Radiação: sua descoberta, classificações e aplicações
A necessidade de medir doses de radiação ionizante, que é essência dos serviços de dosimetria, surgiu a partir da descoberta da radioatividade, em 1896, pelo físico francês Antoine Henri Becquerel, a partir de um estudo com sais de urânio.
Essa descoberta veio somar-se a resultados obtidos pelo físico alemão Wilhelm Conrad Röntgen, que, no ano anterior, pesquisando sobre a propagação dos raios catódicos, havia produzido radiação eletromagnética em comprimentos de onda de raios X, nome utilizado em referência à designação matemática para algo que era, até então, desconhecido. O feito rendeu-lhe o Prêmio Nobel de Física em 1901.
Na mesma época, contribuições também decisivas para o estudo da radioatividade e dos elementos capazes de produzi-la foram dadas pelo casal de cientistas Pierre e Marie Curie, ele francês e ela polonesa. Junto a Becquerel, o casal recebeu o Prêmio Nobel de Física de 1903 — e Marie ainda receberia, em 1911, também o Prêmio Nobel de Química, em reconhecimento por sua contribuição na identificação dos elementos químicos polônio e rádio como fontes radioativas.
O que são radiações e como classificam
O fenômeno físico da radiação pode ser definido como energia em movimento, ou seja, a propagação ou trânsito de uma partícula ou onda eletromagnética entre um ponto e outro do espaço, seja através do vácuo ou de um meio material qualquer.
Sua fonte pode ser natural, como a luz do Sol, ou artificial, quando emitida por equipamentos utilizados em procedimentos médicos e industriais que emitem, por exemplo, os chamados raios-X.
Ao propagar-se, a energia interage com a matéria e com os corpos localizados no ambiente que desenvolvem sua trajetória e, assim, deposita neles uma determinada quantidade ou dose de energia, dependendo do tipo de radiação e do meio em que se propaga.
Em geral, a radiação pode ser classificada em duas categorias principais, conforme o elemento condutor de energia a ela relacionado. São elas:
- Radiação corpuscular, propagada por meio de partículas subatômicas, como elétrons, prótons e nêutrons, e caracterizada por sua carga, massa e velocidade.
- Radiação eletromagnética, que se propaga através de um campo elétrico e magnético, na forma de uma onda eletromagnética, caracterizada por seu comprimento de onda ou sua frequência que caracterizam as diferentes faixas do espectro eletromagnético.
Entenda melhor o que é a radiação eletromagnética
As propriedades da energia eletromagnética foram descritas, originalmente, pelo físico escocês James Clerk Maxwell e confirmadas experimentalmente pelo seu colega alemão Heinrich Hertz, na segunda metade do século 19. Esse tipo de radiação pode ser compreendida como uma oscilação em fase dos campos elétricos e magnéticos em que a energia se propaga, na forma de uma onda, classificada de acordo com sua frequência, em diferentes faixas do espectro eletromagnético. No extremo de baixa frequência, estão as ondas de rádio, passando pelas microondas, radiação infravermelha, até a luz visível, situada no centro do espectro. As ondas de alta frequência energética começam na faixa da radiação ultravioleta, chegando até os raios X e a radiação gama, de alta frequência.
Outras classificações adotadas cientificamente levam em conta, ainda, a fonte, os efeitos e o tipo de radiação. Em relação a suas fontes emissoras, é possível distinguir, por exemplo, a radiação solar, emitida por uma estrela, como o Sol, e a radioatividade de certos elementos químicos que, natural ou artificialmente, são capazes de emitir energia. Já em relação aos efeitos gerados, as radiações podem ser classificadas como ionizantes ou não ionizantes. Entenda a diferença:
- Radiação ionizante, em geral, é aquela que tem energia suficiente para provocar ionização em átomos e moléculas, tornando eletricamente carregado o meio físico em que penetra. Alguns tipos de radiação ionizante são as partículas alfa e beta, os raios gama, raios-X.
- Radiação não ionizante, em contrapartida, possui níveis de energia mais baixos e, por isso, geralmente, não são capazes de produzir efeitos elétricos significativos em átomos e moléculas. Exemplos comuns de radiação não ionizante são a luz visível, as ondas de rádio e microondas.
Entenda melhor o que são radiações ionizantes
As radiações ionizantes são caracterizadas por altos níveis de energia e originam-se do núcleo de alguns átomos. Ao se propagarem, elas possuem o efeito de alterar o estado físico de outros átomos, causando a perda de elétrons e tornando-os, assim, eletricamente carregados. Para que uma radiação seja classificada como ionizante, sua energia mínima típica deve ser de cerca de 10 eV (elétron-volt). Radiações situadas na porção mais energética da faixa ultravioleta do espectro eletromagnético, ou acima dela, são consideradas ionizantes, assim como partículas de alta energia, como prótons e elétrons. Seus efeitos podem ser danosos para as células, afetando o material genético e causando doenças graves, como o câncer.
