A DESC0BERTA DA RADIOATIVIDADE
Prof. Dr. João Eduardo Irion
Médico Nuclear
do Serviço de Medicina Nuclear de Santa Maria
jirion @terra.com.br
joaoeduirion.blogspot.com.br
OS RAIOS URÂNICOS OU RAIOS DE BECQUEREL
Atribuem a descoberta da radioatividade a Antoine Becqueral, mas há quem
o conteste porque quarenta anos antes dele, em 1857, Claude-Felix-Abel Niepce
de Saint-Victor constatou que sais de urânio impressionavam chapas fotográficas.
Saint-Victor relatou à Academia Francesa de Ciências que a “luz” emitida pelos
sais não correspondia à fluorescência ou fosforescência, porque o efeito também
ocorria após longo tempo depois de cessada a exposição dos sais à luz do sol.
Michel Eugène Chevreul, chefe de Niépce de Saint-Victor considerou o
fenômeno como uma descoberta fundamental ("une découverte capitale"),
declarando que os sais de urânio mantinham seu poder de impressionar chapas
fotográficas ainda que permanecessem seis meses na completa escuridão
("encore actif six mois après son insolation").
Nos tubos de Crookes usados por Roentgen e pelos pesquisadores da época
da descoberta dos raios X, o vidro da ampola situado à frente no cátodo
tornava-se fluorescente no momento da emissão dos raios, porque esse local do
vidro luminoso era o foco de onde se originava a radiação.
A coincidência entre o local de fluorescência do vidro com o foco de
emissão dos raios X chamou a atenção do matemático e físico francês Jules Henri
Poincaré. Ele expôs sua opinião sobre a origem dos raios X à Academia Francesa
de Ciências usando as seguintes palavras:
“É, portanto, o vidro que emite os
raios de Roentgen, e ele os emite tornando-se fluorescentes. Podemos nos
perguntar se todos os corpos cuja fluorescência seja suficientemente intensa
não emitiriam, além dos raios luminosos, os raios X de Roentgen, qualquer que
seja a causa de sua fluorescência. Os fenômenos não seriam então associados a
uma causa elétrica. Isso não é muito provável, mas é possível, sem dúvida,
fácil de verificar”.
A autoridade de Poincaré levou imediatamente ao aparecimento de vários
trabalhos sobre fluorescência, Entre eles, os trabalhos de autoria de Nordon,
Moreau, Benoist, Hurmuszescu e, principalmente, os trabalhos de Charles Henry e
de G. H. Nieweeglowki, e a maioria deles parecia confirmar a hipótese de
Poincaré.
Ilustração 1: Antoine Becquerel
Antoine Henri Becquerel, físico francês, interessou-se pela conjectura
proposta por Poincaré e resolveu pesquisar o assunto. Em 24 de fevereiro de 1896,
quatro meses depois da descoberta dos raios X, Becquerel fez à Academia sua
primeira comunicação. Seu trabalho registra que a colocação de uma amostra de
sulfato duplo de uranila e potássio sobre uma chapa fotográfica devidamente
protegida da luz e se o conjunto é exposto ao sol durante várias horas, impressiona
a chapa fotográfica que então apresenta uma mancha escura correspondente à
posição do sal. Ele também relatou que a colocação de uma moeda ou de uma chapa
metálica perfurada entre o sal e a chapa, a imagem desses objetos é registrada
no negativo. Com isso Becquerel conclui:
“Pode-se concluir dessas
experiências que a substância fosforescente em questão emite radiações que
penetram o papel opaco à luz e reduzem os sais de prata”.
No dia 2 março de 1896, Becquerel fez a segunda comunicação na qual
afirma que a radiação emitida pelo urânio é menos penetrante que os raios X e
que tal radiação existe quando o sal de urânio é iluminado tanto diretamente
pela luz do sol, como pela luz refletida ou refratada.
