Fisicamais.com Aula de aprendizagem da radioatividade no ensino médio

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Aula de aprendizagem da radioatividade no ensino médio (fisicamais.com)

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Fisicamais.com Aula de aprendizagem da radioatividade no ensino médio

  1. 2. Radiações ionizantes e a vida ! CNEM ( COMISSÃO NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR) Radiação; efeitos, riscos e benefícios A tecnologia voltada para as ondas eletromagnéticas.
  2. 3. Agradecimentos Ao meu pai, o senhor Dario de Oliveira Melgaço, minha mãe professora Leopoldina de Araújo Melgaço, e aos meus irmãos, pois é graças ao incentivo de todos eles que pude caminhar e enfrentar tantos obstáculos para poder chegar até aqui e conquistar as vitórias de forma digna.Mas ainda falta muito e é através do apoio de todos eles que pretendo seguir sempre em frente nesta minha grande jornada.
  3. 4. Alunos do ensino médio: Aliene Rosa de Andrade Vilaça; Ana Carolina de Castro Ramos; Estevão Tadeu Sarmento Oliveira. À professora Gabriela Maciel Marinho ; e à minhas ex alunas e funcionárias da câmara municipal Elisângela Barbosa , hoje formada em técnico em radiologia e a Fabiana Barbosa, que não mediram esforços para a realização desta palestra,e ao locutor da rádio criativa FM,o Sr Lucas Resende, por ter feito tantos anúncios, e a presença das autoridades Militares.
  4. 5. A todos os alunos do ensino médio das escolas municipais,estaduais e particulares, principalmente da E. E. Viriato Melgaço , que vieram a colaborar com o bom desempenho deste projeto de pesquisa, respondendo aos questionários e assistindo à palestra
  5. 6. DEPARTAMENTO DE FÍSICA E QUÍMICA DA PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS COORDENADOR ; PROFESSOR DOUTOR JOSÉ ROBERTO FALEIRO .
  6. 7. COLABORADORES: Professor Doutor Flávio Resende de Jesus DFQ da Puc Minas Professor Mestre Tomás de Aquino Silveira DFQ da Puc Minas Professora Doutora Elizabeth Tavares Rodrigues em Física Nuclear da DFQ da Puc Minas Professora-assistente Doutora Emiko Okuno- Laboratório de Dosimetria ( instituto de Física da Universidade de são Paulo )
  7. 8. Realização, criação e apresentação ; Professor Guilherme de Araújo Melgaço, pesquisador em Física da Radioatividade e nanoparticulas A Radioatividade ensinada no Nível Médio Como forma preventiva, para que acidentes por falta de informações não venham a acontecer. Vamos conhecer um pouco sobre esse polêmico assunto?
  8. 9. O estudo da Física é importante porque essa ciência é uma das mais fundamentais. Cientistas de todas as disciplinas usam os conceitos da Física, desde os químicos , que estudam as estruturas das moléculas, até os paleontólogos que tentam reconstruir como os dinossauros caminhavam . O estudo da Física também é uma aventura. Ela pode ser instigante , algumas vezes frustrantes ,ocasionalmente laboriosa e, com frequência, significativamente compensadora e gratificante .
  9. 10. Ela instigará o seu senso estético e sua inteligência racional. Sir Isaac Newton (1642-1727 ), publica em 1687 sua obra pioneira “ PHILOSOPHIA NATURALIS PRINCIPIA MATHEMATICA ”, cuja introdução temos “ o tempo é absoluto e o espaço é euclidiano ”. Passados 218 anos, no início de 1905, Albert Einstein, então com apenas 25 anos de idade, formula a conhecida Teoria da Relatividade, onde” temos a “ dilatação do tempo ” e a “ contração do espaço ”
  10. 11. Newton usou idéias e observações de muitos cientistas que o precederam, tais como: Nicolau Copérnico, Astrônomo polonês ( 1473-1543), Johannes Kepler, astrônomo e matemático alemão ( 1571-1630 ) , Tycho Brahe,nasceu em Knudstrup, Dinamarca a 14 de dezembro de 1546, e faleceu em Praga, atual República Checa, em 24 de outubro de 1601 , estudou muita Astronomia, mas acabou por fazer Direito em Copenhague, era um estudioso assíduo de Ptolomeu.
  11. 12. E o mais especial de todos Galilei Galileu , grande físico, matemático e astrônomo , nasceu na Itália no ano de 1564, fez a descoberta da Lei dos Corpos e enunciou o Princípio da Inércia . Foi uns dos principais representantes do Renascimento Científico dos séculos XVI e XVII. Galileu foi o primeiro a contestar as afirmações de Aristóteles , que, até aquele momento, havia sido o único a fazer descobertas sobre a Física. Por sua visão heliocêntrica , o astrônomo italiano teve que ir a Roma em 1611, pois estava sendo acusado de herege, no tribunal da Inquisição , onde foi condenado e obrigado a ter de admitir que o heliocentrismo era uma hipótese.
  12. 13. As leis de Newton podem ser enunciadas de modo muito simples, embora alguns estudantes tenham dificuldade para entendê-las e utilizá-las. A razão é que, antes de estudar Física, durante anos no seu cotidiano, você jogou bola, empurrou caixas e fez dezenas de coisas que envolvem movimento. Nesse período você desenvolveu um “ SENSO COMUM ”. Este senso é relativo a noções sobre o movimento e suas causas. Porém, muitas dessas noções pautadas no “senso comum” não se sustentam perante uma análise lógica. O “ senso comum ” pode ocasionalmente induzir ao erro e a ajustar sua compreensão do mundo da Física de modo a
  13. 14. torná-la compatível com o que as experiências comprovam . Forças e Interação: Na linguagem cotidiana, exercer uma força significa “ puxar ou empurrar ”. Uma definição melhor é a de que uma força é uma interação entre dois corpos ou entre o corpo e seu ambiente. Quando uma força envolve o contato direto entre dois corpos, como o ato de puxar ou empurrar um objeto com a mão, ela é chamada de força de contato. A força “ Normal ” é exercida sobre um objeto qualquer por qualquer superfície com a qual ele tenha contato. O adjetivo “ Normal ”
  14. 15. significa que a força sempre age perpendicularmente à superfície de contato, seja qual for a forma dessa superfície. N N N Em todos os casos observamos que as setas que simbolizam a força Normal, sempre formando um ângulo de 90° com a superfície de contato. .
