Nick Connor

Existem as seguintes formas de decaimento beta:

• Decaimento beta negativo – Decaimento de elétrons. No decaimento de elétrons, um núcleo rico em nêutrons emite um elétron de alta energia (β ^– partícula). Os elétrons são carregados negativamente com partículas quase sem massa. Devido à lei de conservação da carga elétrica, a carga nuclear deve aumentar em uma unidade. Nesse caso, o processo pode ser representado por: 
• Decaimento beta positivo – Decaimento de pósitrons. No decaimento de pósitrons, um núcleo rico em prótons emite um pósitron (os pósitrons são antipartículas de elétrons e têm a mesma massa que os elétrons, mas com carga elétrica positiva) e, assim, reduzem a carga nuclear em uma unidade. Nesse caso, o processo pode ser representado por: Uma aniquilação ocorre quando um pósitron de baixa energia colide com um elétron de baixa energia.
• Decaimento Beta Inverso – Captura de Elétrons . A captura de elétrons , também conhecida como decaimento beta inverso, às vezes é incluída como um tipo de decaimento beta, porque o processo nuclear básico, mediado pela interação fraca, é o mesmo. Nesse processo, um núcleo rico em prótons também pode reduzir sua carga nuclear em uma unidade absorvendo um elétron atômico. 

A emissão de elétrons foi um dos primeiros fenômenos de decaimento observados. O processo inverso, captura de elétrons , foi observado pela primeira vez por Luis Alvarez, em vanádio 48. Ele o relatou em um artigo de 1937 na Physical Review.

Em um reator nuclear, ocorre especialmente o decaimento β, porque a característica comum dos produtos de fissão é um excesso de nêutrons (consulte Estabilidade nuclear ). Um fragmento de fissão instável com excesso de nêutrons sofre β-decaimento, onde o nêutron é convertido em próton, elétron e antineutrino . Um nêutron livre também sofre esse tipo de decaimento. Um nêutron livre decairá com uma meia-vida de cerca de 611 segundos (10,3 minutos) em um próton, um elétron e um antineutrino (a contraparte do neutrino em antimatéria , uma partícula sem carga e com pouca ou nenhuma massa).

O efeito Auger é um processo nomeado em homenagem ao físico francês Pierre Auger , no qual elétrons com energias características são ejetados de átomos em resposta a uma transição descendente de outro elétron no átomo (preenchimento de uma vaga interna de um átomo). de emitir radiação eletromagnética. Esses elétrons emitidos com energias características são conhecidos como elétrons de broca .

Esse processo é observado como um dos métodos de rearranjo de elétrons após a captura de elétrons no núcleo . Como a captura de elétrons deixa uma vaga no nível de energia eletrônica de onde o elétron veio, os elétrons externos do átomo caem em cascata para preencher os níveis atômicos mais baixos, e geralmente são emitidos um ou mais raios-X característicos. Às vezes, os raios X podem interagir com outro elétron orbital, que pode ser ejetado do átomo. Este segundo elétron ejetado é chamado de elétron Auger. A probabilidade de emissão de um elétron do Auger é chamada de rendimento do Auger. O rendimento do eixo helicoidal diminui com o número atômico. Para o zinco (Z = 30), as probabilidades de emissão de raios-X da camada mais interna e de emissão de elétrons Auger são praticamente iguais.

A vaga na concha interna de um átomo também pode ser produzida por bombardeio com elétrons de alta energia ou raios-X. Este método pode ser usado na espectroscopia eletrônica de Auger , que mede a intensidade dos elétrons do Auger que resultam em função da energia do Auger. A espectroscopia eletrônica Auger pode ser usada para determinar a identidade dos átomos emissores e é uma das técnicas analíticas de superfície mais comumente empregadas para determinar a composição das camadas superficiais de uma amostra.

Teoria da deterioração beta – interação fraca

O decaimento beta é governado pela interação fraca . Durante um decaimento beta de dois para baixo quarks muda para um quark-se emitindo um W ^– Higgs (transporta para longe uma carga negativa). O W ^– Higgs depois decai para uma partícula beta e um antineutrino . Esse processo é equivalente ao processo no qual um neutrino interage com um nêutron.