Ele assinala que, mesmo no escuro, o material continua a sensibilizar as
chapas, usando as seguintes palavras:
“Eis de que maneira fui levado a fazer essa observação: dentre as
experiências precedentes, algumas foram preparadas na quarta-feira, 26, e na
quinta-feira, 27 fevereiro, e como, nesses dias o sol apareceu apenas de modo
intermitente, conservei as experiências que havia preparado e coloquei as
placas com os envoltórios na obscuridade de uma gaveta de um móvel, deixando as
lâminas de sal de urânio em seu lugar. Como o sol não apareceu de novo nos dias
seguintes, revelei as placas fotográficas em 1º de março, esperando encontrar
imagens muito fracas. Ao contrário, as silhuetas apareceram com grande
intensidade.”
Como o fato chamou a atenção, Becquerel relata que resolveu fazer duas
contraprovas. Na primeira, colocou no fundo de uma caixa de papelão opaco à luz
sais de urânio sobre a chapa e manteve o conjunto dentro de uma gaveta. Na
segunda, protegeu a chapa fotográfica envolvendo-a com alumínio e sobre essa
capa colocou o sal de urânio. Os dois conjuntos foram fechados numa caixa de
papelão e colocados dentro de uma gaveta. Após cinco horas, a chapa foi
revelada e constatou que as chapas continuavam a ser impressionadas e que, no
caso do invólucro com alumínio a ação era nítida, mas enfraquecida.
Nesse trabalho Becquerel informa:
“É importante notar que esse
fenômeno não parece ser atribuído a radiações luminosas emitidas por
fosforescência, já que após 1/100 de segundo essas radiações se tornam tão
fracas que são quase imperceptíveis”.
E prossegue:
“Uma hipótese que surge muito
naturalmente ao espírito seria a suposição de que essas radiações, cujos
efeitos possuem uma forte analogia com os efeitos produzidos pelas radiações
estudadas por Lenard e Roentgen, poderiam ser radiações invisíveis emitidas por
fosforescência, cuja duração de persistência fosse infinitamente maior do que
as radiações luminosas emitidas por essas substâncias. No entanto, as
experiências presentes, sem serem contrárias a essa hipótese, não permitem
formulá-la”.
No dia 9 de março de 1896, Becquerel apresentou a terceira comunicação à
Academia, informando que os raios urânicos, assim como os raios X, são capazes
de descarregar um eletroscópio. Assinala também que os raios urânicos se
refletem em superfícies metálicas e se refratam no vidro comum e sensibilizam
as chapas fotográficas mesmo quando guardados no escuro por sete dias.
A quarta comunicação de Becquerel foi feita no dia 23 de março de 1896
para informar que os mesmos sais de urânio que não têm propriedade de
luminescência impressionam chapas fotográficas e que as radiações emitidas
parecem não ter ligação com fosforescência ou fluorescência visível. Foi então
que o físico inglês Silvanus Thompson criou o termo “hiperfosforescência” para
ser aplicado à fosforescência invisível (que não existe) e para justificar a
absorção de energia luminosa por um sal, onde se acumula e passa a ser liberada
lentamente.
No seu último trabalho, apresentado em 18 de maio, Becquerel testou uma
amostra de urânio metálico, preparada pelo químico Moissan, e verificou que o
urânio puro emite radiações e, equivocadamente, concluiu que esse era o
primeiro caso de um metal que apresentava fosforescência invisível.
Os raios descritos, sem que se determinasse sua natureza, passaram a ser
conhecidos como raios urânicos ou raios de Becquerel. Becquerel acreditava na
reflexão, difração e reflexão desses raios e por isso eram semelhantes à luz e
diferentes dos raios X.
O CASAL CURIE E O CONCEITO DE RADIOATIVIDADE
Madame Curie descobriu dois novos
elementos
químicos, o Polônio e o Radio, e seu
trabalho foi decisivo
para o início da utilização da
energia nuclear na medicina.
Em 1897, diversos pesquisadores com eletroscópios descobriram que os
raios X tornavam o ar condutor de eletricidade. Joseph John Thomson em 27 de
janeiro de 1986, fez a primeira comunicação sobre essa propriedade da nova
radiação, seguida, em 9 de março, pelo próprio Roentgen com um trabalho sobre o
mesmo tema. Becquerel e Lord Kelvin constataram que também os raios urânicos
ionizavam o ar.
