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Usina Nuclear Isar, Alemanha

Piscina de combustível nuclear usado

Turbina de uma usina nuclear

Radiação ionizante

Radiação ionizante

Uma radiação ionizante é aquela radiação formada por fótons ou partículas que, ao interagir com a matéria, produzem íons, sejam eles direta ou indiretamente.

Exemplos de radiação eletromagnética ionizante:

  1. Os raios ultravioleta de maior energia.
  2. Raios-X e raios gama

Exemplos de radiação ionizante corpuscular:

  1. Radioatividade alfa.
  2. A deterioração beta.

A luz visível e os raios infravermelhos não são radiação ionizante, nem as ondas de rádio.

Essas radiações foram descobertas por Wilhelm Conrad Röntgen em 1895. Desde então, eles têm sido utilizados em aplicações médicas e industriais. Apesar da variedade de usos, a radiação ionizante apresenta um risco à saúde se as medidas corretas não forem tomadas contra a exposição indesejada. A exposição à radiação ionizante causa danos aos tecidos vivos e pode causar mutações, doença aguda da radiação, câncer e morte.

No campo da medicina nuclear, a aplicação mais conhecida dos dispositivos de raios X ou o uso de fontes de radiação na área médica, tanto no diagnóstico (cintilografia) quanto no tratamento (radioterapia em oncologia, por exemplo) por o uso de fontes ou aceleradores de partículas.

A radiação ionizante é invisível e não é diretamente percebida pelos sentidos humanos. Por esse motivo, são necessários instrumentos para detectar radiação, como contadores Geiger. No entanto, pode causar a emissão de luz visível imediatamente após a interação com a matéria, como na radiação e radioluminescência de Cherenkov.

Qual é a origem da radiação ionizante?

A radiação ionizante pode ter uma origem natural ou artificial. Naturalmente, algumas substâncias radioativas podem emitir radiação espontaneamente. Por outro lado, existem geradores artificiais, como geradores de raios-X e aceleradores de partículas.

Alguns elementos são mais adequados que outros para produzir esse tipo de reação. É o caso do urânio-235, com tendência a absorver qualquer nêutron que colida com ele. Quando isso ocorre, o urânio-235 aumenta de peso, fica mais instável e acaba quebrando em vários fragmentos, liberando outros nêutrons.

Se esses nêutrons são absorvidos, por sua vez, por outros átomos de urânio-235, energia suficiente é liberada  para gerar mais reações. Então,  ocorre uma sequência de reações em cadeia. Essas divisões do núcleo de átomos são chamadas de fissão nuclear e geram quantidades significativas de radioatividade e energia.

Na realidade, essas reações de fissão nuclear são as que são geradas nos reatores nucleares, para que o restante da usina nuclear possa converter essa energia em eletricidade.

O que é radiobiologia?

A radiobiologia é o campo interdisciplinar da ciência que abrange as consequências biológicas da radiação ionizante e não ionizante através do espectro de ondas eletromagnéticas. Este campo inclui radioatividade (alfa, beta e gama), raios X, raios ultravioleta, luz visível, microondas e ondas de rádio.

Além disso, a radiobiologia estuda radiação de baixa frequência (usada na transmissão elétrica alternada, radiação térmica por ultra-som (calor) e modalidades relacionadas. A área foi fundada por Louis Harold Gray.

Em resumo, a radiobiologia estuda como a radiação ionizante interage com a matéria viva e os efeitos que ela produz.

Quais são os efeitos físicos da radiação ionizante?

Podemos classificar os efeitos físicos da radiação ionizante em:

  • Efeitos nucleares
  • Efeitos químicos
  • Efeitos elétricos

Efeitos nucleares

Nêutrons (partículas subatômicas), raios alfa e raios gama extremamente energéticos (> 20 MeV) podem causar transmutação nuclear. Os mecanismos relevantes são a ativação de nêutrons e a foto decadência.

Um número bastante grande de transmutações pode alterar as propriedades macroscópicas e fazer com que os alvos se tornem radioativos, mesmo após a remoção da fonte original.

Efeitos químicos

A radiação ionizante que interage com as moléculas pode levar a:

  • Radiolise (quebra de ligações químicas)
  • Formação de radicais livres altamente reativa. Esses radicais livres, que possuem um elétron não emparelhado, podem reagir quimicamente com os elementos vizinhos, subtraindo um elétron deles, mesmo após a radiação original ter parado.
  • Destruição de redes cristalinas, tornando-as amorfas.
  • Acelerar reações químicas, como a polimerização, que ajudam a obter a energia de ativação necessária para a reação.

Em vez disso, existem alguns elementos que são imunes aos efeitos químicos da radiação ionizante, como fluidos monoatômicos que não possuem ligações químicas para romper e que não interferem na estrutura cristalina.