Como pode ser visto na figura, a interação fraca muda um sabor de quark para outro. Observe que, o Modelo Padrão conta seis sabores de quarks e seis sabores de leptons. A interação fraca é o único processo no qual um quark pode mudar para outro, ou um lepton para outro lepton (mudança de sabor). Nem a forte interação nem eletromagnéticapermitir mudança de sabor. Este fato é crucial em muitos decaimentos de partículas nucleares. No processo de fusão, que, por exemplo, alimenta o Sol, dois prótons interagem através da força fraca para formar um núcleo de deutério, que reage ainda mais para gerar hélio. Sem a interação fraca, o diproton decairia de volta para dois prótons não ligados a hidrogênio-1 através da emissão de prótons. Como resultado, o sol não queimaria sem ele, pois a interação fraca causa a transmutação p -> n.

Ao contrário do decaimento alfa , nem a partícula beta nem seu neutrino associado existem dentro do núcleo antes do decaimento beta, mas são criados no processo de decaimento. Por esse processo, átomos instáveis ​​obtêm uma proporção mais estável de prótons e nêutrons. A probabilidade de decaimento de um nuclídeo devido a beta e outras formas de decaimento é determinada por sua energia de ligação nuclear. Para que a emissão de elétrons ou pósitrons seja energeticamente possível, a liberação de energia (veja abaixo) ou o valor Q deve ser positivo.

Núcleo Pai – Núcleo Filha

Na física nuclear e na física dos decaimentos nucleares, o núcleo desintegrante é geralmente chamado de núcleo pai e o núcleo remanescente após o evento como núcleo filha.

Núcleo Pai – Núcleo Filha em Decaimento Alfa

Por exemplo, o decaimento alfa representa a desintegração de um núcleo pai para uma filha através da emissão do núcleo de um átomo de hélio. Essa transição pode ser caracterizada como:

Como pode ser visto, o número atômico (assim como o número de massa) do núcleo filha é menor que o número atômico do núcleo pai.

Em 1928, George Gamow (e independentemente por Ronald Gurney e Edward Condon) havia resolvido a teoria do decaimento alfa via tunelamento quântico . Eles assumiram que a partícula alfa e o núcleo filha existem dentro do núcleo pai antes de sua dissociação, ou seja, a decadência de estados quase-estacionários (QS). Um estado quase-estacionário é definido como um estado de vida longa que eventualmente se deteriora. Inicialmente, o cluster alfa oscila no potencial do núcleo filha, com o potencial de Coulomb impedindo sua separação. A partícula alfa está presa em um poço potencial pelo núcleo. Classicamente, é proibido escapar, mas, de acordo com os (então) princípios recém-descobertos da mecânica quântica, há uma pequena (mas não nula) probabilidade de “tunelar” a barreira e aparecer do outro lado para escapar do núcleo. . Usando o mecanismo de tunelamento, Gamow, Condon e Gurney calcularam a penetrabilidade da partícula α do tunelamento através da barreira de Coulomb, encontrando a vida útil de alguns núcleos emissores de α.

Núcleo Pai – Núcleo Filha em Decaimento Beta

Se um núcleo emite uma partícula beta, perde um elétron (ou pósitron). Nesse caso, o número de massa do núcleo filha permanece o mesmo, mas o núcleo filha formará um elemento diferente. Essa transição pode ser caracterizada como:

Núcleo Pai – Núcleo Filha em Decaimento Gama

Na física nuclear e na química nuclear, as várias espécies de átomos cujos núcleos contêm números particulares de prótons e nêutrons são chamadas nuclídeos . Os nuclídeos também são caracterizados por seus estados de energia nuclear (por exemplo, nuclídeo metaestável ^242m Am). Nuclídeos com número igual de prótons e número igual de massa (tornando-os, por definição, o mesmo isótopo), mas diferentes estados de energia são conhecidos como isômeros . Geralmente indicamos isômeros com um sobrescrito m. Como resultado, no decaimento gama, os núcleos pai e filha têm igual número de prótons e igual número de massa, mas diferem em seus estados de energia. Essa transição pode ser caracterizada como:

Decaimento alfa  (ou decaimento α e também radioatividade alfa ) representa a desintegração de um núcleo pai a uma filha através da emissão do núcleo de um átomo de hélio. Essa transição pode ser caracterizada como:

Decaimento alfa é um processo de tunelamento quântico . Para ser emitida, a partícula alfa deve penetrar em uma barreira potencial. Isso é semelhante ao decaimento de aglomerados , no qual um núcleo atômico emite um pequeno “aglomerado” de nêutrons e prótons (por exemplo, ^{12 °} C).