  15. 16. Uma das limitações da Física Clássica é a descrição de fenômenos físicos para partículas da ordem de 10 -10 m ( nanoparticulas ). A Física Moderna surgiu e desenvolveu –se, justamente, para preencher essa lacuna e melhor descrever esses fenômenos.
  16. 17. A radioatividade desempenhou um papel importante no desenvolvimento da Física Nuclear e Atômica. Não menos importante são suas aplicações na Medicina, na Agronomia e na indústria, e em pesquisas científicas. Em quase tudo hoje que envolve a tecnologia, basicamente estão envolvidas as ondas eletromagnéticas, sendo assim vivemos em um mundo cercado por elas.
  17. 18. Bem vindos ao micromundo “O curral Quântico”! Onde se vê um átomo de cobre cercado por 48 átomos de Fe . Microscopia de tunelamento de varredura.
  18. 19. sobre cobre (1993), de Eigler             Uma outra visão do curralquanticomicroscópio que são sensíveis a detalhes atômicos. Cada átomo de ferro aparece de forma pontiaguda, mostrando a interação da ponta do microscópio com os átomos. As cores são “ Falsas ”. Dentro do curral vemos ondas estacionárias formadas pelos elétrons da superfície do cobre.
  19. 20. Quando a relação entre a energia total de uma partícula e sua energia potencial é tal que classicamente a partícula estaria confinada a uma região limitada do espaço, pois senão a energia cinética excederia a energia total fora da região, a teoria de Schrödinger prevê que a energia total da partícula é quantizada . Quando a partícula não estiver confinada em uma região limitada, então a teoria prevê que a sua energia total pode apresentar qualquer valor . Explicando a Equação de Erwin Schrödinger
  20. 21. A imagem mostra as ondas estacionárias entre o átomo de cobre e os 48 átomos de ferro ao redor , da mesma forma como mostra a equação de Schrödinger .
  21. 22. Surge então a Mecânica Quântica Uma Física probabilística, capaz de explicar com detalhes, usando uma matemática algébrica, os movimentos e as “ incertezas ”, segundo Werner Heisenberg, 1927, das partículas subatômicas. O universo passa a ser visto com uma concepção diferente, a “ Matéria ”, explicada em detalhes, com leis, que até então não se podia explicar. A equação de onda de Erwin Schrödinger,1926 , conhecida pelo mesmo nome em sua homenagem, desempenha o mesmo papel na Mecânica Quântica do que as Leis de Newton na Mecânica Clássica.
  22. 23. 1900 ->Max Planck 1905 ->Albert Einstein Juntos iniciaram a formulação da “Teoria dos Quantas”, segundo essa teoria:{ a radiação eletromagnética é emitida e se propaga descontinuamente,em pequenos pulsos de energia, chamados pacotes de energia, quanta ou fótons. E assim, a onda eletromagnética apresenta também um caráter corpuscular. } Segundo Planck, os fótons associados a uma frequência “ f ” de luz, possuem a mesma energia “ E ”.
  23. 24. Energia diretamente proporcional à frequência f , isto é: E=h.f Em que h é uma constante universal, chamada constante de Planck, e vale h = 6,626076x10 -34 J.S = 4,135669x10 -15 eV.S Ћ constante de Planck normalizada, ou seja, h/2 π = 1,054573x10 -34 J.S = 6,582122x10 -16 eV.S , estamos entrando no micromundo, ou seja, na estrutura da matéria.
  24. 25. Ondas de DE Broglie 1924-> o avanço mais importante no entendimento da estrutura atômica. O físico francês Louis Victor de De Broglie ( 1892-1987 ) elétrons e prótons, são geralmente considerados partículas, podem em algumas situações se comportarem como ondas. Se uma partícula se comporta como uma onda, ela deve de ter um comprimento de onda “ λ ” e uma frequência “ f ”; assim temos: λ =h/p=h/m ѵ ; equação do comprimento de onda de De Broglie.
  25. 26. Os Fótons: Introdução: sempre que você estiver em contato com a luz, qualquer luz, você estará em contato com o fóton que são partículas elementares. Propriedades: os fótons não tem massa, não tem carga. O fóton viaja muito rápido, a velocidade do fóton é a velocidade limite, é absoluta ( 3,0 x 10 8 m/s ). Interações e colisões de fótons: os fótons colidem e interagem de uma maneira análoga às demais partículas. .
  26. 27. É isso que, afinal, justifica a classificação dos fótons como partículas. A evolução do conceito de fóton: como todas as partículas, os fótons exibem uma natureza dualística:onda-partícula. Os fótons em alguns fenômenos exibem mais claramente a natureza ondulatória ( como na interferência de Young ) e em outros se torna mais evidente a natureza de partículas( como o efeito fotoelétrico ). No cotidiano: portas de elevadores utilizavam células fotoelétricas para fechar
  27. 28. automaticamente. Lâmpadas que acendem automaticamente conforme a luminosidade. Demonstração: a luz é energia. Os raios de luz do sol transportam energia, de modo que se os concentrarmos numa região pequena, se torna de quantidade suficiente para queimar um pedaço de papel. Ex: podemos citar a lente uma lupa sobre um pedaço de papel direcionado para os raios do sol.
  28. 29. O princípio da incerteza de Werner Heisenberg ,afirma que, em geral, “não podemos determinar nem a posição nem o momento linear de uma partícula com uma precisão arbitrária grande, como é previsto pela física clássica”. Detalhe para os gráficos da função de onda, que representam uma função periódica senoidal .
