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Radiação - convivendo com o perigo (MA015)

O maior perigo que a radiação atômica apresenta é que ela pode estar presente neste instante em nossa casa, nosso local de trabalho, ou nas ruas em que transitamos e não podemos perceber isso senão depois que algo acontece. Objetos radioativos, como o encontrado num ferro-velho de Goiânia, num caso bem conhecido, mostra que não temos meio algum de saber se alguma coisa que manuseamos ou um local em que estejamos tenha radioatividade num nível que possa ser perigoso, a não ser por meios especiais. O perigo que isto representa e como a eletrônica é usada para detectar radiação será o assunto deste interessante artigo que tanto pretende dar uma base técnica para os leitores da área como fazer um alerta para o perigo que a radioatividade natural ou artificial pode representar para todos.

 

 

A cada instante estamos sendo atravessados por partículas sub-atômicas que podem ou não causar algum tipo de dano ao nosso corpo, e sem que tenhamos consciência disso.

Na verdade, a quantidade de células de nosso corpo que sofre alterações ou é destruída é muito pequena, de modo que, pela radiação natural a que estamos sujeito, somente em casos muito raros podem ocorrer danos.

O que ocorre é que a terra está constantemente sendo bombardeada por partículas que vem do espaço resultante de processos cósmicos que ocorrem no interior das estrelas ou mesmo nas galáxias distantes (algumas funcionam como ciclotrons ou aceleradores de partículas, lançando-as com maior intensidade em determinadas direções). Além das partículas que vem do espaço as próprias rochas que compõem nosso planeta possuem composições tais que resultam num certo nível de radioatividade.

Mas, o que é a radioatividade?

Quando a matéria é excitada ou destruída, num processo de desintegração por exemplo, diversos tipos de partículas sub-atômicas são produzidas e lançadas em todas as direções, conforme mostra a figura 1.

 

 

Este tipo de radiação é formada por partículas elementares que fazem parte do núcleo atômico.

Nesta categoria podemos destacar a que consiste em núcleos de hélio, ou seja, grupos de dois prótons e dois neutros que formam o que denominamos de uma partícula alfa.

Esta partícula, por sua massa elevada, não tem grande penetração e por isso qualquer barreira como por exemplo uma simples folha de papel já consiste num obstáculo para sua passagem.

Uma outra partícula, de maior penetração é a formada por um elétron. Esta partícula, denominada beta, tem menor massa que a alfa, e por isso maior penetração. Ela pode atravessar com certa facilidade uma folha de alumínio, como mostra a figura 2.

 

 

Mas, as partículas mais perigosas são as denominadas ionizantes.

Este tipo de partícula não faz parte do átomo, sendo produzida por processos que envolvem trocas de energia nele.

Assim, quando um átomo é destruído, ou quando ele absorve e emite energia, tais partículas, que consistem em ondas eletromagnéticas, são produzidas.

São diversos os processos que ocorrem com as partículas atômicas resultam na produção de radiação eletromagnética. Esta energia é produzida na forma de "pacotes" elementares denominados "quanta".

Assim, quando um elétron salta de uma órbita de maior energia para uma de menor energia num átomo, este fenômeno é acompanhado pela emissão de um "quanta" de radiação eletromagnética, conforme mostra a figura 3.

 

 

O comprimento de onda e portanto a frequência da radiação emitida depende da quantidade de energia envolvida no processo. Maior quantidade de energia significa um quanta de maior frequência e portanto menor comprimento de onda.

Nos processos comuns temos a emissão de quantas energéticos na faixa do infravermelho, luz visível e mesmo ultravioleta e a eletrônica se aproveita deste fenômeno para construir diversos dispositivos como os LEDs, Lasers, etc.

 

 

Mas, na faixa do infravermelho, visível e ultravioleta, a energia que os "quanta" eletromagnéticos possuem não pode fazer "muitos estragos", por não ser muito grande.

No entanto quando chegamos a faixa do ultravioleta, esta energia já pode ser suficiente  para romper a ligação atômica que une átomos de uma molécula provocando sua decomposição. Este fato é usado em muitos tipos de rações químicas para sua aceleração ou mesmo produção.