A altura da barreira de Coulomb para os núcleos de A «200 é de cerca de 20-25 MeV . As partículas alfa emitidas no decaimento nuclear têm energias típicas de cerca de 5 MeV. Por um lado, uma partícula alfa de 5 MeV recebida é espalhada de um núcleo pesado e não pode penetrar na barreira de Coulomb e chegar suficientemente perto do núcleo para interagir através da força forte. Por outro lado, uma partícula alfa de 5 MeV ligada a um poço de potencial nuclear é capaz de encapsular a mesma barreira de Coulomb.

Decaimento alfa – valor Q

Na física nuclear e de partículas, a energia das reações nucleares é determinada pelo valor Q dessa reação. O valor Q da reação é definido como a diferença entre a soma das massas em repouso dos reagentes iniciais e a soma das massas dos produtos finais , em unidades de energia (geralmente em MeV).

Considere uma reação típica, na qual o projétil ae o alvo A dão lugar a dois produtos, B e b. Isto também pode ser expresso na notação que foi utilizado até agora, a + A → B + b , ou mesmo em uma notação mais compacta, A (a, b) B .

Veja também: E = mc2

O valor Q dessa reação é dado por:

Q = [ma + mA – (mb + mB)] c ²

Ao descrever o decaimento alfa (uma reação sem projétil), o núcleo desintegrante é geralmente chamado de núcleo pai e o núcleo remanescente após o evento como núcleo filho. A massa total de repouso do núcleo filha e da radiação nuclear liberada em uma desintegração alfa, m _Filha + m _Radiação , é sempre menor que a do núcleo pai, m _pai . A diferença massa-energia,

Q = [m _pai – (m _Filha + m _Radiação )] c ²

aparece como a energia de desintegração liberada no processo. Por exemplo, o valor Q do decaimento alfa típico é:

A energia de desintegração de cerca de 5 MeV é a energia cinética típica da partícula alfa. Para cumprir a lei de conservação do momento, a maior parte da energia de desintegração deve aparecer como energia cinética da partícula alfa. Após uma deterioração alfa ou beta, o núcleo da filha geralmente fica em um estado de energia excitado. Para se estabilizar, emite subseqüentemente fótons de alta energia, raios γ.

Lei Geiger-Nuttall

A lei de Geiger-Nuttall é uma lei semi-empírica que expressa a vida útil (meia-vida) do emissor alfa em termos de energia da partícula alfa liberada. Em outras palavras, afirma que os isótopos de vida curta emitem partículas alfa mais energéticas do que as de vida longa. Esta regra foi formulada por Hans Geiger e John Mitchell Nuttall em 1911 antes do desenvolvimento da formulação teórica. A lei de Geiger-Nuttall pode ser matematicamente expressa como:

onde um e b são constantes empíricas que são encontrados a partir de gráficos logarítmicas de dados experimentais. R _α representa a faixa linear da partícula alfa, portanto é uma medida direta da energia cinética da partícula alfa. A largura da ressonância (Γ) está geralmente relacionada ao tempo médio de vida (τ) do núcleo excitado pela relação: Γ = ℏ / τ

Em 1928, George Gamow (e independentemente por Ronald Gurney e Edward Condon ) havia resolvido a teoria do decaimento alfa via tunelamento quântico . Usando o mecanismo de tunelamento, Gamow, Condon e Gurney calcularam a penetrabilidade da partícula α do tunelamento através da barreira de Coulomb, encontrando a vida útil de alguns núcleos emissores de α. O principal sucesso desse modelo foi a reprodução da lei semi-empírica de Geiger-Nuttall, que expressa a vida útil dos emissores α em termos de energia das partículas α liberadas.

Teoria do Decaimento Alfa – Tunelamento Quântico

Decaimento alfa  (ou decaimento α e também radioatividade alfa ) representa a desintegração de um núcleo pai a uma filha através da emissão do núcleo de um átomo de hélio. Essa transição pode ser caracterizada como:

Como pode ser visto na figura, a partícula alfa é emitida em decaimento alfa.

