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Decaimento radioativo e radiações
naturais
Transposição didática sobre radioatividade e suas implicações. Abordagem histórica sobre sua
descoberta, o conceito de transmutação (decaimento), as leis que governam os decaimentos radioativos e
o processo radioativo para os diferentes tipos de transmutação.
Profa. Nilséia A. Barbosa
1. Itens iniciais
Propósito
Estudar a radioatividade e conhecer as leis que governam os decaimentos e suas aplicações é essencial para
desmistificar muitos conceitos possivelmente errôneos nessa área. Além disso, também é possível promover o
uso da radioatividade como benefício, uma vez que novas alternativas e tecnologias são desenvolvidas para a
melhoria da qualidade de vida do ser humano.
Objetivos
Compreender os conceitos de radioatividade, bem como as leis que governam os processos de
transmutação.
 
Compreender os diferentes modos de decaimentos radioativos.
Introdução
Na busca contínua, ao longo de tantas décadas e séculos, para encontrar as subestruturas da matéria, ficou
claro, a partir de evidências experimentais, que os átomos têm uma subestrutura e núcleos extremamente
pequenos, com características intrigantes e espetaculares. Por exemplo, certos núcleos são instáveis e
transmutam-se (decaem) em outros e, no processo do decaimento, emitem radiações com energias milhões
de vezes maiores do que as energias atômicas.
 
Alguns dos mistérios da natureza, como por que o núcleo da Terra permanece fundido e como o Sol produz
sua energia, são explicados por fenômenos nucleares. A exploração da radioatividade e do núcleo não só
revelou novas partículas fundamentais – estruturas subjacentes como os quarks, as forças e leis de
conservação –, mas também um extenso avanço na tecnologia e larga aplicação dessas energias, oriundas
dos decaimentos radioativos, na Medicina, indústria, agricultura, entre outros.
• 
• 
1. Radioatividade e processos de transmutação
Descoberta da radioatividade
A história da radioatividade como ciência é cheia de surpresas e, sem dúvida, as características mais
marcantes daqueles que se destacaram nesse campo foram as suas mentes. Elas estavam abertas para o
inesperado, ao invés de limitar-se à capacidade de planejamento e previsão de uma pesquisa.
Em 1896, logo depois que Roentgen (1845-1923) chocou o mundo científico ao anunciar a
descoberta dos raios X, Henri Becquerel (1852-1908), estimulado pelos resultados de Roentgen,
esperava produzir raios X de minerais fluorescentes.
Becquerel teve a ideia, perfeitamente plausível na época, de que a emissão dos raios X e a fluorescência eram
oriundas da mesma causa. O conceito, mais tarde, provou ser completamente falso, mas Becquerel teve a
sorte de escolher um mineral fluorescente de urânio para testar sua ideia. Assim, ele observou as radiações
penetrantes emitidas pelo mineral e relatou suas descobertas à Academie des Sciences de Paris em um artigo
intitulado Sur les radiations emises par phosphorescence, em 24 de fevereiro de 1896.
 
Pouco depois, Becquerel começou a observar algumas coisas estranhas e a mais curiosa era que o mineral de
urânio emitia radiações penetrantes mesmo quando não atingido pela luz. Becquerel relatou os resultados de
suas observações em uma série de oito artigos que fornecem uma visão abrangente sobre a crescente
consciência de que os átomos de urânio estavam inesperadamente emitindo radiações penetrantes.
 
Essa conclusão, alcançada apenas dois meses e meio após a apresentação do primeiro artigo, foi um triunfo
da observação sobre a razão. Também foi mais notável porque Becquerel sabia que alguns pesquisadores
afirmavam ter tido sucesso no que ele falhou, relatando observações de raios X de minerais fluorescentes em
experimentos evidentemente descuidados.
 
Naquele mesmo ano, na Universidade de Cambridge, J. J. Thomson (1856-1940) estava começando a
verificar, experimentalmente, a teoria do mecanismo de ionização do ar por raios X que ele acabara de
apresentar.
 