Nos organismos, entretanto, esta radiação pode ter efeitos nocivos causando a destruição de células e mesmo alterações de suas moléculas, por exemplo do DNA, provocando câncer.

O câncer de pele é justamente causado pela destruição de ligações entre átomos em determinados pontos da cadeia que forma o DNA. A célula reage criando mecanismos de defesa, mas em alguns casos a reconstrução não pode ser feita e o DNA alterado da célula faz com que ela se reproduza de maneira irregular, dando origem ao câncer.

O furo na camada de ozônio, que é uma substância opaca aos raios ultravioletas produzidos pelo sol, e que portanto nos protege, é perigoso justamente por nos submeter a um tipo de radiação altamente nociva.

Este também é o motivo pelo qual os banhos de sol no horário entre 10 da manhã e duas da tarde devem ser evitados, pois estando o Sol mais alto, a penetração da radiação ultravioleta se faz com maior intensidade, conforme mostra a figura 5.

 

 

Mas, é acima da radiação ultravioleta, quando chegamos à faixa dos raios X que a coisa realmente se torna muito perigosa.

Os comprimentos de onda se tornam tão pequenos que a radiação consegue passar pelos espaços entre os átomos de uma molécula, ou seja, a radiação é mais penetrante e além disso possui energia suficiente para romper as ligações atômicas com grande facilidade, liberando elétrons.

Uma radiação deste tipo que penetre num tubo de gás rarefeito, por exemplo, consegue arrancar elétrons desse gás ionizando-o e tornando-o condutor. Este fato é justamente aproveitado pelos detectores eletrônicos de radiação do tipo Geiger que veremos mais adiante.

A faixa de frequências dos raios X é dividida em três setores, conforme mostra a figura 7, sendo os "duros" os de maior energia e portanto de maior penetração.

 

 

Quando se descobriu que bombardeando um eletrodo com um feixe de elétrons de alta energia havia a emissão de uma estranha radiação capaz de atravessar objetos, pensou-se na sua aplicação médica para se "ver" dentro do organismo.

De fato, os raios X passaram a ser uma importante forma de se observar o organismo "por dentro" pois sua radiação podia facilmente atravessar os "tecidos moles" impressionando as chapas, mas deixando uma sombra nos locais dos ossos, por onde sua passagem ocorria com dificuldade.

 

 

No entanto, o que não se percebeu na época é que a passagem da radiação pelo corpo também significava a destruição de muitas de suas células e hoje sabemos que isso ocorre de uma forma que não deve ser desprezada.

Apesar das chapas serem cada dia tiradas com menor energia, graças ao uso de filmes mais sensíveis, ainda assim, não se recomenda a utilização dos raios X em uma quantidade maior que 1 ou 2 por ano!

O que ocorre é que o efeito da radiação é cumulativo: muitas das células que são destruídas em nosso corpo numa simples chapa, nunca mais são repostas pelo nosso organismo!

Os próprios cinescópios de TV, nos primeiros anos da televisão, tinham um bom grau de emissão de raios X que logo foi percebido pelas autoridades que estabeleceram limites para isso.

Hoje, as técnicas e a legislação impedem que raios X sejam produzidos em quantidades perigosas pelos cinescópios de TV, mas mesmo assim a recomendação para se ver TV a mais de 2 metros de distância não deve ser desprezada...

Mas, além dos raios X e muito mais perigosos que eles, estão os raios gama e cósmicos que podem ter energias milhões ou bilhões de vezes maiores e que são produzidos por processos que envolvem a destruição dos átomos, ou seja, a desintegração atômica.

Tais raios possuem energias gigantescas e por isso um poder ionizante enorme.

O espaço cósmico é a fonte natural desta radiação que chega numa quantidade razoável em nosso planeta. Na verdade, o nosso corpo está sendo constantemente atravessado por estas partículas cujo comprimento de onda é tão pequeno, que elas podem passar pelos espaços entre os átomos e por isso, só raramente atingem seus núcleos produzindo sua destruição.

Assim, para muitas milhares dessas partículas que atravessam nosso corpo durante um ano, somente uma ou outro causa algum tipo de estrago numa célula ou outra.

Os cientistas acreditam que é este banho constante de radiação a que estamos submetidos e que lentamente age sobre nosso organismo é a causa de nosso envelhecimento.

