OS DETECTORES EXISTENTES ENTRE 1896 E 1936
Prof. Dr. João Eduardo Irion
Faculdade de Medicina
Universidade Federal de Santa Maria – RS – BR
Médico Nuclear
Serviço de Medicina Nuclear de Santa Maria
jirion @terra.com.br
joaoeduirion.blogspot.com.br
AS CHAPAS FOTOGRÁFICAS
Quando foram descobertos os raios X e a radioatividade, não
existia um equipamento de detecção específico para detectar ou medir esses dois
fenômenos. A descoberta de Roentgen e, a seguir, a descoberta de Becquerel
fundamentaram-se nos efeitos das radiações sobre chapas fotográficos.
Joseph John Thomson, em 27 de janeiro de 1896, foi o primeiro a constatar
que os raios X ionizavam o ar e, logo em seguida, na sua segunda comunicação em
9 de março desse mesmo ano, Roentgen também relatou essa propriedade da nova
radiação.
O ELETROSCÓPIO DE FOLHAS DE OURO
Depois da descoberta dos raios urânicos, Becquerel e Lord Kelvin
constataram que também esses raios ionizavam o ar. Esses dois pesquisadores
utilizaram em suas pesquisas o eletroscópio de folhas de ouro. Esse aparelho
tem uma longa história que inicia em 1600 com o eletroscópio mais antigo
denominado “versorioum” que figurou
no livro “De Magnet” de Giolbert, um
dos pioneiros na pesquisa da eletricidade. Coube a Abraham Bennet na
Philosofical Transcritions da Royal Society de Londres, a em 1785 a invenção do
eletroscópio de folhas de ouro que logo em seguida foi aperfeiçoado por William
Hasledine Pepys.
ELetrocópio de folha ouro
Retrato de Abraham Bennet (por artista desconhecido)
O eletrocópio de folhas de ouro foi o primeiro instrumento usado para
detectar a ionização produzida pelos raios x, α, β, e γ. Ele tinha a vantagem
de ser um instrumento portátil que não necessitava de uma fonte elétrica de
alimentação e várias vezes foi usado para localizar agulhas de rádio roubadas,
perdidas ou postas acidentalmente no lixo. Há duas histórias sobre a utilidade
do eletroscópio nesses tipos de buscas que podem ser lidas no texto “Tales From
de Atomic Age de Paul W. Frame no site: mesmo em 1932, depois da invenção do
contador Geiger-Müller,usava-se o eletroscópio de folhas de ouro.William G. Myers em 1982, na sua entrevista para a
jornalista Sally .S. Hrelata que media amostras de
fósforo-32 para que usava na tese, por meio de um eletroscópio, dizendo que uma
fonte radioativa forte descarregava o aparelho rapidamente e as fontes fracas o
faziam lentamente.
O ELETÔMETRO DE PIERRE E JACQUES CURIE
Eletrômetro dos irmãos Curie
Madame Curie optou nas suas pesquisas por avaliar as radiações emitidas
pelo urânio, tório, polônio e rádio por meio do eletrômetro inventado pelos
irmãos Pierre e Jacques Curie quinze anos antes, portanto, não era um
instrumento específico para detectar ou medir a radioatividade e que foi
adaptado por Pierre para esse fim.
O ESPINTARISCÓPIO
O primeiro detector diretamente relacionado com a radioatividade foi o
espintariscópio inventado, por acaso, por Crookes em 1903. Certo dia Crookes
derramou uma amostra de rádio e ao tentar recuperá-la constatou centelhas
causadas pelo impacto das partículas α numa lâmina de sulfeto de zinco. Foi
assim que construiu um aparelho formado por um tubo fechado numa das
extremidades por uma tela de sulfeto de zinco e equipado na outra extremidade
com uma lente para detectar partículas α emitidas pelo rádio. O impacto da
partícula na tela produzia cintilações e o operador, por meio da lente
observava-as e as contava uma a uma.
DO ESPINTARISCÓPIO AO DETECTOR
GEIGER-MÜLLER
Uma versão atual do espintariscópio
Foi usando um sistema semelhante criado por Hans Geiger que Rutherfor
utilizou para estudar o resultado do bombardeio de uma fina lâmina de ouro com
partículas α emitidas pelo polônio. O uso do dispositivo era tedioso exigindo
uma operação que só começava depois que o operador adaptasse seus olhos à
escuridão pelo menos por 30 minutos. Além disso, era um trabalho cansativo e
sujeito a erros, pois o operador devia usar um microscópio para contar uma a
uma as centelhas na tela fluorescente.
O CONTADOR GEIGER-MÜLLER
Para evitar os inconvenientes e os erros inerentes a esse tipo de
observação Hans Johannes Wilhelm Geiger começou a estudar o assunto. Em 1911,
ele e Rutherford foram coinventores do predecessor do detector Geiger cuja
sensibilidade permitia somente a detecção de partículas α. O detector consistia
num cilindro metálico (o eletródio positivo) contendo ar com baixa pressão e
uma haste metálica central (o eletródio negativo). A passagem de uma partícula
α causava uma avalanche de íons produzindo uma corrente entre os eletródios.