Entre a variedade de canais em que um núcleo decai, o decaimento alfa tem sido um dos mais estudados. O canal de decaimento alfa nos núcleos pesados ​​e super pesados ​​forneceu informações sobre as propriedades fundamentais dos núcleos distantes da estabilidade, como suas energias no estado fundamental e a estrutura de seus níveis nucleares.

Decaimento alfa é um processo de tunelamento quântico . Para ser emitida, a partícula alfa deve penetrar em uma barreira potencial. Isso é semelhante ao decaimento de aglomerados , no qual um núcleo atômico emite um pequeno “aglomerado” de nêutrons e prótons (por exemplo, ^{12 °} C).

A altura da barreira de Coulomb para os núcleos de A «200 é de cerca de 20-25 MeV . As partículas alfa emitidas no decaimento nuclear têm energias típicas de cerca de 5 MeV. Por um lado, uma partícula alfa de 5 MeV recebida é espalhada de um núcleo pesado e não pode penetrar na barreira de Coulomb e chegar suficientemente perto do núcleo para interagir através da força forte. Por outro lado, uma partícula alfa de 5 MeV ligada a um poço de potencial nuclear é capaz de encapsular a mesma barreira de Coulomb.

Em 1928, George Gamow (e independentemente por Ronald Gurney e Edward Condon ) havia resolvido a teoria do decaimento alfa via tunelamento quântico. Eles assumiram que a partícula alfa e o núcleo filha existiam dentro do núcleo pai antes de sua dissociação, ou seja, o decaimento dos estados quasistacionários (QS). Um estado quase-estacionário é definido como um estado de vida longa que eventualmente se deteriora. Inicialmente, o cluster alfa oscila no potencial do núcleo filha, com o potencial de Coulomb impedindo sua separação. A partícula alfa está presa em um poço potencial pelo núcleo. Classicamente, é proibido escapar, mas, de acordo com os (então) princípios recém-descobertos da mecânica quântica, há uma pequena (mas não nula) probabilidade de “tunelar” a barreira e aparecer do outro lado para escapar do núcleo. . Usando o mecanismo de tunelamento, Gamow, Condon e Gurney calcularam a penetrabilidade da partícula α do tunelamento através da barreira de Coulomb, encontrar a vida útil de alguns núcleos emissores de α. O principal sucesso desse modelo foi a reprodução da lei semi-empírica de Geiger-Nuttall, que expressa a vida útil dos emissores α em termos de energia das partículas α liberadas. Deve-se notar que outras formas comuns de decaimento (por exemplo, decaimento beta) são governadas pela interação entre a força nuclear e a força eletromagnética.

Referência especial: WSC Williams. Física Nuclear e de Partículas. Clarendon Press; 1 edição, 1991, ISBN: 978-0198520467.

Lei Geiger-Nuttall

A lei Geiger-Nuttall é uma lei semi-empírica que expressa a vida útil (meia-vida) do emissor alfa em termos de energia da partícula alfa liberada. Em outras palavras, afirma que os isótopos de vida curta emitem partículas alfa mais energéticas do que as de vida longa. Esta regra foi formulada por Hans Geiger e John Mitchell Nuttall em 1911 antes do desenvolvimento da formulação teórica. A lei Geiger-Nuttall pode ser matematicamente expressa como:

onde um e b são constantes empíricas que são encontrados a partir de gráficos logarítmicas de dados experimentais. R _α representa a faixa linear da partícula alfa, portanto é uma medida direta da energia cinética da partícula alfa. A largura da ressonância (Γ) está geralmente relacionada ao tempo médio de vida (τ) do núcleo excitado pela relação: Γ = ℏ / τ

Em geral, a meia-vida efetiva é o tempo necessário para que a quantidade de um radionuclídeo específico no corpo diminua para metade do seu valor inicial, tanto pela eliminação por processos biológicos quanto pela deterioração radioativa. Essa variável é amplamente utilizada em radioterapia. Uma meia-vida efetiva da substância radioativa envolverá uma constante de decaimento que representa a soma das constantes de decaimento biológico e radioativo, como na fórmula:

Além da meia-vida radioactiva , a meia-vida eficaz é determinada pela meia-vida biológica , que é o tempo necessário para que a quantidade de um elemento específico no corpo para diminuir para metade do seu valor inicial, devido à eliminação por processos biológicos sozinho, quando a taxa de remoção é aproximadamente exponencial. A meia-vida _biológica (t _biológica ) pode ser definida para metabólitos, drogas e outras substâncias. Também é muito importante na proteção contra radiação, ao considerar a exposição interna.