Outros vão além, atribuindo a tal "banho" cósmico a causa de muitos cânceres que ocorrem quando "por azar" uma dessas partículas atinge justamente um ponto crítico do DNA de uma célula que, alterado a leva a uma reprodução descontrolada.

 

 

É importante notar , neste ponto, que as micro-ondas, como as produzidas no interior de fornos ou geradas por telefones celulares não estão incluídas nesta categoria de radiação.

As micro-ondas não tem energia suficiente para serem consideradas ionizantes. No entanto, se produzidas em grande quantidade, produzem um efeito completamente diferente que é o aquecimento dielétrico.

Essas ondas agitam os átomos de modo a haver conversão de sua energia em calor. Este é o processo segundo o qual os fornos cozinham os alimentados.

O perigo da submissão a este tipo de radiação em grandes doses está no aquecimento que pode afetar as células vivas de nosso organismo. No entanto, um telefone celular portátil não tem potência suficiente para representar risco, pelo menos pelos estudos atuais e nos tempos e potências usados, e da mesma forma, os fornos de micro-ondas possuem todos os recursos de proteção que evitam que sua radiação escape a ponto de causar algum tipo de perigo.

 

 

O PERIGO

Não podemos nos livrar da radiação cósmica que nos banha, pois ela pode atravessar obstáculos de espessura razoável, e está presente em qualquer lugar da terra com aproximadamente a mesma intensidade.

No entanto, existem outras fontes de radiação que são localizadas e que podem ser evitadas.

Uma delas, conforme já explicamos é a dos próprios raios ultravioletas provenientes do Sol que aparecem com maior intensidade em determinados locais de nosso planeta (graças à destruição da cama de ozônio) e em certos horários.

Outra forma de radiação é a de certas substâncias radioativas que estão espalhadas pela crosta terrestre e que portanto estamos sujeitos ã contactos diretos.

O urânio, o radio, o estrôncio são por exemplo substâncias que estão presentes em maior ou menor concentração em determinados locais.

Além disso, com o desenvolvimento da tecnologia atômica, o próprio homem passou a produzir substâncias radioativas e mesmo com o todo o cuidado que se toma, uma certa quantidade delas pode entrar em circulação no nosso meio ambiente e com isso causar-nos danos.

Basta lembrar o caso do Césio de Goiânia, em nosso país, para que vejamos como é frágil o controle sobre tais substâncias.

Um estudo realizado na Inglaterra, mostra que grande parte dos problemas que ocorrem pela exposição excessiva à radiação vem de fontes não naturais.

A revista Eletronics Today International, por exemplo, publicou o gráfico abaixo, em que mostra bem o que ocorre naquele país.

 

 

Mas, como determinar a dose de radiação a que uma pessoa pode ser exposta sem perigo?

Os efeitos da radiação são cumulativos. Da mesma forma são imprevisíveis.

Uma pessoa pode ser atravessada por milhões e milhões de partículas ionizantes e nada de grave lhe ocorrer além da destruição de algumas células que podem ser reposta.

No entanto, um "azarado" pode ter uma única partícula atravessando seu corpo e que lhe acerte justamente num ponto crítico do DNA de uma célula de sua medula e lhe cause um câncer!

A medida do que seria uma dose perigosa de radiação pode ser feita de diversas formas.

A primeira unidade para medir radiação foi estabelecida em 1924 e foi denominada Röentgen.

Esta unidade correspondia à quantidade de íons que eram liberados por unidade de volume de ar pela passagem das partículas ionizantes.

Em termos de perigo para os seres vivos, uma unidade mais própria é o Gray (abreviado por Gy). Um Gray (1 Gy) corresponde à quantidade de radiação absorvida por um tecido vivo que gera a deposição de uma energia de 1 joule (1 J).

No entanto, esta unidade ainda não permite a avaliação do risco que representa, havendo para isso uma unidade mais apropriada e que é utilizada atualmente.

Esta unidade é o Sievert (abreviado por Sv) que indica também, mas de uma maneira mais própria a quantidade de energia gerada num tecido pela absorção da radiação e que portanto está relacionada com seu potencial destruídos ou de perigo.

