I – Introdução
As radiações eletromagnéticas podem ser classificadas em não ionizantes ou ionizantes segundo os efeitos de alteração estrutural que provoquem, ou não, em átomos ou moléculas da matéria sobre as quais elas incidam.
As radiações ionizantes são aquelas que provocam uma ruptura na organização elétrica do átomo ou molécula, arrancando lhe, com o choque na passagem, um ou mais elétrons de sua estrutura, tornando o(a) um íon e quimicamente ativo(a). As radiações ionizantes encontram se no extremo superior do espectro de freqüências, onde encontramos os raios X, os raios γ e os raios cósmicos.
As radiações não ionizantes não provocam tais efeitos. As alterações provocadas são temporárias; os átomos e moléculas atingidos por radiações não ionizantes permanecem intactos na sua organização eletrônica, quando essas alterações desaparecem pelo retorno ao estado fundamental de energia mínima. As radiações não ionizantes compreendem desde as ondas de rádio até as radiações ultravioletas.
A energia associada aos fótons de cada radiação é que determinam o seu caráter ionizante ou não. Por exemplo, para o nosso corpo que é constituído principalmente de átomos de carbono, oxigênio, nitrogênio e hidrogênio, temos como limiar biológico uma energia da ordem de 13,6 eV, energia esta necessária minimamente para que se possa ionizar algum dos átomos mencionados anteriormente em nosso corpo. Essa energia corresponde a uma radiação com freqüência de aproximadamente 3,3.1015 Hz e comprimento de onda na faixa do ultravioleta, por volta de 909 Ǻ.
II Raios X, Raios Gama e Raios Cósmicos
Raios X, radiação gama e raios cósmicos, são radiações ionizantes.
Os raios cósmicos são as radiações de altíssima energia, da ordem de de 100 a 1000 trilhões de elétron volts, que chegam à Terra, vindas do espaço.
Os X e raios gama são ondas eletromagnéticas também muito energéticas, com energias entre 1000 eV a 200.000 eV, para os raios X, e maiores que 200.000 eV, para os raios gama.
São extremamente penetrantes, e diferem um do outro quanto à origem, pois os raios gama se originam dentro do núcleo atômico, enquanto que os raios X têm origem fora do núcleo.
III - INTERAÇÃO DA RADIAÇÃO COM A MATÉRIA.
Quando a radiação interage com a matéria, um certo número de processos pode ocorrer, incluindo reflexão, espalhamento, absorção, fluorescência, fosforescência, e reações fotoquímicas.
Primordialmente, os raios X interagem com a matéria através do Efeito Fotoelétrico, Efeito Compton e Produção de Pares, enquanto que dos nêutrons se dá através dos processos de espalhamento elástico e inelástico, absorção e fissão nuclear.
O EFEITO FOTOELÉTRICO:
Neste processo o fóton transfere toda a sua energia para um elétron localizado em uma das camadas atômicas. O elétron sai do átomo com uma energia cinética igual à diferença entre a energia do fóton incidente e a sua energia de ligação. Este elétron cede sua energia ao meio produzindo a ionização e excitação dos seus átomos. A representação esquemática do efeito fotoelétrico é mostrada na figura ao lado. É importante notar que neste processo toda a energia do fóton incidente é cedida ao meio. O efeito fotoelétrico é predominante em baixas energias.
EFEITO COMPTON:
No efeito Compton o fóton incidente é espalhado por um elétron das últimas camadas, isto é, fracamente ligado ao átomo, que recebe parte da energia do fóton. O fóton espalhado terá uma energia menor e uma direção diferente daquela do fóton incidente
PRODUÇÃO DE PARES:
Numa colisão, um fóton pode dar ao elétron toda a sua energia (efeito fotoelétrico) ou parte dela (efeito Compton). Entretanto, há um outro processo no qual os fótons perdem sua energia na interação com a matéria, que é o processo de produção de pares. A produção de pares é também um ótimo exemplo da conversão de energia radiante em massa de repouso e energia cinética. Nesse processo, um fóton de alta energia perde toda sua energia em uma colisão com um núcleo, criando um par elétron pósitron, com uma certa energia cinética. O pósitron é produzido com uma energia cinética um pouco maior que a do elétron, porque a interação coulombiana do par com o núcleo positivamente carregado causa uma aceleração pósitron e uma desaceleração do elétron.
Os princípios utilizados foram a conservação da energia total relativística, a conservação do momento e a conservação da carga. Destas leis de conservação, não é difícil mostrar que um fóton não pode simplesmente desaparecer no espaço vazio, criando um par. A presença do núcleo pesado é necessária para permitir que tanto a energia quanto o momento sejam conservados no processo.
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EXERCICIOS
1-) Qual a diferença entre as radiações ionizantes e as radiações não-ionizantes? Dê um exemplo de cada uma delas
2) O efeito Compton é o efeito no qual a radiação transfere para um elétron orbitário parte de sua energia e,
mudando de direção a radiação emerge com menor energia.
O que ocorre com o comprimento de onda do fóton emergente?
4) Com relação ao efeito fotoelétrico, afirma-se que:
I. Qualquer que seja a freqüência da luz incidente, é possível que sejam arrancados elétrons de um metal.
• A produção de pares ocorre somente quando fótons de energia igual ou superior a 1,02 MeV passam próximos a núcleos de elevado número atômico. • Nesse caso, a radiação X interage com o núcleo e
desaparece, dando origem a um par elétron-pósitron com energia cinética em diferente proporção.
II. Quando elétrons são arrancados de um metal, quanto maior a freqüência da luz incidente, maior são as energias com que os elétrons abandonam o metal.
III. Quanto maior a energia de um fóton, maior e o número de elétrons que ele pode arrancar de um metal.
Das afirmativas acima a) somente I é correta. b) somente II é correta. c) somente I e II são corretas. d) somente I e III são corretas. e) I, II e III são corretas.
5) As foto-células são elementos que hoje em dia possuem grande presença em nossa vida cotidiana. Verifica o uso desses elementos em postes de iluminação pública, calculadoras, sistemas de alarme, acionamento de portas de elevadores, etc. Sobre essa situação, responda as seguintes perguntas: a) Em que se baseia o funcionamento dessas foto-células?
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