Esquema do contador Geiger-Müller
Em 1928, Geiger e seu aluno Walther Müller aperfeiçoaram o aparelho. A
partir daí o detector passou a ser conhecido como detector Geiger-Müller e se
tornou o equipamento portátil de detecção mais comumente usado. Em 1947, o
físico americano Sidney H. Liebson usou halogênio no detector, permitido que
ele passasse a trabalhar com menor tensão e aumentando seu tempo de vida. Esse
aperfeiçoamento está na versão atual do detector.
A CÂMERA DE WILSON
Em 1880, o engenheiro escocês John Aitken produziu pequenas nuvens numa
câmera fechada e com vapor d’água usando um método que foi sugerido na França
por Coulier and Mascart. Aitken constatou que as nuvens se formam somente se o
ar contiver poeira porque os grãos de pó agem como núcleo de condenação do vapor
de água para formar gotículas de água.
Em 1894, o físico e meteorologista de Cavendish, Charles Thomson Rees
Wilson (Prêmio Nobel de Física de 1927),
começou pesquisar a formação de nuvens, usando o método de Aitken. Wilson montou
uma câmera de expansão de ar, que passou
a ser conhecida como Câmera de Wilson ou câmera de nuvens e fez uma
descoberta inesperada: mesmo quando com o ar da câmara livre de poeira, quando
a expansão superava 1,25 do volume, apareciam gotículas causadas pela condensação,
ainda que a experiência fosse repetida muitas vezes. Esse fato levou Wilson a
concluir que a condensação do vapor estava ocorrendo porque uma fonte
inesgotável repunha um tipo desconhecido de núcleos invisíveis de condensação.
Wilson atribuiu a formação das gotículas tendo como núcleo partículas ou
íons eletricamente carregados que podiam existir no ar mesmo depois de filtrado
para eliminar os grãos de pó. Para testar essa idéia, Wilson expôs o ar da câmara
de nuvens aos raios X. A câmara passou a mostrar, com a presença de raios X,
uma densa nuvem de gotas formando um verdadeiro nevoeiro
Em 1897, Wilson fez experiências com a
radiação do urânio e verificou os mesmos efeitos produzidos pelos raios X. Ele
sugeriu que nesse tipo de exposição os núcleos de condensação eram íons livres cuja
carga estimulava a formação de gotas. Para provar que os núcleos de condensação
eram íons carregados, Wilson submeteu a câmera a um campo elétrico o qual,
mesmo com pequena intensidade, eliminava rapidamente os íons formados.
Wilson demonstrou que o ar normal está permanentemente
com discreta ionização e pensou que essa ionização era uma propriedade do ar. Só
depois de 1922, Hess mostrou que a carga no ar atmosférico era causada pelos
raios cósmicos oriundos de fora de nossa atmosfera.
Em 1910, Wilson decidiu usar a câmera para
documentar os traçados das partículas ionizadas em movimento. Uma partícula
ionizada deixa um traço de íons na sua passagem, formando gotículas que mostram
sua trajetória. Wilson construiu uma nova câmera na primavera de 1911 e
apresentou as primeiras fotografias à Royal Society. A seguir, Wilson modificou
a câmera para que funcionasse sem que houvesse turbulência de ar no seu
interior para evitar distorções nos traçados. Ele protegeu a câmera por meio de
um campo elétrico externo para eliminar toda a ionização do ar pelo que, hoje
sabemos, é causada pelos raios cósmicos e, assim, fotografou somente os
traçados na trajetória das radiações estudadas. Essa câmera fotografava íons
formados num tempo de um quadragésimo de segundo depois da passagem do íon. Com
essa câmera foram estudados as trajetórias das radiações alfa (que forma linhas
retas espessas), beta (que forma linha retas finas), gama e X (que formam
nuvens compostas por trajetos irregulares).
Esquema da Câmera de Wilson
Wilson descreveu a nova câmera para Royal
Society em 1912. A nova câmera de nuvens é, em resumo, um cilindro de vidro com
16,5 cm de diâmetro e 3,4 cm de profundidade. Suas paredes são revestidas com
gelatina, com a base pintada de preto para fornecer um fundo negro para as
fotografias. O assoalho da câmera é fixado ao topo de um êmbolo de latão, que
pode deslizar livremente no interior de um cilindro externo, também de latão.
Em tudo isso, encontra-se uma fina camada de água para manter o ar saturado com
vapor.
Câmera Gama no Museu de Cavendish
Rutherford referiu-se à câmera de nuvens como “the most original and
wonderful instrument in scientific history”.
Como veremos mais adiante nessa exposição,
a câmera de Wilson foi o primeiro instrumento usado para a medida da radioatividade
aplicada a um ser humano na experiência realizada em 1925 por Hermann L.
Blumgart.
Em associação com Wilson, as câmeras de
nuvens passaram a ser fabricadas comercialmente pela The Cambridge Scientific
Instruments Company e permaneceram como o principal detector nos estudos dos
traçados de trajetória de partículas e raios γ e até a invenção das câmara de
bolha em 1950.
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MÉDICO –
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