Radioactividade – um processo natural reproduzido pelo Homem

Cláudia Fulgêncio
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A emissão de partículas ou energia por núcleos instáveis, pode ser hoje conseguida pelo Homem. Mas a população sempre esteve, e continuará a estar, exposta à radioactividade natural, da qual o radão é um dos exemplos mais importantes.

A radioactividade foi descoberta em 1896, pelo físico francês Henri Becquerel, que verificou acidentalmente que um sal duplo de urânio e potássio emitia radiação invisível, capaz de escurecer uma placa fotográfica.

Esta propriedade de certos elementos consiste na emissão de partículas e/ou energia por parte de um núcleo instável de átomos, ao sofrerem um processo de decaimento. Por norma, os núcleos mais estáveis são aqueles que possuem aproximadamente o mesmo número de neutrões e de protões. No entanto, nos núcleos mais pesados esta linearidade não é assim tão simples, e o que se verifica é que estes núcleos tendem a sofrer processos de decaimento para compensar o excesso de nucleões, produzindo um ou mais núcleos em condições mais estáveis e menos energéticas, pois também é libertada energia. Neste processo são libertadas partículas, que vão constituir a chamada radiação, e que caracterizam um determinado elemento radioactivo.

Existem vários tipos de emissões radioactivas, consoante a velocidade, a forma como são afectadas por um campo magnético e a capacidade de penetrar na matéria. A radiação alfa envolve a libertação de partículas alfa, que não são mais do que um núcleo de hélio, que interage com os electrões do meio ou do material que encontra, sendo facilmente detida. Na radiação beta, uma das formas mais comuns de desintegração consiste na transformação de um neutrão num protão, libertando-se um electrão. Para as partículas beta a penetração é bastante superior que para as alfa, pois as velocidades atingidas pelas partículas são 100 vezes superiores. A radiação gama resulta da emissão de partículas gama, devido à reorganização da estrutura do nuclido, com vista a atingir um nível energético mais baixo. Por isso, ela não é mais do que a reorganização da estrutura da energia no núcleo. A sua capacidade de penetração permite-lhe penetrar alguns cm em placas de chumbo. Assim, um dada nuclido pode sofrer qualquer um dos processos referidos ou ter tendência para sofrer decaimento através de um processo em particular. Esta situação vai depender das características de cada nuclido, como o número de nucleões, as interacções internas a que estão sujeitos, entre outras.

Origem da Radioactividade

Podem encontrar-se na natureza (ar, na água e solo e seres vivos) mais de 60 radionuclidos. Estes podem ser agrupados em três categorias: primordiais (existentes desde a criação da Terra), cosmogénicos (resultam de interacções com os raios cósmicos) e antropogénicos (originados pela acção humana).

A radioactividade pode ter uma origem natural ou antrópica. A radioactividade de origem antrópica engloba a que é usada na medicina, a resultante de explosões de armas nucleares, emissões provenientes de centrais nucleares, acidentes em reactores nucleares, tratamento dos resíduos radioactivos, reprocessamento do combustível radioactivo e queima de combustíveis fósseis. A radioactividade natural é exibida por vários elementos e por alguns isótopos. Inclui a radiação cósmica, a radiação gama terrestre, a radioactividade nos alimentos, água e solos.

Dos elementos químicos naturais radioactivos presentes nos materiais geológicos (rochas, solos, água), destacam-se o urânio (U), o tório (Th) e o potássio (K) (apenas o isótopo 40K é radioactivo). Como consequência, da presença destes elementos, cuja concentração varia significativamente de acordo com o tipo de rocha, solo ou água, os materiais geológicos emitem radiações ionizantes de diversos tipos.

A maior contribuição para a exposição da população a este tipo de radioactividade, provém do gás radão (Rn). Estima-se que, em média, o radão seja responsável por mais de 50% da dose total de radiação a que a população em geral está exposta anualmente; as fontes artificiais de radiação (isótopos radioactivos emitidos no decurso de testes nucleares, fugas em centrais nucleares e exames médicos) contribuem com menos de 20% do total.


O radão e o torão são gases radioactivos, pertencentes à família do urânio e do tório, respectivamente. Em termos de exposição para a população, o isótopo radão-222 tem particular importância, uma vez que apresenta uma grande disseminação. Este gás é produzido pelo decaimento do rádio-226, que ocorre naturalmente em solos e rochas, libertando-se para a atmosfera. Embora apresentando concentrações geralmente baixas no exterior, ao infiltrar-se nas casas através de fendas nas fundações e paredes, pode atingir, no interior, concentrações de várias ordens de grandeza superiores às que se observam no exterior.