Três meses antes de Maria Curie, na Alemanha, Gerhard C. Schmidt usou o
método elétrico e constatou que, além do urânio, o tório também emitia
radiações.
No final do ano de 1898, Marie Curie iniciou, em uma pequena sala da
École Municipale de Physique et de Chimie Industrielles, o estudo dos raios
urânicos como tema de sua tese de doutoramento, usando um método elétrico de
medida no lugar da chapas fotográficas utilizadas por Becquerel.
O aparelho escolhido para medir a ionização foi o eletrômetro de
precisão, inventado quinze anos antes por Pierre Curie e Jacques Curie, seu
irmão mais velho, baseado no efeito piezoelétrico e que era um equipamento com
sensibilidade suficiente para medir correntes elétricas extremamente baixas.
A nova forma de medir radiação significou uma notável inovação na
pesquisa, com a passagem da um método qualitativo (a fotografia) para um método
quantitativo, com a vantagem do último fornecer resultados imediatos, precisos
e comparáveis entre si. Além disso, Marie evitou os erros inerentes ao método
fotográfico, tais como a demora nos resultados e a influência dos processos químicos
de revelação, da pressão, da temperatura e da qualidade dos reagentes e de
outros fatores de difícil controle, como ela disse:
“No lugar de fazer esses corpos
agir sobre chapas fotográficas, eu preferi determinar a intensidade de sua
radiação medindo a condutividade do ar exposto à ação dos raios”.
Existem três cadernos do casal Curie com anotações das experiências
realizadas entre 1897 a 1900 e neles constam dados importantes. Os
assentamentos nos cadernos indicam que Marie iniciou seu trabalho em 16 de
dezembro de 1897, começando por aprender a dominar a técnica de medida com o
eletrômetro, seguido pela medida da radiação dos compostos de urânio (oxido de
urânio, uranato de amônia) e o urânio metálico, registrando as seguintes
principais constatações:
- todos eles emitem radiação;
- o aquecimento não aumenta a intensidade da radiação do urânio;
- a luz e a exposição aos raios X não aumentam a radiação do urânio;
- a absorção dos raios urânicos pelo alumínio é maior do que a absorção
dos raios x e por isso os raios urânicos se comparam como raios X moles;
- a emissão de radiação é proporcional ao volume da amostra, isto é, à quantidade de urânio presente;
- a emissão de radiação não depende de propriedades moleculares porque
não sofre influência da luz, da exposição ao sol, da variação de temperatura,
da dissolução em água, da adição de impurezas, da forma física (estado sólido,
líquido, em pó e outras) ou por reações químicas.
Ilustração 2: Marie Curie
Marie examinou grande numero de metais disponíveis na Escola de Física e
Química Industrial. Ela constatou, com o eletrômetro, que nenhuma delas emitia
radiação ionizante.
Na etapa seguinte, quando passou a examinar minérios, ela constatou que o
mineral esquinita que contém tório, mas que não contém urânio emitia radiações.
Sua descoberta da emissão de raios pelo tório aconteceu semanas depois da mesma
descoberta feita por Schmidt, mas foi além porque constatou que a
radioatividade do tório era maior do que a radioatividade do urânio metálico.
O conjunto de propriedades relatadas e a descoberta da radioatividade no
tório levaram Marie Curie à convicção de que a radiação não era exclusiva do
urânio e, como não estava entre as propriedades das moléculas, deveria ser
propriedade do átomo. Foi assim que cunhou a palavra “radioatividade” para designar o fenômeno. O neologismo que constou
do relatório de Marie Curie com o título “Rayons émis par lés composés de
l’uranium et du thorium”, foi lido na Academia Francesa de Ciências em 12 de
abril de 1898 pelo Professor Gabriel Lippmann, porque a autora não fazia parte
da instituição por ser mulher. Consta do trabalho:
“Os raios urânicos foram
frequentemente chamados de raios de Becquerel. Pode-se generalizar esse nome,
aplicando-o não apenas aos raios urânicos, mas também aos raios tóricos e a
todas as radiações semelhantes. Chamarei “radioativas” a todas as substâncias que
emitem raios de Becquerel. O nome de “hiperfosforescência” que foi proposto
para esse fenômeno, parece-me dar uma falsa ideia de sua natureza”
O passo seguinte na pesquisa foi verificar se outras substâncias emitiam
radiações e para isso Marie examinou amostras de substâncias químicas puras
fornecidas pelos químicos e nelas não constatou resultados significativos.