Se a fonte de radiação está dentro do nosso corpo, dizemos, é a exposição interna. A ingestão de material radioativo pode ocorrer por várias vias, como ingestão de contaminação radioativa em alimentos ou líquidos, inalação de gases radioativos ou pele intacta ou ferida. A maioria dos radionuclídeos fornecerá muito mais doses de radiação se, de alguma forma, puderem entrar no seu corpo, do que se ficassem fora. A meia-vida biológica depende da taxa na qual o corpo normalmente usa um determinado composto de um elemento. Os isótopos radioativos que foram ingeridos ou absorvidos por outras vias serão gradualmente removidos do corpo através do intestino, rins, respiração e transpiração. Isso significa que uma substância radioativa pode ser expelida antes que ela tenha se deteriorado.

Como resultado, a meia-vida biológica influencia significativamente a meia-vida efetiva e a dose geral da contaminação interna. Se um composto radioativo com meia-vida radioativa (t _1/2 ) é eliminado do corpo com uma meia-vida biológica t _b , a meia-vida efetiva (t _e ) é dada pela expressão:

Como pode ser visto, os mecanismos biológicos sempre diminuem a dose geral da contaminação interna. Além disso, se t _1/2 é grande em comparação com t _b , a meia-vida efetiva é aproximadamente a mesma que t _b . Por exemplo, o trítio tem meia-vida biológica em 10 dias, enquanto a meia-vida radioativa é de 12 anos. Por outro lado, os radionuclídeos com meia-vida radioativa muito curta também possuem meia-vida efetiva muito curta. Esses radionuclídeos fornecerão, para todos os fins práticos, a dose total de radiação nos primeiros dias ou semanas após a ingestão.

Meia-vida eficaz de iodo

Por exemplo, uma meia-vida biológica para o iodo dentro do corpo humano é de cerca de 80 dias (de acordo com o ICRP). O iodo nos alimentos é absorvido pelo organismo e preferencialmente concentrado na tireóide, onde é necessário para o funcionamento dessa glândula. Quando o ¹³¹ I está presente em altos níveis no ambiente devido a precipitação radioativa, ele pode ser absorvido através de alimentos contaminados e também se acumulará na tireóide. ^{O 131} I decai com uma meia-vida de 8,02 dias com partículas beta e emissões gama. À medida que se deteriora, pode causar danos à tireóide. O principal risco da exposição a altos níveis de ¹³¹ I é a ocorrência casual de câncer de tireóide radiogênico mais tarde na vida. Como resultado, a meia-vida efetiva de ¹³¹Eu tenho cerca de 7,5 dias, o que é dado principalmente pela meia-vida radioativa. Para ¹³¹ I, o ICRP calculou que, se você inalar 1 x 10 ⁶ Bq, receberá uma dose da tireóide de H _T = 400 mSv (e uma dose ponderada de 20 mSv no corpo inteiro).

Meia-vida efetiva do estrôncio

Sr-90, Ra-226 e Pu-239 são radionuclídeos conhecidos como radionuclídeos que procuram ossos. Esses radionuclídeos têm meia-vida biológica longa e são sérios riscos internos. Uma vez depositados no osso, eles permanecem lá essencialmente em quantidade inalterada durante a vida do indivíduo. A ação contínua das partículas alfa emitidas pode causar danos significativos: durante muitos anos, eles depositam toda a sua energia em um pequeno volume de tecido, porque o alcance das partículas alfa é muito curto.

Meia-vida eficaz do trítio

O trítio é um subproduto dos reatores nucleares . A fonte mais importante (devido à liberação de água tritiada) de trítio em usinas nucleares deriva do ácido bórico , que é comumente usado como calço químico para compensar um excesso de reatividade inicial.

