A NATUREZA DAS RADIAÇÕES ALFA, BETA E GAMA
Prof. Dr. João Eduardo Irion
da Faculdade de Medicina
Universidade Federal de Santa Maria – RS – BR
Médico Nuclear
do Serviço de Medicina Nuclear de Santa Maria
jirion @terra.com.br
joaoeduirion.blogspot.com.br
Depois das descobertas dos Curies, outros cientistas começaram a
investigar a radioatividade para tentar explicá-la. A identificação da natureza
das radiações emitidas pelo urânio e pelo tório foi gradual.
No início de 1899, Rutherford usou um écran fluorescente para descobrir
que os elementos radioativos emitiam dois tipos de raios, o primeiro, com
pequeno poder de penetração, que chamou de raios α, e o segundo, mais
penetrante, ao qual denominou raios β.
No final de 1899, Fritz Geisel desviou as radiações do polônio com um ímã
e demonstrou que o desvio as diferenciava dos raios X. No mesmo ano, o casal
Curie, por meio de um ímã, verificou que a radiação β era defletida num sentido
que indicava ter carga negativa tal qual os raios catódios. Eles não conseguiram desviar pelo ímã a trajetória dos raios α,
fato posteriormente atribuído à grande massa dessa radiação. Mais tarde, eles confirmaram o fato
por medidas elétricas e assim demonstraram que tal raio era semelhante aos raios
catódios.
Em 1900, Frederic Ernest Dorn conseguiu desviar os raios β. No mesmo ano, Paul Ulrich Villard demonstrou que os raios não desviáveis
eram de dois tipos, um pouco penetrante, os raios α e outro, muito penetrante.
Essa última radiação não era desviada tanto pelo campo elétrico como pelo campo
magnético e, portanto, eram de natureza similar aos raios X.
Em 1903, Rutherford batizou a radiação de Villard com o nome de raios γ e
dessa data em diante ficou claro que os materiais radioativos emitem três tipos
de radiação: o radiação α (posteriormente chamado de partícula α) que
Rutherford provou tratar-se de núcleos de hélio duplamente ionizados, os raios
β (posteriormente chamado de partícula β, equivalentes a elétrons) e o raio γ
(radiação eletromagnética), ficando definida a natureza de cada uma delas.
O RADÔNIO
Em 1899, Pierre e Marie Curie observaram que as substâncias nas
vizinhanças do rádio se tornavam radioativas por um tempo longo (um mês) e
consideraram que essa radioatividade era induzida pelo rádio nas substâncias
vizinhas. No mesmo ano, Robert G. Owen, professor de engenharia junto de Ernest
Rutherford na McGil University em Montreal, descobriu que a radioatividade do
óxido de tório não era constante. Ernest Rutherford chamou de “emanação” o fenômeno relacionado com o
rádio e com o tório. Em 1901, Ernest Rutherford e Brooks concluíram que o tório
emite um gás radioativo que mantém sua radioatividade por alguns minutos. Em
1903, Fritz Geisel e André-Louis Debierne encontraram emanação também no
actínio.
Entendendo-se que cada emanação era um elemento, foram sugeridos vários
nomes para eles: exradio, extório e exactíneo (1904), radon, toron e actinon
(1918), radeon, toreon e actineon (1919), radon toron e actinon (1920).
Em 1910, Sir William Ramsay isolou o radon e descobriu que ele era o gás
mais pesado, quimicamente inerte, e sugeriu para ele o nome “Niton” com o símbolo Nt. Depois que
Frederic Soddy estabeleceu o conceito de isótopo, constatou-se que os três
tipos de emanações eram, na verdade, isótopo de um só elemento. Assim o isótopo
radon era o 222Nt e correspondia à emanação do rádio, o isótopo 220Nt
correspondia a emanação do tório e o isótopo 219Nt era a emanação do
actíneo. Depois o International Comitee for Chemical Elements e a Union
Ineternational de Chemie Purê et Apliqueé escolheram o nome de radon com
símbolo Rd para o elemento porque é regra a escolha do nome do isótopo que tem
a meia vida mais longa.
AS TRANSMUTAÇÕES
Ilustração 1 - Ernest Ruterford
A descoberta do radon e de seus isótopos foi decisiva para Ernest
Rutherford criar o conceito de transmutação natural e o conceito de meia vida,
ambos de grande importância em Medicina Nuclear.
Ilustração 2 Esquema da desintegração do rádio segundo
Rutherford
Em 1902, Ernst Rutherford e Frederick Soddy publicaram o trabalho “As
causas da radioatividade natural” que contém a teoria da desintegração atômica
e a estrutura do núcleo atômico na formação dos elementos.
Em 1919, Ernest Rutherford estudou a dispersão de partículas α oriundas
do radon, fazendo-as incidir numa lâmina de ouro. Desse estudo resultou o novo
modelo planetário de átomo onde a carga elétrica positiva está concentrada no
núcleo e a carga elétrica negativa numa atmosfera eletrônica, havendo entre o
núcleo e os elétrons grandes espaços vazios. Ele também criou os termos próton,
neutro e elétron.
A primeira transmutação artificial foi obtida por
Ernest Rutherford em 1917, bombardeando nitrogênio com as partículas α emitidas pelo polônio e com isso as
partículas conseguiram introduzir-se no núcleo do nitrogênio que, após a reação
nuclear, converteu-se em oxigênio.
A HISTÓRIA DO CÍCLOTRON
O físico americano Ernest
Lawrence, Professor na Universidade de Califórnia em Berkeley (Prêmio Nobel de
Física de 1939), foi o inventor do cíclotron e o patenteou em 1934.