  29. 30. Z Valor da constante universal de Planck h=6,6260x 10 -34 J.S X Y X i ; Y i ; Z i Geometria vetorial , um eixo de coordenadas tridimensional, mostrando os vetores unitários
  30. 31. Thomas Young Nascimento 13 de junho de 1773 Milverton Morte 10 de maio de 1829  (55 anos) Londres Nacionalidade Britânico Campo(s) Física , medicina , egiptologia
  31. 32. HISTÓRIA DAS RADIAÇÕES Inverno de 1895 descoberta experimental do RAIO X por WILHELM CONRAD RÖENTGEN , com 50 anos. ROENTGEN na verdade estudava descargas elétricas por meio de um tubo de raios catódicos. Esses raios na verdade são um feixe de elétrons, cuja natureza corpuscular foi descoberta por JOSEPH JOHN THOMSON em 1897 . ,
  32. 33. Efeitos da Radiação A absorção de Energia pelos Tecidos Raios X ; Físico alemão WWWI Wilhelm Conrad Roentgen 1895 ; quando trabalhava Com tubos de raios catódicos. 22 de Dezembro de 1895; mão de sua sua esposa primeira radiografia humana. Detalhe para o aparecimento do anel de casamento.
  33. 34. Através de descargas elétricas com voltagens elevadas, esses raios eram produzidos. Seus comprimentos de onda “ λ ”, menores do que os da luz, ninguém sabia explicar, o fato de que, quando os raios X colidiam com a matéria, os raios X espalhados apresentavam às vezes comprimentos de onda “ λ ”, mais longos do que os dos raios X originais?
  34. 35. Para responder tal pergunta Joseph John Thomson conseguiu medir a velocidade e a razão entre a carga e a massa ( q/m ), dessas partículas emitidas pelo catodo, descobrindo dessa forma a identidade de tais partículas, porém, o nome acabou por ficar como uma incógnita, dai o nome “ X ”.
  35. 36. 1º desenho feito por Young para representar a propagação ondulatória da luz no experimento das duas fendas . 2º desenho campos elétricos e magnéticos em uma onda de luz polarizada movendo-se para a direita.
  36. 37. Formação ponto a ponto, de Um padrão de interferências De elétrons. O arranjo da Fenda dupla, mostrado na figura, estaria associado a um quadro ondulatório ou corpuscular. A e B representando o lado corpuscular ( pontos ), C,D e E representam o lado ondulatório ( as franjas ), esta é uma visão Quântica.
  37. 38. A figura mostra um tudo de raios catódicos, onde o ar é todo retirado, ficando um vácuo. Também é conhecido como “ tudo de Crookes” , onde uma alta voltagem é aplicada, dando origem aos raios X, raios catódicos e a descoberta dos elétrons.
  38. 39. Sir William Crookes , desenvolveu um importante trabalho na área da “fenomenologia espírita” . Era dotado de invejável fibra de investigador, acabando por pesquisar os “ fenômenos mediúnicos ”.
  39. 40. Willian Crookes , nasceu em Londres, Inglaterra, no dia 17 de junho de 1832, considerado o maior químico daquele país, em 1879, foram-lhe outorgadas várias medalhas, recebendo o mais alto título do país, o de “ CAVALHEIRO ”,pela então rainha Vitória . O físico-químico , William Crookes, construiu um tubo em que dois eletrodos, colocados em extremidades opostas,atraiam partículas em alta ddp.
  40. 41. Mas quem são esses tais raios catódicos? Usando um dispositivo chamado tudo de Crookes onde todo o ar foi retirado do seu interior, ou seja, no vácuo. Esses raios são radiações onde os elétrons emergem do pólo negativo de um eletrodo, chamado catodo. Se propagam na forma de um feixe de partículas negativas ou elétrons acelerados. Só ocorre devido a “ ddp ” elevada entre os pólos, onde no interior do tubo contém um gás rarefeito e também devido ao efeito
  41. 42. termoiônico , ocasionado pelo metal que constitui o catodo. No tubo os raios catódicos produzem ionização nos gases que atravessam. Em função disto causam uma fluorescência nas paredes de vidro do tubo.Em algumas substâncias como o “ sulfeto de zinco ” e outros composto com “ fósforo(P) ”, os raios catódicos causam essa luminescência. O poder de penetração é baixo aquecendo as superfícies sobre as quais incidem e não dependem do gás.
  42. 43. Aqui já podemos ver uma alta ddp ligada ao tudo, que contém sulfeto de zinco, o que provoca o choque dos raios catódicos com as moléculas do referido gás, que está confinado, provocando essa luminescência esverdeada que podemos ver.
  43. 44. Efeitos da radiação ionizante em células 1902 primeiro caso de câncer radioinduzido 1911 Mais de 100 casos de câncer de pele 1927 Hermann Joseph Muller ( radiogenética ) a radiação ionizante pode afetar o patrimônio genético . O Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina - 1946 foi atribuído a ele, para a descoberta de Mutações por meio de raios X de irradiação. 2ª Guerra Mundial-(1945) avaliação mais detalhada. Radiobiologia - ênfase maior nas últimas décadas, tem como objetivo de estudo, os efeitos biológicos causados pelas radiações.
  44. 45. 1924-> A idéia da natureza dual das ondas eletromagnéticas conduziu ao conceito do fóton, também considerada na época uma idéia radical. A falta de êxito na explicação da estrutura atômica, indicava que uma revolução, na mecânica de partículas, seria necessária. A Hipótese de De Broglie foi o início dessa revolução. Após 1924, uma teoria detalhada, chamada Mecânica Quântica, foi desenvolvida por, Heisenberg, Schrödinger,Dirac,Born e outros
  45. 46. Nota: As radiações ionizantes existem no planeta Terra desde sua origem, sendo portanto um fenômeno natural . No início, as taxas de exposição a estas radiações eram certamente incompatíveis com a vida. Com o passar do tempo, os átomos radioativos, instáveis, foram evoluindo para configurações cada vez mais estáveis. Estabilidade de um átomo é quando este, através de ligações químicas, atingem 8 elétrons na última camada, o octeto.
