico de contagem através de um cabo que conecta ambas
as partes.
O sistema eletrônico de contagem pode variar de acordo com o tipo de
sonda, porém todos eles contam com um amplificador, uma fonte de alta

7. voltagem, um contador, um relógio, bateria recarregável e um microprocessador.
Como a emissão de nêutrons é um processo aleatório, o tempo de contagem é
de extrema importância para a precisão dos resultados, assim, as sondas
apresentam várias opções de contagem. Cada unidade de contagem
corresponde a um nêutron lento que alcançou o detector, então, o
microprocessador converte os dados para contagens por minuto. Em sondas
mais modernas, os resultados são apresentados em umidade (%) ou altura de
água armazenada em uma camada de solo (IAEA,2003).
Sonda de Nêutrons em Funcionamento
As vantagens da técnica são:
Natureza não destrutiva;
Permite a obtenção de valores de umidade no solo no mesmo ponto e a
qualquer tempo;
Medidas rápidas e precisas;
A capacidade da sonda se estende a solos bem secos, o que é limitação para
outros equipamentos
O método também apresenta certas desvantagens, como:
Custos do equipamento;
Fonte radioativa;
Necessidade de adequar as leis vigentes;
Não é recomendado para solos com alto teor de matéria orgânica.

8. Referências
Centro de Energia Nuclear na Agricultura. Disponível em: HYPERLINK "http://
www.cena.usp.br"http://www.cena.usp.br. Acessado em: 28 de nov. 2016.
Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares. Disponível em: HYPERLINK
"https://www.ipen.br/portal_por/portal/interna.php?secao_id=731"https://
www.ipen.br/portal_por/portal/interna.php?secao_id=731. Acessado em: 28 de
nov. 2016.
Domarco, X. et al. EFEITOS DO TRATAMENTO COMBINADO DE IRRADIAÇÃO
GAMA E REFRIGERAÇÃO NO CRESCIMENTO DE LEVEDURA
(Saccharomyces cerevisiae Hansen) EM SUCO DE LARANJA. Scientia Agricola,
v.3,p.53,1996.
SANTOS, A.F.; VIZEU, D.M.; DESTRO, M.T. et al. Determinação da dose de
radiação gama para reduzir a população de Salmonella spp. em carne de frango.
Cienc. Tecnol. Aliment., v.23, p.200-205, 2003.
International Atomic Energy Agency. Sondas de Neutrones y gamma: Sus
aplicaciones en agronomía. Disponível em: HYPERLINK "http://
www.pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/TCS-16S-2_web.pdf" http://
www.pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/TCS-16S-2_web.pdf. Acesso em: 8
de dez. 2016.