Observe que o trítio emite partículas beta de baixa energia com uma pequena variação nos tecidos do corpo e, portanto, representa um risco à saúde como resultado da exposição interna somente após ingestão de água potável ou comida ou inalação ou absorção pela pele. O trítio tomado no corpo é distribuído uniformemente entre todos os tecidos moles. De acordo com o ICRP, um intervalo de meio-tempo eficaz de trítio é de 10 dias para o HTO e 40 dias para o OBT (trítio ligado organicamente) formado a partir do HTO no corpo dos adultos. Ambas as meias-vidas são dadas principalmente pela meia-vida biológica. Como resultado, para uma ingestão de 1 x 10 ⁹ Bq de trítio (HTO), um indivíduo receberá uma dose de 20 mSv no corpo inteiro (igual à ingestão de 1 x 10 ⁶ Bq de ¹³¹ I).

Também foi demonstrado que o intervalo biológico do HTO depende fortemente de muitas variáveis ​​e varia de 4 a 18 dias. Durante os meses mais quentes, a meia-vida média é menor, o que é atribuído ao aumento da ingestão de água. Além disso, beber grandes quantidades de álcool reduzirá a meia-vida biológica da água no corpo.

Meia-vida biológica

Em geral, a meia-vida biológica é o tempo necessário para que a quantidade de um elemento em particular no corpo diminua para metade do seu valor inicial devido à eliminação apenas por processos biológicos, quando a taxa de remoção é aproximadamente exponencial. A meia-vida _biológica (t _biológica ) pode ser definida para metabólitos, drogas e outras substâncias. Também é muito importante na proteção contra radiação, ao considerar a exposição interna.

Se a fonte de radiação está dentro do nosso corpo, dizemos, é a exposição interna. A ingestão de material radioativo pode ocorrer por várias vias, como ingestão de contaminação radioativa em alimentos ou líquidos, inalação de gases radioativos ou pele intacta ou ferida. A maioria dos radionuclídeos fornecerá muito mais doses de radiação se, de alguma forma, puderem entrar no seu corpo, do que se ficassem fora. A meia-vida biológica depende da taxa na qual o corpo normalmente usa um composto específico de um elemento. Os isótopos radioativos que foram ingeridos ou absorvidos por outras vias serão gradualmente removidos do corpo através do intestino, rins, respiração e transpiração. Isso significa que uma substância radioativa pode ser expelida antes que ela tenha se deteriorado.

Como resultado, a meia-vida biológica influencia significativamente a dose geral da contaminação interna. Se um composto radioativo com meia-vida radioativa (t _1/2 ) é eliminado do corpo com uma meia-vida biológica t _b , a meia-vida “efetiva” (t _e ) é dada pela expressão:

Como pode ser visto, os mecanismos biológicos sempre diminuem a dose geral da contaminação interna. Além disso, se t _1/2 é grande em comparação com t _b , a meia-vida efetiva é aproximadamente a mesma que t _b . Por exemplo, o trítio tem meia-vida biológica em 10 dias, enquanto a meia-vida radioativa é de 12 anos.

Meia-vida biológica de iodo

Por exemplo, a meia-vida biológica do iodo dentro do corpo humano é de cerca de 80 dias (de acordo com o ICRP). O iodo nos alimentos é absorvido pelo organismo e preferencialmente concentrado na tireóide, onde é necessário para o funcionamento dessa glândula. Quando o ¹³¹ I está presente em altos níveis no ambiente devido a precipitação radioativa, ele pode ser absorvido através de alimentos contaminados e também se acumulará na tireóide. ^{O 131} I decai com uma meia-vida de 8,02 dias com partículas beta e emissões gama. À medida que se deteriora, pode causar danos à tireóide. O principal risco da exposição a altos níveis de ¹³¹ I é a ocorrência casual de câncer de tireóide radiogênico mais tarde na vida. Para ¹³¹ I, o ICRP calculou que se você inalar 1 x 10 ⁶Bq, você receberá uma dose de H _T = 400 mSv na tireóide (e uma dose ponderada de 20 mSv no corpo inteiro).

Meia-vida biológica do estrôncio

Sr-90, Ra-226 e Pu-239 são radionuclídeos conhecidos como radionuclídeos que procuram ossos. Esses radionuclídeos têm meia-vida biológica longa e são sérios riscos internos. Uma vez depositados no osso, eles permanecem lá essencialmente em quantidade inalterada durante a vida do indivíduo. A ação contínua das partículas alfa emitidas pode causar danos significativos: durante muitos anos, eles depositam toda a sua energia em um pequeno volume de tecido, porque o alcance das partículas alfa é muito curto.