  46. 47. Radiação é a forma de energia, emitida por uma fonte, e que se propaga de um ponto a outro sob a forma de partículas com ou sem carga elétrica, ou ainda sob a forma de ondas eletromagnéticas. A radiação possui energia suficiente para arrancar elétrons orbitais de um átomo neutro, transformando-os em um par de íons,por isso diz-se que ela é ionizante. O termo radiação ionizante , ou simplesmente radiação, é usado para designar tanto um feixe de partículas com ou sem carga elétrica quanto as ondas eletromagnética .
  47. 48. Apresentaremos aqui os tipos de e as características das Radiações. Serão apresentadas também a teoria dos Quantas e a dualidade onda-partícula que fazem parte dos conceitos da Física Moderna. Radiação: é a propagação de energia sob várias formas,sendo dividida em dois grupos : radiação corpuscular e radiação eletromagnética. Radiação corpuscular: a radiação sob a forma de partículas, constituídas de um feixe energético
  48. 49. de partículas, como por exemplo, elétrons,pósitrons, prótons, nêutrons, mésons π , dêuterons, partículas α etc. Algumas dessas partículas, tais como as partículas α , os elétrons e os pósitrons, são emitidos espontaneamente de núcleos atômicos, em busca de maior estabilidade energética.Esse fenômeno é chamado de desintegração ou decaimento nuclear,
  49. 50. e, como resultado de tal emissão o radionuclídio pode se transformar em outro elemento. Elemento Pai↔ primeiro elemento Elemento filho↔ segundo elemento Caso o elemento filho não tenha alcançado a estabilidade energética,ele também se desintegrará e assim por diante. MEIA VIDA ↔ intervalo de tempo no qual metade dos núcleos atômicos de uma amostra radioativa se desintegra.
  50. 51. Radionuclídeos é o mesmo que átomos com núcleos estáveis, que emitem radiação. Os radionuclídeos mais usados na Medicina Nuclear são o Tecnécio( Tc-99), o Iodo( I-131), o Iodo( I-123); Tálio ( Ta-201); o Gálio( Ga.-67); o Índio (In-111). Esses radionuclídeos são usados para obter imagem em Medicina Nuclear , pois emitem, de forma contínua, um sinal de raios gama que, por sua vez, têm associados sistemas de computadores que transformam a radiação gama emitida pelo doente numa imagem, “ a cintigrafia ”
  51. 52. e passando a bário metaestável. O núcleo deste último tem ainda energia em excesso e emite um raio gama de 0,662MeV, antes de se transformar em bário-137, estável. Muitos elementos não possuem “ radioisótopos naturais ”. Hoje em dia, entretanto, radioisótopos de todos os elementos podem ser produzidos artificialmente. ,
  52. 53. Por exemplo: veja o caso do césio-137 existente na natureza, ele é estável, com 55 prótons e78 nêutrons no núcleo, já o iodo-127, também natural, com 53 prótons e 74 nêutrons no núcleo. Atualmente mais de 15 radioisótopos de césio e 20 de iodo são produzido artificialmente , contendo mais ou menos nêutrons que seus isótopos estáveis.
  53. 54. . A partícula emitida por esses radioisótopos pode ser um elétron ou um pósitron , geralmente acompanhado de raios gama, dependendo do radioisótopo. .
  54. 55. Aqui já podemos ver como um pósitron pode surgir, um raio gama de alta energia, passa pelo núcleo, em seguida temos a formação do par elétron e pósitron.
  55. 56. Diagrama de Feynman para a interação de elétron e positron, processo conhecido Como aniquilação
  56. 57. A meia vida biológica , que é o tempo necessário para que metade dos átomos ingeridos ou inalados seja eliminadas biologicamente, independente de eles serem radioativos ou não. Portanto, todo radioisótopos de iodo são metabolizados pelo organismo da mesma forma que o iodo-127, que é estável.
  57. 58. Uma fonte radioativa contém muitos átomos E não há um modo de dizer quando um átomo irá se desintegrar Pode-se predizer que após um intervalo de tempo, chamado meia–vida T 1/2 metade dos núcleos ter-se-á desintegrado Cada radioisótopo tem sua meia-vida característica. Um radioisótopo com uma meia-vida longa decai mais lentamente do que um com uma meia-vida curta.
  58. 61. Radioterapia Baseia-se na destruição do tumor pela absorção da energia da radiação incidente, tendo como princípio maximizar o dano ao tumor e minimizar o dano em tecidos vizinhos, normais, o que se consegue irradiando o tumor em várias direções. A radioterapia se subdivide em teleterapia e braquiterapia. A teleterapia são tubos convencionais de raios X. A voltagem aplicada entre os eletrodos é no máximo de 250KV.Nesse caso a fonte radioativa é colocada a muitos cm da região a ser tratada.( câncer de pele).
  59. 62. Para uma voltagem de 200kV, a dose máxima ocorre na pele, decrescendo até atingir 50% a 5 cm de profundidade, 25% a 10 cm e sendo praticamente desprezível a 25cm. Por essa razão esses equipamentos são usados no tratamento do câncer de pele. Os raio X nessa faixa de energia ainda podem ser usados por seus efeitos térmicos na terapia de artrite, artrose, bursite ou até calos, e diminuir a rejeição no caso de transplantes. Empregam-se isótopos radioativos,como Ce-137; Co-60;
  60. 63. e o Ra-226. Braquiterapia nesse caso a fonte está em contato com o tecido a ser tratado ou nele implantado. Alguns materiais radioativos podem ser usados como Ra-226; Co-60; Cs-137; Ir-192, Au-198 Esse tipo de tratamento é muito usado no câncer ginecológico. Uma das vantagens da BRAQUITERAPIA é a de irradiar o tumor com dose alta e os tecidos vizinhos normais com dose mínima, bem menor que no caso da teleterapia. Aqui o espalhamento é mais controlado para não irradiar os tecidos próximos ao tumor.
  61. 64. Característica mais importante de algumas partículas e suas interações com a matéria As partículas α (alfa) As partículas alfas são constituídas por 2 prótons e 2 nêutrons, isto é, o núcleo do átomo de Hélio H 2 4 O alcance que é a distância percorrida por uma partícula em um dado meio até parar, no caso da partícula alfa de 3 MeV, por exemplo, possui um alcance, respectivamente,de 1,67, 1,00 x 10 -2 e 0,98 x10 -3 cm no ar, no tecido humano e no alumínio. As partículas alfa possuem, portanto, um pequeno poder de penetração, apenas conseguindo atingir a superfície da pele humana. .