As unidades em questão podem ser relacionadas com algumas unidades antigas (rem e rad) mais conhecidas da seguinte maneira:

1 Sievert = 100 rem

1 Gray = 100 rad

1 rad = 100 ergs por grama de tecido

1 rad = 0,01 Gray

 

Mas, se podemos medir a radiação, podemos com certa facilidade (desde que hajam recursos e vontade política) determinar com facilidade onde estão os pontos de perigo, evitando que pessoas sejam expostas.

Um estudo interessante nos mostra que existem em nosso planeta diversos pontos "quentes" em que a radiação natural pode ser considerada acima o normal e que portanto as pessoas que vivem em tais lugares ou passam por eles estão submetidas e uma condição de perigo em potencial.

O próprio leitor certamente já passou por estas "zonas" de perigo e não notou absolutamente nada. Quem talvez tenha reclamado (sem resultados visíveis, por enquanto é claro) foi seu organismo com algumas células a mais alteradas ou destruídas...

 

 

Mas, antes que o leitor se apavore mais (quem sabe, ao ler esta revista, nosso amigo leitor não está justamente no meio de uma delas!...) vamos citar algumas delas, com base em indicações que não são nossas mas obtidas em fontes estrangeiras bastante confiáveis...

Conforme vimos, a atmosfera terrestre representa uma certa proteção para a radiação que vem do espaço, o que quer dizer que "aqui em baixo" temos um nível de radiação menor do que no espaço.

Partindo então do nível do mar, onde temos um nível de radiação pequeno, entre 0,2 e 0,4 Sv/m, este nível vai aumentando.

A tabela abaixo mostra o que ocorre:

 

 

Entre 80 e 400 km de altura devemos lembrar que existe um "cinturão de radiação" ou camada de Van Allen e nela o nível de radiação pode chegar a 15 000.

Esta claro então que os passageiros dos aviões, quando em suas viagens ficam por algumas horas num "ponto quente" de radiação. Veja que a dose absorvida numa viagem de 10 horas é a mesma que se recebe no nível do mar em 4 meses!

Um outro caso de pontos quentes a serem considerados ocorre em determinadas regiões de nosso planeta onde existem jazidas de materiais radioativos ou ainda alto teor desse materiais.

Na Europa é comum encontrar em regiões rurais casas que são construídas com pedras obtidas na própria região. Constatou-se numa pesquisa que estas casas possuem um elevado nível de radiação natural devido a presença do gás radônio.

O radônio é um gás resultante da decomposição natural do urânio e possui um razoável teor de radioatividade. Este gás se mantém preso na rocha impermeável, mas a radiação que ele produz pode facilmente atravessar o material com um perigo em potencial.

Em alguns casos, os pesquisadores encontraram um nível de radiação suficientemente elevado para recomendar que pessoas não habitassem o local!

Uma revista inglesa em artigo sobre o assunto cita um perigoso "ponto quente" em nosso país e que talvez não tenha merecido a devida atenção das autoridades.

Como sabemos, existem no Espírito Santo regiões ricas em monazita que é um minério de onde pode ser extraído o urânio e que portanto na sua forma natural o contém de forma bastante diluída.

No entanto, mesmo com a enorme diluição em que esse minério se encontra, o nível de radiação numa região que o contenha não pode ser considerado normal.

Tanto é, que a revista ETI (Electronics Today International) em sua edição de outubro de 1992 afirma em artigo sobre os perigos da radioatividade que na rua principal de Guarapari, o nível de radiação chega a 15 mS o que é 50 vezes mais do que se pode considerar normal em qualquer outra parte!

Segundo a mesma revista, os níveis de radioatividade nas praias daquela região é ainda maior.

Gostaríamos, neste ponto, indagar se alguma vez foi feito algum estudo no sentido de se determinar se naquela cidade não haveria uma incidência maior de doenças que possam ser causadas pela radioatividade, pois nós, pessoalmente, nunca tivemos notícia disso.

É interessante observar que durante muito tempo as areias monazíticas do Espírito Santo sempre foram citadas pelas suas propriedades curativas havendo muitas pessoas que até hoje as procuram com a finalidade de se livrar de muitos males.