Para obter ajuda em seus experimentos, pediu a Ernest Rutherford (1871-1937), um brilhante estudante de
Física, que se juntasse a ele na investigação. Rutherford começou a trabalhar na eletrificação produzida pelos
raios X. Em 1898, lembrando que Becquerel já havia mostrado que as misteriosas radiações emitidas do urânio
também podiam ionizar gases, iniciou o estudo da ionização produzida por essas radiações.
 
O estudo teve como objetivo verificar quanto esse processo dependia da natureza dos raios e quanto
dependia da natureza do gás específico envolvido. Inesperadamente, Rutherford descobriu que os raios de
urânio eram uma mistura de dois tipos diferentes:
Alfa 
Um, que ele chamou de alfa, tinha um poder
ionizante bastante forte, mas tão pouco
poder de penetração que poderia ser
interrompido por uma folha de papel.
Beta 
O outro, que ele chamou de beta, tinha
um poder ionizante mais fraco, mas seu
poder de penetração era semelhante
ao dos raios X.
Comentário
Naquele mesmo ano, G. C. Schmidt (1865-1949), em Erlangen, e Marie Sklodowska Curie (1867-1934),
em Paris, descobriram que o tório também emitia radiações penetrantes e ionizantes. 
Em 1899, Rutherford mudou-se para a Universidade McGill, em Montreal, onde conheceu R. B. Owens
(1870-1940), professor de engenharia elétrica. Ele persuadiu Owens a trabalhar nas radiações ionizantes
emitidas pelo tório, enquanto ele próprio trabalharia nas emitidas pelo urânio. As radiações do tório
mostraram-se mais difíceis de lidar, pois a ionização parecia flutuar amplamente.
 
Owens propôs a corrente de ar como a possível causa do problema e, pouco antes de partir para a Inglaterra
nas férias de verão, conseguiu estabilizar a ionização selando sua amostra de óxido de tório em uma caixa
hermética. Rutherford foi deixado sozinho para explicar o enigma, chegando rapidamente à conclusão de que
as flutuações na ionização se deviam à "emanação" de uma substância radioativa do tório.
 
Um ano depois, em Londres, Sir William Crookes (1832-1919) tentava purificar o nitrato de urânio. Ao fazer
isso, ele ficou surpreso ao descobrir que havia eliminado quase completamente a radioatividade do urânio.
 
Desde então, Crookes começou uma série de testes químicos que separaram o urânio de uma substância
totalmente diferente e altamente radioativa, que ele chamou de urânio X. Além disso, uma nova emanação do
rádio foi descoberta.
 
Rutherford percebeu que qualquer progresso futuro seria difícil sem a ajuda de um químico e convenceu
Frederick Soddy (1877-1956) a se juntar a ele em seu trabalho. Enquanto isso, Becquerel havia observado
que, embora o urânio perdesse quase toda a sua radioatividade quando o urânio X era removido, após um
curto período de tempo, ele recuperou a radioatividade perdida.
 
Rutherford e Soddy também descobriram que o tório, após ter sido separado do tório X, com o tempo, gerou
sua radioatividade e seu poder de produzir emanações. Percebendo que o tório X era quimicamente diferente
do tório, mas não havia nada além do tório para produzi-lo, eles propuseram a nova teoria revolucionária do
decaimento radioativo, pela qual o tório era transformado em tório X pela emissão de radiações ionizantes. No
artigo deles, publicado em 1902 (apenas seis anos após a descoberta da radioatividade), também afirmaram a
natureza exponencial das leis de decaimento e crescimento radioativo.
 
Em 1900, Becquerel descobriu que os raios beta eram fluxos de elétrons carregados negativamente e que se
moviam rapidamente.
 
Rutherford, em 1902, investigou os raios alfa e descobriu que eles também eram partículas, embora
carregassem cargas positivas e fossem enormemente maiores do que os elétrons.
 
Por causa do tamanho das partículas alfa, estava bem claro para Rutherford que elas carregavam
praticamente toda a energia contida no processo de radioatividade.
Comentário
Com notável intuição, em um artigo publicado em 1903, Rutherford sugeriu que o hélio deveria ser um
produto estável da decomposição radioativa do urânio e do tório, porquede N para N/2 em uma meia-
vida, para N/4 na próxima, para N/8 na próxima e assim por diante. O decaimento nuclear é um exemplo de
processos puramente estatístico. 
 
