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sexta-feira, 6 de dezembro de 2013

A HISTÓRIA DAS RADIAÇÕES NO DIAGNÓSTICO MÉDICO – MEDICINA NUCLEAR – SEGUNDA PARTE = BECQUEREL E OS RAIOS URÂNICOS = O CASAL CURIE E A DESCOBERTA DA RADIOATIVIDADE




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.

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HISTÓRIA DAS RADIAÇÕES NO DIAGNÓSTICO MÉDICO –

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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.

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