  62. 65. As partículas beta ( β ) .As partículas betas são elétrons emitidos pelo núcleo de um átomo estável, sendo representado β -1 0 Uma partícula beta é mais penetrante. Ao emitir uma partícula beta, o núcleo tem a diminuição de um nêutron e o aumento de um próton. Bi 83 214 ->β -1 0 +Po 84 214 As partículas gama ( γ ) A radiação gama é formada por ondas eletromagnéticas emitidas por núcleos instáveis logo em seguida à emissão de uma partícula α ou β . Cs 55 137 ->β -1 0 + Ba 56 137 Ba 56 137 ->γ 0 0 + Ba 56 137
  63. 66. Nêutrons (n) os nêutrons são partículas sem cargas e não produzem ionização diretamente, mas o fazem indiretamente, transferindo energia para outras partículas carregadas que por sua vez, podem produzir ionização. São muito penetrantes, e podem ser blindados com materiais ricos em hidrogênio, como por exemplo, parafina e H 2 o
  64. 67. Radiação eletromagnética, ou radiação gama( γ ) é formada por ondas eletromagnéticas emitidas por núcleos instáveis logo em seguida à emissão de uma partícula α ou β . Cs 55 137 ↔β -1 0 + Ba 56 137 β emissor instável Ba 56 137 ↔ γ 0 0 + Ba 56 137 Instável estável São as Radiações Ionizantes, consideradas as mais penetrantes na interação com a matéria. A
  65. 68. Por outro lado, quando elétrons rápidos colidem com certos materiais, parte de sua energia, ou toda ela, é convertida em fótons de raios X neste caso denominamos radiação de freamento ou bremsstrahlung ( palavra de origem alemã, onde elétrons acelerados são freados bruscamente contra um alvo. BREMSEN= FREAR; STRAHLUNG= RADIAÇÃO ) É o que ocorre com os tubos de raios X usados por exemplo, para tirar radiografias.
  66. 69. . Cabe mencionar, portanto, que a emissão de radiação X cessa quando o tubo é desligado da tomada elétrica, enquanto é impossível impedir a emissão de radiação por uma fonte radioativa. GRANDEZAS E UNIDADES DE FÍSICA DA RADIAÇÃO: 1eV= 1,602 x 10 -19 J
  67. 70. Exposição: 1928 ; 1ª grandeza a ser introduzida nesta área específica da Física, muito confusa. 1962; conseguiram eliminar a confusão, após várias tentativas. A Exposição é uma grandeza que caracteriza o feixe de raio X e gama , e mede a quantidade de carga elétrica produzida por ionização, no ar, por essa radiação, por unidade de massa de ar. A primeira unidade adotada é o Roentgen (R) 1985; substituída no S.I.pelo ( C/Kg) que é o Coulomb por quilograma, sendo 1 R= 2,58 x10 -4 C/kg ; uma exposição típica para radiografar o abdômen é de 0,15mC/Kg( milésimo de Coulomb Por quilograma ), que corresponde a 0,6R.
  68. 71. DOSE ABSORVIDA : A exposição foi definida em termos de ionização no ar, inútil em “Radioterapia”. 1950; uma nova grandeza, “ a dose absorvida ” que é a energia cedida pela radiação ionizante à matéria por unidade de massa dessa matéria. Sua unidade de medida é o “rad”, foi definida de tal forma que uma exposição á radiação X ou gama de 1 R resultasse em uma dose absorvida pelo tecido mole de aproximadamente 1 rad, sendo 1 rad = 0,01J/Kg.
  69. 72. A dose absorvida varia de pessoa para pessoa, mesmo quando as atividades administradas forem iguais. Isso porque no cálculo da dose são levados em conta a geometria do órgão, a estatura e o peso do paciente, o metabolismo do composto pelo órgão em estudo, além das características físicas do radioisótopo e do intervalo de tempo em que o radioisótopo ficou no órgão. A meia vida efetiva é então calculada por: T ef 1/2 =( T bio 1/2 )(T fís 1/2 )/T bio 1/2 +T fís 1/2
  70. 73. MEIA VIDA ; a meia vida ( T 1/2 ) de um Elemento radioativo é o intervalo de tempo após o qual o número de átomos radioativos existentes em uma certa amostra fica reduzido à metade. Pode ser chamada também período de semidesintegração n= n 0 /2 x m= m 0 /2 x O gráfico de “n” em função de “t” é uma curva com um decaimento exponencial , n=n 0 .e -ct
  71. 74. No S.I., o Gray ( Gy), sendo que 1Gy = 1J/ Kg = 100rad. Em radioterapia uma dose típica absorvida pelo tumor é de 2 Gy ( 200rad ) por aplicação . DOSE EQUIVALENTE : para mesma dose absorvida, entretanto, o efeito biológico poderá ser maior ou menor, dependendo do tipo de radiação . 1975 ; recomendada a substituição do rad por uma nova unidade
  72. 75. 1962; foi introduzida uma grandeza especial para fins de “ Proteção Radiológica ”, que é calculada multiplicando-se a dose absorvida por uma fator numérico “ adimensional ” chamado fator de qualidade. Esse fator considera que quanto maior o número de ionizações produzidas por unidade de comprimento, maior é o dano.