Ilustração 3
esquema do cíclotron
Na conferência que fez quando
recebeu o Prêmio Nobel, ele contou que um dia, em 1929, folheando uma revista
alemã de engenharia na biblioteca da Universidade, encontrou o artigo do
engenheiro norueguês Rolf Winderöe, onde estava o esquema de um aparelho
destinado a acelerar íons positivos. Tratava-se de um tubo retilíneo com
eletródios cilíndricos dipostos em linha nos quais eram aplicadas voltagens
oscilantes controladas por radiofrequência para acelerar a partícula na medida em
que passassem por eles.
Ilustração 4 Ernest Lawrence
Para evitar o inconveniente de um tubo longo com alto vácuo equipado com
grande número de eletródios, Lawrence pensou usar uma câmara circular de
aceleração, dotada de alto vácuo e colocada entre os pólos de um eletroímã.
Dessa forma, o campo magnético obrigaria os íons a descrever um movimento circular,
passando entre dois eletródios semicirculares (com a forma da letra “D”
maiúscula) conectados a um campo elétrico onde a voltagem é alternada por determinada
frequência, hoje conhecida como “frequência do cíclotron”. A alternância da
voltagem aumenta a velocidade dos íons a cada passagem pelos eletródios, e o
feixe de partícula adquire cada vez mais energia e assim passa a descrever um
movimento em espiral. No final do trajeto, o feixe de partículas com alta
energia é defletido para ser dirigido para um alvo.
O primeiro protótipo da máquina (que recebeu o nome de cíclotron) foi
construído na primavera de 1930 com o auxílio do estudante de graduação Nels
Edlefsen. A seguir, outro estudante, M. Stanley Livingston, construiu o
primeiro cíclotron operacional com diâmetro de 4, 5 polegadas e, assim, cabia
na palma da mão. Para isso usou cobre, fios, lacre e vidro e seu custo foi da
ordem de 25 dólares. Essa pequena máquina usava um potencial da ordem de 1.000
Volts para acelerar prótons, elevando sua energia para 80.000 eletronvolts. Com
o sucesso da primeira máquina, Lawrence, pretendendo acelerar prótons a
1.000.000 de eletrovolts, começou a construir máquinas maiores: de 11 polegadas
(1931), depois de 27 (1932), 37 (1937), 60 (1939). Em 1940, foi discutida a
proposta de Lawrene para a construção de um cíclotron de 187 polegadas comum
ímã, pesando 4.500 toneladas e orçado em 2.650.000,00 dólares.
A RADIOATIVIDADE ARTIFICIAL
Ilustração 5
Irène e Frederick Joliot (1934)
Em 15 de Janeiro de 1934, Irène Curie e seu marido Frederic Juliot conseguiram
a transmutação de elementos estáveis em isótopos radioativos. Eles fizeram isso
bombardeando alumínio com partículas α segundo a reação
27Al + 4He → 30P
+ 1n.
30P→30Si + β + (neutrino)
Eles deduziram que a nova radiação provinha de um isótopo do
fóssforo que Irène, com seus
conhecimentos de química isolou o fósforo do alumínio e verificou que o novo elemento tinha uma meia vida de
2,5 minutos . Joliot sugeriu o prefixo “radioativo” para distinguir isótopos
instáveis de isótopos estáveis.
Eles obtiveram resultados similares com boro
e magnésio.
Essa descoberta gerou a possibilidade de
criação rápida de materiais radioativos artificiais e baratos para diversos
fins inclusive para uso em Medicina Nuclear. Por essa descoberta, eles
receberam o Prêmio Nobel de Física de 1935. Foi Joliot quem propôs o uso do
prefixo “radio” para distinguir os isótopos radioativos dos isótopos estáveis.
Depois de ler o trabalho de Joliot e de Irene
na revista “Nature”, Enrico Fermi, em
Roma, resolveu obter novos isótopos sem as limitações inerentes ao bombardeio
com partículas α. Ele produziu nêutrons pela reação do radônio com o berilo
usando parafina e para desacelerar essas partículas. Foi com essa fonte de
neutros lentos que Fermi bombardeou cerca de 60 elementos e, três meses depois,
relatou na Revista “Nature” a
produção de 14 novos radioelementos.
Em fevereiro de 1934, havia 3 radioisótopos
artificiais produzidos pelo casal Joliot e Irene, logo depois mais 14
produzidos por Fermi e já no fim desse ano existiam 40 isótopos artificiais.
A partir da descoberta da radioatividade
artificial pelo casal Joliot e Irène e a invenção do cíclotron tornou-se
possível a produção de materiais radioativos artificiais de baixo peso atômico
e por baixo custo, dispensando a eliminação difícil e cara de elementos
radioativos naturais dos respectivos nuclídeos estáveis, tornando possível o
uso de isótopos radioativos em medicina.
Dez anos depois da invenção do cíclotron,
reatores começaram a operar. Em 1946, Oak Ridge começou a fornecer
radioisótopos para uso em medicina.
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
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RADIOLOGIA
A HISTÓRIA DA TOMOGRAFIA CONVENCIONAL – A HISTÓRIA DA TOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA
MEDICINA NUCLEAR – PRIMEIRA PARTE = INTRODUÇÃO = CLASSIFICAÇÕES DOS ELEMENTOS= CLASSIFICAÇÕES DOS NUCLÍDEOS
A HISTÓRIA DA MEDICINA NUCLEAR – A DESCOBERTA
DA RADIOATIVIDADE = BECQUEREL = MARIE E PIERRE CURIE
Próxima postagem:
A HISTÓRIA DA MEDICINA NUCLEAR – OS
DETECTORES NA FASE DE 1896 A 1936
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