O radão decai para produtos radioactivos sólidos (polónio, chumbo e bismuto) que, ao serem inalados, podem-se depositar nos alvéolos pulmonares, constituindo, assim, um factor de risco para a incidência de cancro no pulmão.

As doses de radiação para a população, resultantes da inalação do radão, apresentam para Portugal valores extremos que se situam entre 0.5 e 20 mSv/ano, sendo o valor médio de 1.2 mSv/ano.

Radioactividade induzida

É possível induzir radioactividade em certos materiais, além da emitida naturalmente, obtendo deste modo emissão de radiação e, portanto, de energia. É esta a base de muitas aplicações que surgem da física nuclear.

Dois dos processos mais importantes de decaimentos, responsáveis por um grande ganho energético, são a cisão e a fusão nuclear.

Os processos de cisão são a base do funcionamento de reactores nucleares. Muitos produtos resultantes da cisão, como o estrôncio-90, são isótopos radioactivos perigosos. O plutónio-239, usado como combustível nuclear, e produzido em reactores reprodutores, é uma das substâncias mais tóxicas conhecidas. Por outro lado, os acidentes envolvendo energia nuclear apresentam efeitos muitos perigos. O acidente no reactor de Three Mile Island, na Pennsylvania em 1979, chamou pela primeira vez a atenção do público para os perigos das centrais nucleares. Alguns anos mais tarde, o desastre na central nuclear de Chernobyl, em Abril de 1986, passou a constituir uma lembrança trágica de como pode ser catastrófica a ocorrência de um desastre nuclear.


A fusão nuclear, que ocorre constantemente no Sol, mantendo a sua temperatura a cerca de 15 milhões de ºC, é um processo mais “ limpo”. No entanto, e devido às altas temperaturas a que decorre, a utilização da fusão nuclear como base de uma central energética não é ainda utilizada.

Efeitos da radioactividade nos organismos

Os efeitos da radioactividade estão dependentes, essencialmente, da natureza da radiação do radionuclido, do seu tempo de vida, da quantidade assimilada e dos órgãos onde é acumulada. Nos organismos esses efeitos manifestam-se ao nível somático e genético. Ao nível somático, a sua expressão máxima é a letalidade, que aumenta à medida que se progride na escala sistemática, sendo também elevada nos primeiros estados de desenvolvimento embrionário. A este nível são bastante frequentes doenças, como o cancro e a leucemia. A nível genético, a radioactividade é responsável por um aumento de mutações cromossómicas, levando por vezes à inviabilidade dos gâmetas e ao aparecimento de mutações genéticas nas gerações vindouras.

O Radão – um exemplo de radioactividade natural

O radão é um gás nobre, monoatómico, radioactivo, inerte, solúvel na água e sete vezes mais denso que o ar. O seu isótopo mais abundante, e também o mais perigoso, é o Rn-222, gerado na cadeia de decaimento do U-238 contido nos materiais geológicos.

O principal risco de exposição a este gás ocorre, fundamentalmente, a partir do solo, embora também possa ocorrer através da água e do fumo do tabaco. A sua tendência é para concentrar-se em locais confinados, como as habitações pouco ventiladas, principalmente nas caves.

Um estudo efectuado por investigadores do Departamento de Segurança e Protecção Radiológica do Ministério do Ambiente, tomando como amostra 4200 habitações do território nacional, encontrou, em 9% dos casos, concentrações de radão superiores a 200 Bq/m3 e em 3% dos casos concentrações superiores a 400 Bq/m3. Os distritos da Guarda e de Viseu, são os que, de todo o mapa nacional, apresentam os valores médios mais elevados deste gás radioactivo, registando valores da ordem dos 120 Bq/m3. Este fenómeno pode ser explicado pelo facto do subsolo ser maioritariamente constituído por granitos e estas rochas serem, em geral, das que possuem na sua constituição maiores quantidades de urânio, elemento a partir do qual se gera o radão.

Alguns dos constituintes usados na construção civil são também veículos de exalação deste gás, pelo que se deve proceder a uma selecção rigorosa dos materiais de construção, procurando empregar materiais que sirvam de barreira à difusão do radão, em detrimento das areias provenientes das indústrias de granito.

Embora não exista legislação nacional sobre a exposição resultante da concentração de radão no interior de habitações, a Comissão das Comunidades Europeias publicou, em 1990, uma recomendação (90/143/EURATOM), indicando como valores-limite para a concentração de radão no interior de habitações, 400 Bq/m3 para casas já existentes e 200 Bq/m3 para casas a construir. Acima dessas concentrações, torna-se necessário proceder a acções de mitigação, nomeadamente através de ventilação ou utilização de materiais específicos para cobertura do pavimento ou paredes.