Por fim, radiações também podem ser classificadas de acordo com seus diversos tipos, ou características energéticas. Eles incluem as radiações alfa, beta, gama, raios-X e de nêutrons. Veja, a seguir, o que caracteriza cada um desses tipos de radiação:
- Radiação alfa (α): também chamada de partícula alfa, é derivada do elemento hélio, sendo produzida principalmente nos decaimentos de elementos como o urânio, rádio, plutônio e tório; têm alcance pequeno e velocidade relativamente baixa, podendo ser facilmente blindadas, por exemplo, com uma simples folha de papel.
- Radiação beta (β): mais penetrantes do que as partículas alfa, a radiação beta constitui-se por elétrons emitidos através do núcleo estável de um átomo e perde energia ao passar por um meio material, ionizando, assim, os átomos localizados em sua trajetória; tem alta velocidade e podem ser blindadas com alumínio ou plástico.
- Radiação gama (γ): trata-se de uma onda eletromagnética de alta frequência, que se propaga à velocidade da luz, com alto poder de penetração; é produzida por elementos radioativos, em processos subatômicos e fenômenos astrofísicos. Ao atravessar uma substância, a radiação gama penetra na matéria mais profundamente do que os tipos alfa e beta e se choca com suas moléculas, podendo causar danos ao núcleo das células.
- Radiação X: também chamada de raios-X, é uma onda eletromagnética de comprimento pequeno, com características físicas e poder de penetração semelhantes às dos raios gama, mas diferindo destes por se formarem fora, e não dentro, do núcleo atômico; são amplamente usados na área da saúde, para realização de exames médicos de diagnóstico por imagem; assim como os raios gama, podem ser blindados com uso de chumbo.
- Nêutrons: são partículas elementares eletricamente neutras (daí o seu nome), porém capazes de transferir energia indiretamente para outras partículas, produzindo ionização; a radiação de nêutrons propaga-se por grandes distâncias até atingir, penetrar e interagir fisicamente com o núcleo dos átomos e pode ser blindada com água, concreto, parafina e outros materiais ricos em hidrogênio.
Aplicações das radiações ionizantes
As radiações ionizantes e as tecnologias delas derivadas possuem múltiplas aplicações em diversos contextos profissionais e por isso assumem, há décadas, uma importância econômica crucial, sobretudo na área da saúde e em setores científicos e industriais, por exemplo, em hospitais, clínicas, fábricas, usinas e instituições de ensino e pesquisa.
O uso de radiações ionizantes na medicina teve início ainda na primeira metade do século 20, ao mesmo tempo em que se desenvolviam estudos mais detalhados sobre suas propriedades físico-químicas e os efeitos de sua aplicação em práticas de diagnóstico e tratamento. A partir dos anos 1930, nos Estados Unidos, essas aplicações passaram a estar sujeitas a regulações governamentais, considerando a exposição de humanos à radiação.
O emprego de raios-X em técnicas de diagnóstico por imagens está, até hoje, entre as aplicações mais comuns e disseminadas de radiações ionizantes em contextos profissionais, constituindo inclusive uma especialidade médica, a radiologia. Elas também estão presentes na tomografia computadorizada e em práticas de medicina nuclear com o uso de radionuclídeos, uma espécie de átomo instável que degenera para emitir radiações ionizantes. Na área terapêutica, o uso de radiação também se destaca, por exemplo, na radioterapia para combate ao câncer, incluindo o uso de fontes emissoras de raios gama.
Na indústria, radiações ionizantes podem ser aplicadas como métodos para medição de níveis, espessuras e alterações nas propriedades físicas, na composição e na caracterização de materiais empregados em processos produtivos. Um exemplo é a técnica de radiografia de peças metálicas, também chamada de gamagrafia industrial, adotada por empresas aéreas para inspecionar asas e turbinas de aviões e verificar se há fadiga no material; ou então, na construção de gasodutos, para detectar defeitos como bolhas e rachaduras em soldas ou na tubulação. Outra forma de aplicação industrial é o uso de radioisótopos para detectar vazamentos hidráulicos, para medir a espessura e indicar falhas em lâminas metálicas, ou medir o desgaste de frisos de pneus.
Esse interesse econômico vai ainda além. No setor da construção civil, radiações ajudam a monitorar a segurança de instalações e equipamentos e, assim, a prevenir acidentes. Na agricultura, elas são aplicadas como técnicas de conservação biológica e seleção de material genético. Também se utilizam essas fontes de energia para a definição de padrões em metrologia, com relógios de alta precisão, e em atividades de segurança, para controle de fronteiras, detecção de fumaça e prevenção de incêndios. Usinas nucleares empregam radiação para a geração de energia elétrica. Universidades e institutos de pesquisa também as utilizam em diversas áreas de investigação científica, gerando novas tecnologias e produzindo conhecimento.