Meia-vida biológica do trítio

O trítio é um subproduto dos reatores nucleares . A fonte mais importante (devido à liberação de água tritiada) de trítio em usinas nucleares deriva do ácido bórico , que é comumente usado como calço químico para compensar um excesso de reatividade inicial.

Observe que o trítio emite partículas beta de baixa energia com uma pequena variação nos tecidos do corpo e, portanto, representa um risco à saúde como resultado da exposição interna somente após ingestão de água potável ou comida ou inalação ou absorção pela pele. O trítio tomado no corpo é distribuído uniformemente entre todos os tecidos moles. De acordo com o ICRP, um intervalo biológico de trítio é de 10 dias para HTO e 40 dias para OBT (trítio ligado organicamente) formado a partir de HTO no corpo de adultos. Como resultado, para uma ingestão de 1 x 10 ⁹ Bq de trítio (HTO), um indivíduo receberá uma dose de 20 mSv no corpo inteiro (igual à ingestão de 1 x 10 ⁶ Bq de ¹³¹ I).

Também foi demonstrado que o intervalo biológico do HTO depende fortemente de muitas variáveis ​​e varia de 4 a 18 dias. Durante os meses mais quentes, a meia-vida média é menor, o que é atribuído ao aumento da ingestão de água. Além disso, beber grandes quantidades de álcool reduzirá a meia-vida biológica da água no corpo.

Meia-vida e constante de decomposição

A  lei de decaimento radioativo  afirma que a probabilidade por unidade de tempo que um núcleo decairá é uma constante, independente do tempo. Essa constante é chamada  constante de decaimento  e é denotada por λ, “lambda”.

Um dos termos mais úteis para estimar a rapidez com que um nuclídeo decai é a  meia-vida radioativa  ( t _1/2 ). A  meia-vida  é definida como a quantidade de tempo que um determinado isótopo leva para perder metade de sua radioatividade.

Nos cálculos de radioatividade, um dos dois parâmetros ( constante de decaimento ou meia-vida ), que caracterizam a taxa de decaimento, deve ser conhecido. Existe uma relação entre a meia-vida (t _1/2 ) e a constante de decaimento λ. O relacionamento pode ser derivado da lei de decaimento, definindo N = ½ N _o . Isto dá:

onde ln 2 (o logaritmo natural de 2) é igual a 0,693. Se a constante de decaimento (λ) for dada, é fácil calcular a meia-vida e vice-versa.

Exemplo – Lei de Decaimento Radioativo

Uma amostra de material contém 1 micrograma de iodo-131. Observe que o iodo-131 desempenha um papel importante como isótopo radioativo presente nos produtos de fissão nuclear e é um dos principais contribuintes para os riscos à saúde quando liberado na atmosfera durante um acidente. O iodo-131 tem uma meia-vida de 8,02 dias.

Calcular:

1. O número de átomos de iodo-131 inicialmente presentes.
2. A atividade do iodo-131 nos curies.
3. O número de átomos de iodo-131 que permanecerá em 50 dias.
4. O tempo necessário para a atividade atingir 0,1 mCi.

Solução:

1. O número de átomos de iodo-131 pode ser determinado usando a massa isotópica como abaixo.

N _-131 = m _I-131 . N _A / H _I-131

NI _-131 = (1 μg) x (6,02 × 10 ²³ núcleos / mol) / (130,91 g / mol)

NI _-131 = 4,6 x 10 ¹⁵ núcleos

2. A atividade do iodo-131 em curies pode ser determinada usando sua constante de decaimento :

O iodo-131 tem meia-vida de 8,02 dias (692928 seg) e, portanto, sua constante de decaimento é:

Usando esse valor para a constante de decaimento, podemos determinar a atividade da amostra:

3) e 4) O número de átomos de iodo-131 que permanecerá em 50 dias (N _50d ) e o tempo necessário para a atividade atingir 0,1 mCi podem ser calculados usando a lei de decaimento:

Como pode ser visto, após 50 dias o número de átomos de iodo-131 e, portanto, a atividade será cerca de 75 vezes menor. Após 82 dias, a atividade será aproximadamente 1200 vezes menor. Portanto, o tempo de dez meias-vidas (fator 2 ¹⁰ = 1024) é amplamente utilizado para definir a atividade residual.