O principal instrumento legal nacional em vigor que faz referência ao radão, é o Decreto Regulamentar nº 34/92, de 4 de Dezembro, que regulamenta, em matéria de segurança e protecção radiológica, as actividades de pesquisa, reconhecimento, traçagem e exploração de depósitos de minério de urânio, as minas onde se possam encontrar produtos de filiação do radão ou do torão em suspensão no ar e o transporte de minério de urânio.

Nos campos de cultivo de tabaco, o Rn-222 está presente em concentrações elevadas no gás do solo e na camada de ar superficial por baixo da camada de vegetação. Nesta camada, algumas das espécies filhas de radão-222, como o polónio-218 e o chumbo-214, ficam firmemente ligadas à superfície e ao interior das folhas de tabaco. As reacções de decaimento que levam à formação de chumbo-210 dão-se rapidamente, pelo que a sua concentração cresce gradualmente, podendo atingir níveis bastante elevados. Durante a combustão de um cigarro, as pequenas partículas de fumo insolúveis são inspiradas e depositadas no aparelho respiratório do fumador, podendo eventualmente ser transportadas e armazenadas no fígado, baço e medula óssea.

Glossário

Átomo - porção mais pequena de matéria que caracteriza um elemento químico. Composto por um núcleo (constituído por protões e neutrões) em torno do qual se situa a nuvem electrónica, constituída por electrões.

Bq/m3 - (Becquerel/m3) - unidade usada para expressar a radioactividade.

Cisão Nuclear - desintegração do núcleo de um átomo, e sua divisão em dois ou mais fragmentos de massas comparáveis, geralmente por acção de um neutrão.

Decaimento – (ou declíneo) forma pela qual certos núcleos, de modo a compensar o excesso de nucleões, originam um ou mais núcleos em condições mais estáveis (menos energéticos), através de processos como a emissão de nucleões espontânea e a emissão de partículas alfa, beta ou gama.

Electrão - partícula carregada de electricidade negativa (carga elementar) que entra na constituição de todos os átomos e é responsável pelas forças de ligação entre átomos nas moléculas.

Fusão Nuclear - aglomeração de núcleos atómicos leves com libertação de energia, obtida por diminuição de massa.

Ião - átomo ou grupo de átomos que captam ou perdem electrões, adquirindo uma carga eléctrica negativa ou positiva, respectivamente.

Isótopos - átomos que têm o mesmo número atómico (número de protões de um átomo) e que, portanto, constituem o mesmo elemento, mas diferem no número de massa (soma do número de protões com o número de neutrões). Têm propriedades químicas quase idênticas, tanto menos diferentes quanto mais pesados forem os elementos.

mSv – (Sv=sievert) unidade que mede o efeito biológico da radiação; 1mSv corresponde a mili Sievert.

Neutrão - partícula elementar de massa ligeiramente maior que a do protão, sem carga eléctrica, que fica no núcleo do átomo.

Núcleo - região central do átomo, constituída por protões e neutrões.

Núcleo de Hélio – núcleo formado por dois protões e dois neutrões.

Nucleões - nome genérico das partículas que constituem os núcleos atómicos, que são os protões e os neutrões.

Núcleo instável - a estabilidade de um dado núcleo é devida à conjugação de dois tipos de forças que actuam nos nucleões: a Força Forte (força atractiva nos nucleões, responsável pela coesão nuclear) e a Força de Coulomb (repulsão sentida pelos protões). Num núcleo instável as forças de atracção e repulsão não estão equilibradas. Alguns destes núcleos, para atingirem a estabilidade, decaem através de processos de decaimento específicos, emitindo radiação e dando origem à radioactividade.

Nuclido – termo usado para referir o núcleo, sem mais especificações.

Partículas Alfa - núcleos de átomos de Hélio, emitidos nos declíneos alpha.

Partículas Beta - electrões e outras partículas elementares, de massa e momento magnético praticamente nulos, sem carga eléctrica, emitidos nos declíneos beta.

Partículas Gama – fotões (partículas portadoras de energia electromagnética) emitidos na desexcitação de um nuclido nos declíneos gama.

Protão - partícula elementar, constituinte dos núcleos atómicos, de massa quase igual à unidade (na escala de massas atómicas) e carga positiva, igual em valor absoluto à do electrão.

Radiação ionizante - radiação, electromagnética ou corpuscular, capaz de produzir iões na sua passagem através da matéria.

Radionuclidos – nuclidos radioactivos.

Raios cósmicos - nome dado à radiação corpuscular heterogénea, altamente energética, de origem extraterrestre, formada predominantemente por núcleos atómicos completamente ionizados, e que, ao penetrar na atmosfera terrestre, efectua colisões com núcleos de oxigénio e azoto, desintegrando-os num grande número de partículas.

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