Radiação natural

Um breve histórico

Para falar sobre radiação produzida pela natureza é importante entendermos algumas coisas sobre a teoria do Big Bang. Essa teoria afirma que toda a matéria do universo estava concentrada e começou a se expandir rapidamente. É impossível, segundo a teoria, qualquer observação anterior a esse evento, mas a interpretação correta do que ocorreu depois ajuda os pesquisadores a entender tudo o que ocorre no universo hoje, inclusive os diversos gêneros de radiação natural.

Pela teoria do Big Bang depois de 10^-5 segundos do início “da formação do universo”, partículas subatômicas começaram se formar e 3 minutos mais tarde prótons e nêutrons passaram a se unir para constituir os núcleos mais leves, sendo que este processo durou dez mil anos. Após esse tempo a temperatura do universo já havia caído, e os elétrons conseguiram se ligar aos núcleos já criados, assim os primeiros átomos (hidrogênio, hélio e lítio) começaram a se formar. Depois de um bilhão de anos iniciou-se a formação de estrelas e galáxias, onde os demais elementos da tabela periódica (em inglês) foram originados.

A seguir vamos indicar sucintamente como são produzidas as diferentes radiações na natureza.

Forças responsáveis pelo decaimento radioativo

Alguns tipos de radiação corpuscular (partículas alfa e beta) e um dos tipos de radiação eletromagnética (raio gama) podem ser compreendidos a partir da síntese dos elementos. Para entender como o núcleo de um átomo é originado precisamos saber que dentro dele age uma força nuclear, que é bastante complexa e somente agora está sendo compreendida. A parte principal desta força é conhecida como interação (ou força) forte, responsável pela estabilidade do núcleo, pois mantém unidos os núcleons (prótons e nêutrons) em seu interior, mas esta força é de alcance muito curto (10^-15 m). Assim, somente os núcleons que estão próximos sentem essa interação. Neste ponto é importante lembrar que os nêutrons são eletricamente neutros, enquanto os prótons possuem carga positiva, assim sofrem a influência da força elétrica de repulsão, que tem um alcance bem maior que a anterior. Dessa forma, prótons que estão bem próximos sentem a interação forte, já aqueles que se encontram mais distantes uns dos outros estão sujeitos à interação elétrica (ver figura 3).

Representação esquemática do decaimento radioativo de um núcleo. As bolinhas vermelhas representam os prótons, enquanto as brancas são os nêutrons. Quando dois prótons estão bem próximos aparece entre eles uma intensa força de atração (devida à força nuclear), assim a força elétrica (que ocorre devido à repulsão elétrica) não tem vez aqui. Mas dois prótons que estão distantes um do outro têm a atração nuclear bastante fraca e neste caso a força elétrica possui um caráter muito mais intenso, tornando este núcleo mais instável. Assim ele pode emitir espontaneamente partículas alfa ou beta ou raios gama.

A presença de nêutrons no núcleo ajuda na estabilidade nuclear, uma vez que a ligação entre um próton e um nêutron é maior que a ocorrida entre próton-próton ou nêutron-nêutron. Assim núcleos com número de massa (número de núcleons no núcleo) maior que 20 possuem uma quantidade maior de nêutrons do que de prótons, pois assim tornam-se relativamente mais estáveis. Mas todos os núcleos com mais de 82 prótons são instáveis e tendem a alterar, de forma natural, o número de prótons e nêutrons. A esse processo dá-se o nome de decaimento radioativo, ocorrendo principalmente a emissão de nêutrons (na fissão espontânea), de partículas alfa e beta (no decaimento alfa e beta) e de raios gama.

Radiação cósmica

Existem dois tipos de radiação que chegam até nós a partir do espaço:

• a radiação cósmica de fundo em microondas;
• a radiação cósmica (também conhecida como raios cósmicos).

A primeira tem caráter eletromagnético e é proveniente da formação do universo, assim ela é conhecida como “um registro fóssil do Big Bang”. Não provoca mal aos seres vivos da Terra, mas pode atrapalhar, de forma bastante sutil, alguns meios de comunicação.