  73. 76. . Para prótons, nêutrons, partículas alfa e íons mais pesados recomenda-se o uso do valor 25 para o fator de qualidade, enquanto para os raios beta emitidos pelo trítio recomenda-se valos 2 , e para raios X, gama e elétrons com energia superior a 0,030MeV ,que é o tipo de radiação a que mais nos expomos, o valor é 1
  74. 77. ATIVIDADE; a atividade de uma amostra radioativa é o número de desintegrações nucleares de seus átomos, na unidade de tempo. A atividade de uma fonte radioativa diminui para a metade do valor anterior após cada meia-vida física. Esse tipo de diminuição é denominado decaimento exponencial. A unidade de atividade no S.I. é o Becquerel (Bq), 1 Bq é igual a uma desintegração por segundo. O Bq substituiu o Ci, que foi definido como sendo a atividade de 1g de rádio: 1Ci= 3,7 x10 10 Bq
  75. 80. RADIAÇÃO DA NATUREZA É possível imaginar que em nosso corpo, a cada minuto, cerca de um quarto de milhão de á tomos est á se desintegrando, emitindo radia ção ? É exatamente isso que ocorre. Toda vida em nosso planeta está exposta à radiação natural. Nossos antepassados estiveram expostos a ela, e nós também estamos , queiramos ou não. Quando nosso corpo é exposto a radiação de fora para dentro, dizemos que a exposição é externa, e o contrário, interna .
  76. 81. EXPOSIÇÃO EXTERNA A grande parte da radiação a que estamos submetidos, deve-se a exposição externa, da qual cerca da metade deve-se à radiação CÓSMICA . A outra metade, radionuclídeos naturais. A Radiação Cósmica primária provém do espaço interestelar e no topo da atmosfera é constituída de prótons( 85% ) , partículas α ( 14% ), e núcleos de números atômicos entre 3 e 26( 1%). São extremamente energéticas, em média de 10 GeV .
  77. 82. e na sua interação com os núcleos atômicos da atmosfera produzem outras partículas. Esta exposição depende da localidade, ao nível do mar, cerca de 75% é constituída por múons , que resultam do decaimento dos mésons pi . O restante é constituído de elétrons e fótons. Devido ao campo magnético da terra ,essas radiações são mínimas na região do Equador e máxima na região dos pólos. ( também chamado de cinturão de Van Alle ).
  78. 83. Campo magnético da Terra ( cinturão de Van Alle )
  79. 84. Aqui podemos observar o porque nos pólos da Terra os níveis de radiação cósmica é de maior intensidade.
  80. 85. Como a atmosfera terrestre atenua a radiação cósmica, sua intensidade é tanto maior quanto for a altitude. A intensidade da radiação cósmica a 2.000 e 3.000 m de altitude é respectivamente cerca de duas a três vezes maior do que aquela ao nível do mar. Dose equivalente para pessoas que vivem de zero a 200m é da ordem de 0,27mSv ao ano. Em altitudes de 200 a 1800m, varia de 0,28 a 0,52 mSv ao ano. OBS. uma pessoa está sujeita a uma dose equivalente extra devida a radiação cósmica de
  81. 86. 0,025mSv ao viajar durante 5 horas em um avião a jato. As maiores “ anomalias ” nas concentrações de minerais radioativos no solo tem sido encontradas nas areias “ Monazíticas ” nas praias de Gurapari, nas minas de tório de Poços de Caldas. { Monazita=mineral de cor marron-amarelada e avermelhada, que às vezes se encontra dissolvidos na areia }. Em certos lugares de Gurapari,os níveis de radiação chegam a ser 10 vezes acima da radiação “normal” existente na
  82. 87. natureza, e o valor da dose equivalente anual devido a radioatividade terrestre natural depende do local da terra e varia de 0,28 a 8,oo mSv., sendo a média de 0,40mSv. Exposição Interna ; devida a radionuclídeos que são inalados ou ingeridos e contribui com uma dose equivalente anual de 0,18mSv
  83. 88. Dos três isótopos de potássio existentes na natureza, somente o potássio-40, com uma abundância relativa de 0,0118%, é radioativo. Responsável por uma dose equivalente anual média de 0,17mSv. Ameia-vida física do potássio-40 é de 1,6 bilhão de anos, e a meia-vida biológica é de 58 dias. Concentra-se mais nos músculos do corpo humano a uma taxa de 2g por quilo de músculo. A atividade do potássio-40, em uma pessoa de 70Kg é da ordem de 3.700Bq, isto é, a cada segundo ocorrem 3700 desintegrações nucleares .
  84. 91. EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES IONIZANTES Os efeitos biológicos da radiação são consequência de uma longa série de acontecimentos que se inicia pela excitação e ionização de moléculas no organismo. Há dois mecanismos pelos quais as alterações químicas nas moléculas são produzidas pela radiação: ( efeitos diretos e indiretos .) Efeitos Diretos; a radiação age diretamente Sobre uma biomolécula, tal como o DNA, danificando o material genético. Efeitos Indiretos; moléculas como a da água, Que constituem 70% das células, são quebradas
  85. 92. pela radiação. Seus produtos, como radical, livre “ hidroxila OH ” e o Oxidante Peróxido de hidrogênio, comumente conhecido como água oxigenada Causam danos biológicos à célula ao atacar biomoléculas importantes da células. Em resumo, quando a radiação passa através do corpo 4 tipos de eventos podem ocorrer: 1º) A radiação passa próximo ou através da célula sem produzir danos. 2º) A radiação danifica a célula, mas ela é reparada adequadamente.
  86. 93. 3º) A radiação mata a célula e a torna incapaz de se reproduzir. 4º) O núcleo da célula é lesado,sem, no entanto, provocar morte celular. A célula sobrevive e se reproduz na sua forma modificada, podendo se diagnosticar, anos mais tarde, células malignas nesse local.
  87. 94. Efeitos biológicos : muitos-anos, é a resposta natural do organismo a um agente agressor, não constitui necessariamente em doença. Ex: redução de leucócitos. Efeitos orgânicos : são as doenças. Incapacidade de recuperação do organismo devido à frequência dos efeitos biológicos. Ex: catarata, câncer, leucemia. Efeitos da radiação ionizante nos seres humanos: 1º) Classificação segundo a Dose Absorvida: Estocásticos ou determinísticos. 2º) Classificação segundo o tempo de manifestação: Imediatos ou Tardios 3º) Classificação segundo ao Nível de dano : Somáticos ou Genéticos.