De fato, os danos causados pela radioatividade podem até não ocorrer a curto prazo, e eventuais propriedades químicas curativas podem até justificar a utilização da areia, mas quem pode afirmar qual predomina?

 

 

CONCLUSÃO

É importante ressaltarmos que ninguém deve se apavorar com a leitura desse artigo, deixando imediatamente de visitar as belas praias de Guarapari ou mesmo mudar-se daquela cidade.

Os níveis de radiação indicados ainda são baixos em termos gerais, haja visto que ainda são menores do que os que ocorrem quando num vôo comercial.

O que ocorre é que a exposição contínua à radiação em tais níveis não causa o câncer mas simplesmente aumenta a probabilidade de que ele ocorra.

Muito mais perigoso do que o nível de radiação natural é a possibilidade de entrarmos em contacto com concentrações elevadas de materiais radioativos resultante do extravio ou manuseio indevido de objetos que os contenham.

O caso do Césio de Goiânia é um exemplo que nos leva a um estado de atenção permanente.

Muitas empresas pagam para que seus resíduos sejam recolhidos e não se importam com o fim que lhes seja dado. Mais que isso, nem sempre informam as empresas que fazem este serviço que espécie de material estão transportando.

Assim, a possibilidade de que lixo contendo material radioativo seja depositado em qualquer lugar e chegue a ser manuseado por pessoas existe num nível preocupante.

O pior de tudo é que, como alertamos neste artigo, não temos meios de saber se um material é ou não radioativo a não ser quando seja muito tarde.

Sugerimos aos leitores que se mantenham atentos quanto à deposição de material suspeito em terrenos baldios ou lixões e que não manuseiem qualquer objeto de origem desconhecida.

 


MEIA VIDA

Em física nuclear o conceito de meia vida é muito importante para se determinar a radioatividade de um elemento.

Os diversos elementos são radioativos porque seus átomos se desintegram, emitindo desta forma partículas das quais já falamos no início deste artigo.

No entanto, se pegarmos um pedaço de um material qualquer radioativo não podemos dizer quais átomos vão se desintegrar num determinado instante, dentre a imensa quantidade que o compõem, mas podemos, por meio de um estudo estatístico dizer quantos deles vão se desintegrar.

Assim, pela desintegração constante dos seus átomos, a quantidade do material vai se reduzindo até que ele, num tempo indeterminado desaparece.

Na verdade, como a desintegração ocorre sempre com uma porcentagem dos átomos, temos um fenômeno bastante interessante que merece ser analisado.

Se 50% dos átomos de um material se desintegrarem em 1 ano, isso significa que depois deste intervalo de tempo, a quantidade inicial terá sido reduzida à metade.

Depois de mais um ano, novamente 50% do que restou se desintegra e agora teremos metade da metade. O processo continuará sempre, com a quantidade no final de cada ano se reduzindo à metade da que era no ano anterior.

Uma pergunta aparentemente simples pode ser feita então: depois de quantos anos o material desaparece por completo?

 

 

Se o leitor "chutou" qualquer número, provavelmente errou.

O que ocorre é que, se ao final de cada ano resta metade do que havia no início, isso significa que, por mais tempo que passe, no final do ano teremos ainda uma certa quantidade: metade do que havia no anterior e portanto o material não desaparece.

É claro que, na verdade, vai chegar o instante em que teremos apenas um átomo do material e quando chegar sua vez a matéria desaparece por completo, mas se levarmos em conta que um simples mol de um elemento radioativo contém 6,02 x 10 elevado a 23 átomos, o leitor pode perceber que isso normalmente não ocorre logo.

Tudo isso significa que, quando falamos de um material radioativo é interessante expressar a velocidade de sua desintegração em termos de "meia vida", ou seja, o intervalo de tempo necessário para que uma certa quantidade (qualquer) se reduza à metade.

Mas, para nós que estamos sujeitos aos efeitos da radiatividade dos materiais o que apavora é o valor dos tempos obtidos para os elementos mais comuns.

A tabela abaixo dá uma idéia do perigo em potencial que um elemento radioativo perdido no nosso meio pode causar em termos de tempo de atuação:

 

Os números entre parêntesis são os números de massa dos isótopos considerados, ou seja, a soma do número de prótons com o de neutrons.

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