Enzo Rocha Fotografia: Partícula Beta

Definição

As partículas beta (ß) são elétrons de alta energia, alta velocidade (ß-) ou pósitrons (ß +) que são ejetados do núcleo por alguns radionuclídeos durante uma forma de decaimento radioativo chamado decaimento beta.

O decaimento beta normalmente ocorre em núcleos com muitos nêutrons para alcançar a estabilidade.

As partículas beta têm uma massa que é metade de um milésimo da massa de um próton e carregam uma única carga negativa.

O que é uma partícula beta?

A partícula beta é uma forma de radiação ionizante relacionada a outras formas comuns de radiação, partículas alfa e raios gama.

A partícula beta é um elétron ou pósitron de alta velocidade liberado a partir de um núcleo radioativo em degeneração. Por serem de energia média e baixa massa, as partículas beta são uma das formas menos prejudiciais de radiação, mas ainda assim são uma preocupação muito significativa para a saúde. Os emissores beta incluem estrôncio-90, potássio-40, tecnécio-99, trítio e carbono-14.

As partículas beta têm propriedades equivalentes aos elétrons, mas energias muito mais altas do que os elétrons típicos que orbitam o núcleo. Embora as próprias partículas beta não sejam radioativas, elas causam danos balísticos, quebrando ligações químicas e criando íons que danificam os tecidos. A causa da emissão beta é um número excessivo de nêutrons no núcleo atômico. Quando há significativamente mais nêutrons do que prótons em um núcleo, os nêutrons degeneram em prótons e elétrons, que são ejetados do núcleo em alta velocidade. Isso aumenta o número atômico do átomo e também aumenta sua estabilidade, um exemplo de alquimia atômica natural que dá origem a um novo tipo de átomo.

Henri Becquerel descobriu partículas beta no final do século XIX. Em 1900, ele mostrou que as partículas beta, antes consideradas distintas dos elétrons, eram na verdade a mesma coisa.

O fato de as partículas beta terem sido tratadas distintamente antes de 1900 é provavelmente parte da razão pela qual elas têm seu nome, em vez de serem chamadas de “elétrons energéticos” ou algo semelhante.

Como outras substâncias radioativas, os emissores de partículas beta são usados em geradores termoelétricos de radioisótopos, usados para alimentar sondas espaciais, sem mencionar faróis russos remotos. Na verdade, esses faróis são uma preocupação ambiental significativa, pois contêm mais estrôncio do que o que foi lançado no incêndio de Chernobyl.

O trítio e o fósforo-32 são emissores beta fracos que são usados para aplicações comerciais, como radiotraçadores e brilham na tinta escura.

O trítio é produzido através do bombardeio de nêutrons de lítio e possui radioatividade tão baixa que um contador Geiger não consegue detectar sua presença. Às vezes, o trítio entra na água; nesse caso, os pacientes são instruídos a beber 10 litros de cerveja ou água por dia, para lavar o sistema.

O que é radioatividade?

Radioatividade é o processo pelo qual núcleos atômicos instáveis liberam partículas subatômicas energéticas ou radiação eletromagnética.

Esse fenômeno pode fazer com que um elemento se transforme em outro e é parcialmente responsável pelo calor do núcleo da Terra.

A radioatividade tem uma ampla variedade de usos, incluindo energia nuclear, na medicina e na datação de amostras orgânicas e geológicas. Também é potencialmente perigoso, pois partículas e radiação de alta energia podem danificar e matar células e alterar o DNA, causando câncer.

Decaimento radioativo

Dizem que os núcleos atômicos instáveis decaem, o que significa que eles perdem parte de sua massa ou energia para atingir um estado mais estável e com menor energia.

Esse processo é visto com mais frequência nos elementos mais pesados, como o urânio. Nenhum dos elementos mais pesados que o chumbo possui isótopos estáveis, mas também podem existir elementos mais leves em formas instáveis e radioativas, como o carbono-14.

Pensa-se que o calor proveniente da decomposição de elementos radioativos mantém a temperatura muito alta do núcleo da Terra, mantendo-o em um estado líquido, essencial para a manutenção do campo magnético que protege o planeta de radiação prejudicial.

O decaimento radioativo é um processo aleatório, o que significa que é fisicamente impossível prever se um determinado núcleo atômico decai ou não e emite radiação a qualquer momento. Em vez disso, é quantificado pela meia-vida, que é o período de tempo necessário para que metade de uma determinada amostra de núcleos decaia. A meia-vida se aplica a uma amostra de qualquer tamanho, de uma quantidade microscópica a todos os átomos desse tipo no universo. Diferentes isótopos radioativos variam amplamente em suas meias-vidas, que variam de alguns segundos, no caso da astatina-218, a bilhões de anos para o urânio-238.

Tipos de deterioração

Para ser estável, um núcleo não pode ser muito pesado e precisa ter o equilíbrio certo de prótons e nêutrons. Um núcleo pesado – que possui um grande número de prótons e nêutrons – mais cedo ou mais tarde perderá algum peso, ou massa, emitindo uma partícula alfa, que consiste em dois prótons e dois nêutrons unidos. Essas partículas têm uma carga elétrica positiva e, comparadas a outras partículas que podem ser emitidas, são pesadas e de movimento lento. A deterioração alfa em um elemento faz com que ele se transforme em um elemento mais leve.