  88. 96. <ul><li>Efeitos estocásticos : </li></ul><ul><li>Leva à transformação celular . Sua causa deve-se a alteração aleatória do DNA de uma única célula que continua a se reproduzir. Quando o dano ocorre em célula germinativa, efeitos genéticos ou hereditários podem ocorrer. </li></ul><ul><li>Não apresenta limiar de dose : o dano pode ser causado por uma dose mínima de radiação. Tumores altamente malignos podem ser causados por doses baixas e outros benignos por doses altas . A severidade é constante e independente da dose. </li></ul>
  89. 97. <ul><li>Efeito Determinístico : </li></ul><ul><li>Leva à morte celular </li></ul><ul><li>Existe limiar de dose: os danos aparecem a partir de uma determinada dose. </li></ul><ul><li>A probabilidade de ocorrência e a gravidade do dano estão diretamente relacionadas com o aumento da dose. </li></ul><ul><li>Geralmente parecem num curto intervalo de tempo; Ex: catarata, leucopenia ( diminuição do número de leucócitos no sangue ) , náuseas, anemia, esterilidade, hemorragia, eritema e necrose. </li></ul><ul><li>. </li></ul>
  90. 98. Efeitos Somáticos e Genéticos : 1 ) EFEITOS SOMÁTICOS : São aqueles que ocorrem no próprio indivíduo irradiado. Podem ser divididos em efeitos imediatos e efeitos tardios . 2) Efeitos Genéticos : os danos provocados nas células que participam do processo reprodutivo de indivíduos que foram exposto à radiação, podem resultar em defeitos ou mal-formações em indivíduos de sua descendência
  91. 99. Danos radioinduzidos na molécula de DNA Pode ser responsável pela codificação da estrutura molecular de todas as enzimas da células, o DNA passa a ser uma molécula chave no processo de estabelecimento de danos biológicos. Sofrendo ação direta das radiações a molécula de DNA expõe dois tipos de danos:mutações gênicas e quebras .
  92. 101. De Acordo Com A LEI DE DIRETRIZES E BASES DA EDUCAÇÃO NACIONAL ( LDB) 9394/96 , a escola deve exercer um papel humanizador e socializador, além de desenvolver habilidades que possibilitem a construção dos conhecimentos e dos valores necessários à conquista da cidadania plena, o que deve ser uma referencia permanente no processo ensino-aprendizagem. O papel da escola é o de compreender que a educação é um processo contínuo, Permanente e de construção coletiva . A escola é o local ideal para a formação do caráter do indivíduo, pois trabalha com o conhecimento, com valores, atitudes e a formação de hábitos. Mas, não é isso que anda acontecendo. Além de pesquisas realizadas em ensino de Física, e também em escolas que eu mesmo andei visitando, como estagiário, e por onde lecionei ,
  93. 102. mostram que a preparação para a resolução de exercícios exclusivo para o vestibular é um ato comum nas escolas. Os livros didáticos também enfatizam os exercícios como memorização e valorização algébricas, para que o aluno aplique no vestibular. Outro detalhe importante em tudo isso, é que, para os pais, o vestibular tem lugar de destaque , sendo o único que serve como avaliador da escola e do ensino aplicado pelo professor.
  94. 103. Só se pensa no desempenho do aluno no vestibular e não no conhecimento básico que ele deverá de ter ao concluir o ensino médio. Se os responsáveis pelo aluno vêem que ele teve um bom desempenho no vestibular a escola confirmou o seu papel, como uma instituição educadora que gera conhecimento. A educação deixou de ser entendida como instrumento indispensável na formação do cidadão e vem sendo praticada como mero treinamento.
  95. 104. E este treinamento se torna um grande problema, já que os alunos são levados a memorizar e não a refletir e aprender os conceitos através de educações e conclusões, mesmo que para isso ele até receba ajuda do professor. E a alfabetização científica como fica? A alfabetização científica é importante para o pleno exercício da cidadania. A melhor justificativa para ensinar está nos valores que se passa para quem aprende, tais como, curiosidade, razão, verdade, etc. Um cientista, ao investigar a natureza tentando
  96. 105. compreendê-la e mudá-la, está mudando a si mesmo, crescendo como ser humano. Este processo contribui para tornar o ser humano mais crítico o que impotarta tanto ou mais do que o resultado que ele alcança. É esse tipo de processo que prepara o indivíduo para o desafio do novo. O espírito científico é indispensável a educação e a cidadania.
  97. 106. O ensino da Radioatividade cria essa expectativa, o novo, o diferente, a curiosidade. Para isso, nada melhor, que contar além do que foi exposto no início da apresentação, toda a história do surgimento da radiação. Da descoberta dos raios X por Wilhelm Conrad Roentgen, em 1895, mostrando toda a sua utilidade na medicina, na indústria e em pesquisas científicas. Poucas são as pessoas que atingem a fase adulta sem nunca ter tirado uma radiografia de uma parte do corpo ou de um dente.
  98. 109. A HISTÓRIA DA FAMÍLIA CURIE Henri Becquerel pertencia a uma ilustre família de cientistas. Seu avô, Antoine Becquerel, nascido em 1788, foi um importante investigador dos fenômenos elétricos e magnéticos , tendo publicado um grande tratado sobre o assunto. O pai de Henri, Edmond Becquerel (1821-1891), notabilizou-se por seus estudos a respeito das radiações ultravioleta e dos fenômenos de fosforescência e fluorescência. Especialmente de 1859 a 1861, estudara os sulfetos de cálcio, de bário, de estrôncio e outros.
  99. 110. Em 1903 ganhou o prêmio Nobel de Física, inclusive foi a primeira mulher a conseguir esta façanha. Esse mérito foi devido aos seus estudos sobre a radioatividade.Em 1911 recebe outro prêmio pela descoberta de Polônio e do Rádio. Apesar do domínio masculino, no mundo universitário, Maria Curie, conseguiu se destacar pelo seu interesse nas radioatividades. Maria Sklodowska Curie ( 1867-1934 ), polonesa que ao se casar com Pierre Curie, naturalizou-se francesa.