A segunda possui caráter corpuscular e alta energia, assim pode-se concluir que ela é formada de partículas extremamente penetrantes (chamadas de radiação cósmica primária), que ao atingir os núcleos dos átomos da atmosfera dão origem a outras partículas com menor energia, sendo chamadas de radiação cósmica secundária. A radiação cósmica primária é constituída em grande parte de prótons, em menor parte de partículas alfa e eventuais núcleos mais pesados. Assim essa radiação pode ser perigosa para astronautas e suas instrumentações eletrônicas quando se encontram no espaço. Esses raios cósmicos primários interagem com os átomos presentes na atmosfera e é criada a radiação cósmica secundária, que é formada em grande parte de mésons pi, que decaem em múons e em pequena parte por elétrons e fótons. A origem da radiação cósmica primária ainda não é bem conhecida, sendo apenas uma pequena parte dela proveniente do Sol e de outras estrelas.

O campo magnético desvia partículas carregadas, assim a magnetosfera terrestre afasta essa radiação da região equatorial da Terra, havendo uma intensidade maior de raios cósmicos nos pólos do que no equador. A radiação cósmica é responsável pela produção de núcleos instáveis em nossa atmosfera, como o carbono 14. Isso faz com que a quantidade desse elemento se mantenha constante, ajudando na datação de rochas, achados fósseis, etc.

Radiação infravermelha

Outro tipo de radiação natural e de caráter eletromagnético é a infravermelha, que pode ser produzida por qualquer tipo de corpo que apresente calor. Como ela não necessita de um meio para se propagar, pode chegar até nós vinda do espaço. O sol é a maior fonte de radiação infravermelha de nosso sistema solar. Ela também pode ser produzida de forma natural em nosso planeta por seres vivos ou por matéria inorgânica. Essa radiação é não-ionizante, mas ao interagir com algum corpo, fornece energia às suas moléculas, que começam a vibrar, ocasionando uma elevação na temperatura do corpo. Por provocar transmissão de calor é a radiação mais utilizada pela humanidade.

Radiação ultravioleta

Os raios ultravioleta (UV) têm caráter eletromagnético e são produzidos principalmente pelo Sol, mas o homem pode obter este tipo de radiação através de lâmpadas e de câmaras de bronzeamento artificial (a radiação proveniente desses dispositivos será tratada na próxima seção). Os raios UV, procedentes do Sol, ao penetrar em nosso planeta são atenuados pelo ozônio existente nas camadas da atmosfera terrestre.

O processo de criação da radiação UV é o mesmo da criação da luz visível diferindo apenas na energia do fóton que é emitido do átomo. Essa radiação é essencial para o desenvolvimento das plantas, pois provoca a fotossíntese e no caso dos animais e seres humanos tem um fator muito importante na fixação do cálcio e na síntese da vitamina D, mas seu excesso pode ser muito prejudicial. A radiação UV é dividida em três partes: UVA, UVB e UVC, que são classificadas de acordo com o malefício que provocam à saúde dos seres vivos.

Os raios UVC (radiação germicida) são os mais perigosos para a saúde, mas são quase que totalmente absorvidos pela camada de ozônio quando entram na atmosfera. Os raios UVB atingem a superfície terrestre numa quantidade um pouco maior e a radiação UVA é a que chega até nós em maior quantidade.

A radiação ultravioleta tipo C penetra muito pouco na pele. A radiação UVB penetra um pouco mais, chegando até a epiderme, e pode ser responsável pelas queimaduras na pele, geradas quando o tempo de exposição ao sol é maior. Já o raio UVA é o mais penetrante, pois consegue atingir a derme, sendo responsável pelo bronzeamento. Esses três tipos de UV podem provocar vários malefícios à pele de pessoas que se expõem ao sol, devido ao trabalho ou só por lazer, entre os quais estão: formação de catarata e de câncer de pele, aparecimento de rugas, envelhecimento precoce da pele, reações fotoalérgicas, danos no DNA, entre outros.

Nesta seção vimos alguns tipos de radiação que são produzidas pela natureza, como são seus mecanismos de formação e alguns efeitos decorrentes delas sobre os seres vivos ou sobre a matéria. Na próxima seção apresentaremos, de forma semelhante as radiações que são produzidas pelo homem.