A seguir a pesquisa voltou-se para a avaliação da emissão de radiações
pelos minérios de urânio. Em 17 de fevereiro de 1898, o exame da calcolita
(fosfato cristalizado de cobre e urânio) mostrou que esse mineral era duas
vezes mais radioativo que o urânio puro. Em 18 de fevereiro, a pechblenda
(minério que contém óxido de urânio, cerca de 30 outros elementos) mostrou radioatividade quatro vezes mais
intensa do que o urânio metálico.
O fato de a calcolita natural ser duas vezes mais ativa do que o urânio metálico
contrastava com os resultados anteriores que indicavam que a intensidade de
radiação era proporcional à quantidade de tório ou de urânio existente nos
compostos. Para verificar se esse resultado era devido à natureza química dos
materiais, Madame Curie sintetizou a calcolita, usando substâncias químicas
puras e constatou que a calcolita sintética também era ativa, porém sua
radioatividade era menor do que a calcolita mineral.
Esses três fatos levaram à hipótese de que os minerais examinados podiam
conter pequenas quantidades de algum elemento ainda desconhecido e mais
radioativo que o urânio.
A partir desse instante, Pierre abandonou suas pesquisas e dedicou-se ao
trabalho junto com Marie para isolarem, por meios químicos, essa substância
desconhecida.
Em 18 de julho de 1898, depois de extrair todo o urânio e todo o tório da
pechblenda, o resíduo permaneceu radioativo e, com métodos químicos, os Curies
obtiveram um novo material cujo comportamento químico era similar ao bismuto,
mas que tinha radioatividade 400 vezes maior que a do urânio puro. Esse novo
elemento foi batizado com o nome de “polônio”
em homenagem à terra natal de Marie Curie. A descoberta do polônio foi relatada
em julho de 1968 no trabalho “Sur une nouvelle substance radio-ative, contenue
dans la pechblende”.
Em dezembro de 1898, continuando a investigação do resíduo do minério foi
isolado outro elemento com propriedades químicas similares às propriedades do
bário, e cuja atividade medida era um milhão de vezes maior do que a mesma
quantidade de urânio puro. A quantidade desse novo material era extremamente
pequena no resíduo e por isso foi preciso tratar uma tonelada de resíduo para a
extração de 0,2 a 0,3 g de rádio. O casal Curie deu o nome de rádio (do latim –
raio) a esse novo elemento. [1] A
descoberta do rádio foi comunicada no trabalho “Sur une nouvelle substance fortement radioactive, contenue dans la
pechblende”.
O casal Curie não conseguiu isolar o polônio do bismuto, porém em 1900
Crookes, por meio da espectroscopia, confirmou existência desse novo elemento..
Após três anos de trabalho, eles isolaram o rádio do bário e obtiveram 0,1 g de
cloreto de rádio quase puro e com essa amostra foi possível determinar o peso
atômico do rádio em aproximadamente 225. Eugène Demarçay, químico especialista
em espectroscopia que trabalhava na Escola, demonstrou as raias espectrais do
rádio, mas não conseguiu obter o espectro do polônio. É possível que o fracasso
no isolamento do polônio puro e a demonstração do seu espectro se devem ao fato
de que esse elemento tem uma meia vida curta de apenas 138 dias.
O trabalho sobre a descoberta do rádio foi lido
na Academia de Ciências de Paris um dia depois do Natal, em 26 de dezembro de
1898.