  100. 111. . Entre os materiais que estudou estavam incluídos alguns sais de urânio [6]. Marie Sklodowska nasceu em 1867 na Polônia . Em 1891 se mudou para Paris para estudar Química e Física na Sorbonne , onde conheceu o físico Pierre Curie, com quem se casou em 1895 .  No laboratório de seu pai, Henri Becquerel desenvolveu seu treino cientifico e realizou sua primeiras pesquisas - quase todas sobre óptica e muitas delas, no período de 1882 a 1897, sobre fosforescência
  101. 112. Marie Curie e Pierre trabalhavam no laboratório Becquerel, o cientista que descobriu os “ raios de Becquerel ”, e esta descoberta despertou um profundo interesse no casal, que logo passou a chamar o fenômeno de radioatividade.  O casal descobriu um novo elemento 400 vezes mais radioativo que o urânio, denominado polônio. Alguns anos mais tarde, outro elemento, mais radioativo que o polônio, foi descoberto pelo casal, este foi
  102. 113. denominado radio.  Em 1903, o casal recebeu junto com Becquerel o Prêmio Nobel de Física pelas pesquisas em radioatividade. Em 1903, o casal recebeu junto com Becquerel o Prêmio Nobel de Física pelas pesquisas em radioatividade. Pierre Curie morreu em 1906. Marie Curie tornou-se a primeira lecionista mulher da Sorbonne. Em 1911, Marie recebeu o Prêmio Nobel de Química por ter descoberto os elementos polônio e radio. Tornou-se diretora do Instituto Rádio Paris. Irène Curie, filha do casal, auxiliava a sua mãe.  
  103. 114. .  Em 1934, Marie Curie morreu vítima de leucemia, e Irene deu continuidade no seu trabalho junto com seu marido Fréderic Joliot-Curie. O casal criou o primeiro isótopo radioativo artificial, e em 1935 receberam o Prêmio Nobel de Química por este trabalho. Um ótimo incentivo que pode ser usado em sala, mostrando toda a saga da família Curie, são a exibição de três vídeos que contém na internet ( YOU TUBE ), com uma duração de aproximadamente 30 minutos cada. Dos inícios dos trabalhos de Pierre Curie à chegada de Marie Curie.  
  104. 115. ( CTS ) CIÊNCIA, TECNOLOGIA E SOCIEDADE: Movimento alternativo na busca pela construção de uma visão dinâmica e mutável Valoriza os aspectos epistemológicos, históricos e sociais. Tal proposta veio ao encontro de nosso anseio por um ensino de ciências que permitisse ao aluno dar um maior significado ao que é ensinado, articulando os conhecimentos científicos aos processos nos quais está inserido.
  105. 116. . Dessa forma, é possível favorecer a aprendizagem e contribuir para a aquisição de conhecimentos necessários ao exercício da cidadania, o que permite ao cidadão fazer parte do mundo de maneira ativa e consciente. No atual contexto mundial, é necessário que o cidadão possua conhecimentos acerca da natureza da ciência, e não apenas de seus produtos, para que esteja apto a julgar e decidir, questões de interesse da sociedade, ligados aos temas científicos.
  106. 117. . Neste contexto, o tema “RADIOATIVIDADE” mostra-se extremamente relevante por tratar-se de um fenômeno natural, presente na vida de todos, e também por sua utilização em processos variados, como: A DATAÇÃO DE FÓSSEIS E ROCHAS( C 14 ) { T 1/2 do C 14 ~ 5730 anos } O DIAGNÓSTICO E TRATAMENTO DE DOENÇAS ( CÂNCER ) Muito utilizado hoje nos atletas para a realização Do exame de “Doping”
  107. 118. PRODUÇÃO DE ENERGIA, QUESTÃO EM VOGA NOS DIAS ATUAIS. Por outro lado o desconhecimento dos riscos da utilização indevida dos materiais radioativos, associado a diversas conjunturas políticas e sociais, foi responsável por uma série de acidentes ao longo dos tempos. Em grande maioria das vezes, a Radioatividade não é tratada de forma satisfatória, sendo até mesmo negligenciada pelos professores de ensino médio. . As disciplinas com as quais trabalhamos nesta proposta são Química, História, Sociologia e Filosofia
  108. 119. Uma parceria com professores de outras disciplinas, em um trabalho interdisciplinar . . A proposta desenvolvida tem o seguintes objetivos: 1) Evidenciar que a ciência caracteriza-se como construção humana e coletiva; 2) Perceber que avanços no conhecimento científico acarretam mudanças dos hábitos sociais; 3) Compreender que o desenvolvimento dos conhecimentos científico-tecnológico implica em
  109. 120. : responsabilidade social. 4) Analisar o papel da mulher em dado período histórico e sua inclusão na comunidade científica, utilizando a vida de Marie Curie; 5)Avaliar os riscos e benefícios na utilização de materiais radioativos e tecnologias envolvendo tais materiais, que determinaram a história e que devem ser avaliados em aplicações futuras; 6) Identificar corretamente em que processos a radioatividade é utilizada pelo homem em diversas áreas.
  110. 121. Referências Bibliográficas : CNEN- Apostila educativa, por YANNICK NOUAILHETAS. FÍSICA PARA CIÊNCIAS BIOLÓGICAS E BIOMÉDICAS- EMICO OKUNO, IBERÊ L. CALDAS. RADIAÇÃO EFEITOS, RISCOS E BENEFÍCIOS- EMICO OKUNO FÍSICA IV - SEARS E ZEMANSKY; YOUNG E FREEDMAN FÍSICA III- ELETROMAGNETISMO- SEARS E ZEMANSKY. FÍSCA I- MECÂNICA- SEARS E ZEMANSKY
  111. 122. ELETOMAGNETISMO- WILLIAN H. JR. E JOHN A. BUCK FÍSICA 4- DAVID HALLIDAY; ROBERT RESNNICK; KENNETH S. KRANE . FÍSICA MODERNA 3ª EDIÇÃO- PAUL A. TIPLER RALPH A. LLEWLLYN INSTITUTO DE FÍSICA DA USP- EVOLUÇÃO DOS CONCEITOS DA FÍSICA- JOÃO ZANETIC E-MAIL ; [email_address] Consultorias para o Mercado de Trabalho FIM .

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