Por outro lado, compostos biatômicos simples com entalpia altamente negativa, como ácido fluorídrico, se reformam rápida e espontaneamente após a ionização.

Efeitos elétricos

A ionização de materiais aumenta temporariamente sua condutividade, afetando a  eletrônica dos átomos . Esse é um risco particular em microeletrônica de semicondutores, com o risco de correntes atrasadas introduzirem erros operacionais. A microeletrônica de semicondutores é usada em equipamentos eletrônicos.

No caso de fluxos altos, o próprio dispositivo está permanentemente danificado. A radiação de próton existente no espaço também pode alterar significativamente o estado dos circuitos digitais.

Os dispositivos destinados a ambientes de alta radiação podem ser fabricados para resistir a esses efeitos através do design, seleção de materiais e métodos de fabricação. Esses dispositivos são comumente usados ​​em equipamentos espaciais (extra-atmosféricos) e para a indústria nuclear.

Na realidade, os circuitos mais complexos usados ​​pelo software conseguem compensar os erros devido à irradiação.

Que efeitos a radiação tem na saúde?

A radiação ionizante pode afetar os tecidos biológicos e, portanto, a saúde.

Os danos que isso pode causar aos tecidos biológicos são de vários tipos e estão divididos em:

  • Dano somático determinístico. Os efeitos determinísticos envolvem altas doses de radiação em grandes porções do corpo.
  • Dano somático estocástico. Efeitos não determinísticos ocorrem em baixos níveis de exposição à radiação. Nesse caso, o dano é estatístico. Ou seja, é possível prever a proporção de uma determinada população de pessoas expostas que será afetada, mas impossível saber como isso afetará cada pessoa individualmente.
  • Dano genético estocástico. Esses danos descrevem as alterações genotípicas herdadas resultantes de mutações nos genes ou cromossomos das células germinativas.

Dano somático refere-se ao dano que ocorreu nos tecidos do indivíduo irradiado. Por outro lado, dano genético refere-se a dano que afetará as gerações futuras. 

Os atuais regulamentos antipoluição estabelecem limites estritos à exposição individual, que também envolvem a exposição a materiais de construção comuns, como o tufo (que libera fumaça de radônio).

    Efeitos da radiação alfa na saúde

    A radiação alfa tem um baixo poder de penetração, portanto é facilmente interrompida pela camada superficial das células mortas da pele. Nesse sentido, a pele desempenha uma função de  proteção radiológica,  portanto, não é perigosa para o ser humano em casos de radiação externa.

    Em vez disso, a radiação alfa se torna perigosa em situações em que a fonte radioativa é inalada ou ingerida (radiação interna) porque, nesse caso, pode danificar diretamente os tecidos radiossensíveis.

    Efeitos da radiação gama na saúde

    Por outro lado, a radiação gama (fótons), que possui um poder de penetração muito alto, pode ser perigosa para os seres vivos, mesmo em situações de radiação externa. A quantidade de radiação absorvida por um corpo é chamada de dose absorvida e é medida em cinza.

    Quais são as fontes de radiação ionizante?

    Fontes naturais:

    • Decaimento radioativo espontâneo de radionuclídeos.
    • Reações termonucleares, como o sol.
    • Reações nucleares induzidas como resultado da entrada no núcleo de partículas elementares de alta energia ou fusão nuclear.
    • Raios cósmicos.

    Fontes artificiais:

    • Radionuclídeos artificiais.
    • Reatores nucleares.
    • Aceleradores de partículas (geram fluxos de partículas carregadas, bem como radiação de fótons bremsstrahlung).
      • Aparelho de raio-X como um tipo de acelerador, o freio gera raios-X.

    Radioatividade induzida

    Como resultado da irradiação e da reação nuclear induzida correspondente, muitos átomos estáveis ​​se tornam isótopos instáveis.

    Como resultado dessa irradiação, uma substância estável se torna radioativa e o tipo de radiação ionizante secundária será diferente da exposição inicial. Este efeito é mais pronunciado após a irradiação de nêutrons.

    A cadeia de transformações nucleares

    No processo de desintegração ou síntese nuclear, surgem novos nuclídeos, que também podem ser instáveis. O resultado é uma cadeia de transformações nucleares.

    Cada transformação tem sua própria probabilidade e seu próprio conjunto de radiação ionizante. Como resultado, a intensidade e a natureza da radiação de uma fonte radioativa podem variar significativamente ao longo do tempo.

    Referências

    Efeitos biológicos da radiação - Dosimetria  (es - pdf)

    Autor:

    Data de publicação: 28 de novembro de 2019
    Última revisão: 21 de março de 2020