Considerando a radiação emitida pelo urânio, tório, polônio e rádio como
uma propriedade do átomo, sem relação com o estado físico ou químico (que caracterizam
as propriedades das moléculas), Maria Curie tentou explicar como um átomo
poderia estar continuamente emitindo energia sem uma fonte permanente de
abastecimento. Foi assim que formulou a seguinte hipótese para explicar a
origem da energia que é continuamente emitida pelo urânio e pelo tório:
“Para interpretar a radiação
espontânea do urânio e tório poder-se-ia imaginar que o espaço está
constantemente atravessado por raios análogos aos raios de Roentgen, porém mais
penetrantes e que só poderiam ser absorvidos por certos elementos de grande
peso atômico, tais como o urânio e o tório”.
A RADIOATIVIDADE E O PRÊMIO NOBEL
Ilustração 3: Selo sueco da série comemorativa de Prêmios Nobel
Antoine Henri Becquerel, Pierre Curie e Marie Curie receberam o prêmio
Nobel de Física de 1903 pela descoberta da radioatividade. Em 1911, Marie Curie
recebeu o Prêmio Nobel de Química pela descoberta do rádio.
MARIE CURIE
Ilustração 4: Assinatura de Marie Curie usando o apelido polonês – Manya
Marie Curie criou o termo radioatividade; descobriu o polônio e o rádio;
foi a primeira mulher da Europa a receber o grau de Doutora em Ciência; única
mulher que recebeu dois Prêmios Nobel; a primeira mulher a lecionar e ter um
laboratório na Universidade de Sorbonne em Paris (1908); a primeira Diretoras
do Instituto de Rádio de Paris (1918); eleita para a Academia Francesa de
Medicina (1922); recebeu 15 medalhas e outros 19 graus e honras; a primeira mulher que
recebeu a Medalha de Ouro da Radiological Society of North America (1922), e a
Medalha do American College of Radiology (1931); a primeira mãe agraciada com
Prêmio Nobel cuja filha Irène recebeu o Prêmio Nobel de Química (1935), a
primeira mulher que, por seus méritos, tem seus restos mortais, juntos com o de
Pierre no Panteon de Paris. Maire Curie morreu de anemia aplástica vítima da
radiação em Sallanches, França e 4 de julho de 1934.
Postagens anteriores:
HISTÓRIA DAS RADIAÇÕES NO DIAGNÓSTICO MÉDICO –
ONDAS DE CHOQUE - RUÍDO E SOM - PERCUSSÃO E
AUSCULTA.
HISTÓRIA DAS RADIAÇÕES NO DIAGNOSTICO MÉDICO =
ONDAS DE CHOQUE - PULSO E PRESSÃO ARTERIAL.
HISTÓRIA DAS RADIAÇÕES NO DIAGNÓSTICO MÉDICO –
ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO = RAIOS X
HISTÓRIA DAS RADIAÇÕES NO DIAGNÓSTICO MÉDICO –
ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO
A HISTÓRIA DAS RADIAÇÕES NO DIAGNÓSTICO MÉDICO
- AS PRIMEIRAS RADIOGRAFIAS, A CHEGADA DOS RAIOS X NO BRASIL - OS RAIOS X NAS
GUERRAS - A HISTÓRIA DA EVOLUÇÃO DOS TUBOS DE RAIOS X - A HISTÓRIA DA
FLUOROSCOPIA - A HISTÓRIA DA ABREUGRAFIA
A HISTÓRIA DOS FILMES RADIOGRÁFICOS
A HISTÓRIA DOS ÉCRANS REFORÇADORES
A HISTÓRIA DO DIAFRAGMA POTTER-BUCKY
A HISTÓRIA DOS MEIOS DE CONTRASTE EM
RADIOLOGIA
A HISTÓRIA DA TOMOGRAFIA CONVENCIONAL – A
HISTÓRIA DA TOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA
A HISTÓRIA DA MEDICINA NUCLEAR – A DESCOBERTA
DA RADIOATIVIDADE = BECQUEREL = MARIE E PIERRE CURIE
Próxima postagem:
A HISTÓRIA DA MEDICINA NUCLEAR– A NATUREZA DAS
RADIAÇÕES α, β e γ
[1] Mais
tarde M. Debierne isolou do mesmo resíduo da pechbenda o elemento para qual deu
o nome de actínio.