O decaimento beta ocorre quando um núcleo possui muitos nêutrons para o número de prótons. Nesse processo, um nêutron, eletricamente neutro, muda espontaneamente para um próton carregado positivamente emitindo um elétron carregado negativamente. Esses elétrons de alta energia são conhecidos como raios beta ou partículas beta.

Como isso aumenta o número de prótons no núcleo, significa que o átomo muda para um elemento diferente com mais prótons.

O processo inverso pode ocorrer onde há muitos prótons, comparado aos nêutrons. Em outras palavras, um próton se transforma em nêutron emitindo um pósitron, que é a antipartícula positivamente carregada do elétron.

Isso às vezes é chamado de decaimento beta positivo e resulta no átomo se transformando em um elemento com menos prótons.

Ambos os tipos de decaimento beta produzem partículas carregadas eletricamente que são muito leves e rápidas.

Embora essas transformações liberem energia na forma de massa, elas também podem deixar o núcleo restante em um estado “excitado”, onde possui mais do que sua quantidade mínima de energia. Portanto, perderá essa energia extra emitindo um raio gama – uma forma de radiação eletromagnética de frequência muito alta. Os raios gama não têm peso e viajam na velocidade da luz.

Alguns núcleos pesados podem, em vez de emitir partículas alfa, realmente se separar, liberando muita energia, um processo conhecido como fissão nuclear.

Pode ocorrer espontaneamente em alguns isótopos de elementos pesados, como o urânio-235. O processo também libera nêutrons. Além de ocorrer espontaneamente, a fissão pode ser desencadeada por um núcleo pesado absorvendo um nêutron. Se um material fissionável suficiente é reunido, uma reação em cadeia pode ocorrer onde os nêutrons produzidos pela fissão fazem com que outros núcleos se dividam, liberando mais nêutrons e assim por diante.

Usos

Os usos mais conhecidos da radioatividade talvez estejam nas centrais nucleares e nas armas nucleares.

As primeiras armas atômicas fizeram uso de uma reação em cadeia descontrolada para liberar uma enorme quantidade de energia na forma de calor intenso, luz e radiação ionizante.

Embora as armas nucleares modernas usem principalmente a fusão para liberar energia, isso ainda é iniciado por uma reação de fissão.

As usinas nucleares usam fissão cuidadosamente controlada para produzir calor para acionar turbinas a vapor que geram eletricidade.

Na medicina, a radioatividade pode ser usada de maneira direcionada para destruir crescimentos cancerígenos. Como é facilmente detectado, também é usado para rastrear o progresso e a absorção de medicamentos pelos órgãos ou para verificar se eles estão funcionando corretamente. Isótopos radioativos são freqüentemente usados para datar amostras de material.

As substâncias orgânicas podem ser datadas medindo a quantidade de carbono-14 que elas contêm, enquanto a idade de uma amostra de rocha pode ser determinada comparando-se as quantidades de vários isótopos radioativos presentes. Esta técnica permitiu aos cientistas medir a idade da Terra.

Efeitos na saúde

No contexto da saúde, todas as emissões dos núcleos atômicos em decomposição, sejam partículas, tendem a ser descritas como radiação e são potencialmente perigosas.

Essas emissões são ionizantes em si mesmas ou interagem com a matéria no corpo de uma maneira que produz radiação ionizante. Isso significa que eles podem remover elétrons dos átomos, transformando-os em íons carregados positivamente. Eles podem reagir com outros átomos de uma molécula ou de moléculas vizinhas, causando alterações químicas que podem matar células ou causar câncer, especialmente se a radiação tiver interagido com o DNA.

O tipo de radiação mais perigosa para os seres humanos depende das circunstâncias em que é encontrada.

As partículas alfa só podem percorrer uma curta distância através do ar e não podem penetrar através da camada externa da pele. Se eles entrarem em contato com tecidos vivos, eles são a forma mais perigosa de radiação.

Isso pode acontecer se algo que emite radiação alfa for ingerido ou inalado.

A radiação beta pode penetrar na pele, mas é interrompida por uma fina camada de metal, como papel de alumínio.

Nêutrons e radiação gama são muito mais penetrantes e é necessária uma blindagem espessa para proteger a saúde. Como a maioria das radiações gama passa pelo corpo, é menos provável que cause doenças em níveis baixos, mas ainda é um risco muito sério. Se materiais, incluindo tecidos vivos, absorvem nêutrons, eles próprios podem se tornar radioativos.

A exposição a radiação nociva é geralmente medida em termos da quantidade de energia absorvida pelo material exposto, uma medida que pode ser aplicada a todas as formas de radiação e a todos os materiais, embora seja mais comumente usada no contexto da saúde humana.

Como diferentes tipos de radioatividade se comportam de maneiras diferentes, outra medida, o sievert, é usada para dar uma melhor ideia dos prováveis efeitos à saúde de uma determinada dose.

É calculado multiplicando a dose em cinza por um fator de qualidade específico para o tipo específico de radiação. Por exemplo, o fator de qualidade da radiação gama é 1, mas o valor das partículas alfa é 20. Portanto, a exposição do tecido vivo a 0,1 cinzas de partículas alfa resultaria em uma dose de 2,0 sieverts, e espera-se que tenha vinte vezes o efeito biológico como um cinza de radiação gama. Uma dose de quatro a cinco sieverts, recebida em um curto período de tempo, acarreta um risco de 50% de morte em 30 dias.

Partículas beta não são radioativos, mas podem causar outros danos