No módulo 2, foram definidos e discutidos os principais modos de decaimentos, a conservação de energia e
momento, as energias emitidas nesses processos, bem como as aplicações dessas radiações em diferentes
campos, o que é essencial para as práticas radiológicas. 
Podcast
Agora, o especialista encerra o tema falando sobre a radioatividade e o uso da energia nuclear.
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Assista no YouTube aos seguintes vídeos: 
 
Escrevendo as equações nucleares para os decaimentos Alfa, Beta e Gama 
 
Qual é o elemento mais radioativo?  
 
Radiação Cherenkov: quando partículas se movem mais rápido que a luz 
 
Resumão - Decaimento radioativo por academia de radiologia 
 
Procure no Scielo pelo artigo: 
 
Marcos da história da radioatividade e tendências atuais, de Allan Moreira Xavier e colaboradores.  
Referências
COMISSÃO NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA. CNEN. Instalações Radiativas. CGMI/DRS/CNEN. 18 Abr. 2020. 
 
COMISSÃO NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR. CNEN. Sistema de Instalações Radiativas da CNEN – SIR.
CNEN. Rio de Janeiro. Abr. 2020. 
 
EISBERG, R.; RESNICK, R. Física Quântica: Átomos, Moléculas, Sólidos, Partículas. Rio de Janeiro: Campus, 9.
ed., 1994. 
 
GEARHART, C. A. Planck, the Quantum, and the Historians. Phys. Perspect. 4. 2002. p. 170-215. 
 
GOLDANSKY, V. I. Two-proton radioactivity of heavier-than-tin nuclei. Ann. Rev. Nucl. Sci. 16, 1, 1966. 
 
JACKSON K. P. et al. Confirmed proton radioactivity of 53Com, Phys. Lett. B, v. 33, issue 4, p. 281-283. Oct.
1970. 
 
JAMES E. M. Physics for Radiation Protection. Weinheim: JohnWiley & Sons, 2000. 
 
HAHN, O.; STRASSMANN, F. Disintegration of Uranium by Neutrons: a New Type of Nuclear Reaction,
Naturwiss, 26, 756. 1938. 
 
TAUHATA, L.; SALATI, I. P. A.; DI PRINZIO, R.; DI PRINZIO, A. R. Radioproteção e Dosimetria: Fundamentos.
Instituto de Radioproteção e Dosimetria. Comissão Nacional de Energia Nuclear. Rio de Janeiro, 2013. 36 p. 
 
UNITED NATIONS SCIENTIFIC COMMITTEE ON THE EFFECTS OF ATOMIC RADIATION. UNSCEAR. Sources,
effects and risks of ionizing radiation. 2019 Report. Nova York, 2020.
	Decaimento radioativo e radiações naturais
	1. Itens iniciais
	Propósito
	Objetivos
	Introdução
	1. Radioatividade e processos de transmutação
	Descoberta da radioatividade
	Comentário
	Comentário
	Curiosidade
	Aspectos gerais do decaimento radioativo
	Unidades nucleares
	Núcleo
	Próton
	Nêutrons
	Elétron
	Massa atômica e número Avogadro
	Atenção
	Equivalência entre massa x energia
	Elétron-volt (eV)
	Atividade A(t) de uma amostra radioativa
	Atenção
	Decaimento da atividade com o tempo
	Comentário
	Exemplo
	Meia-vida do radioisótopo (T1/2)
	Exemplo
	Decaimento do carbono-11 (11C)
	Solução:
	Vida média do radioisótopo, τ
	Decaimento da série radioativa
	Exemplo
	Energia de desintegração (Q)
	A história da radioatividade
	Conteúdo interativo
	Verificando o aprendizado
	Radioatividade é a transformação espontânea do núcleo atômico de um nuclídeo para outro.Sobre radioatividade, assinale a alternativa CORRETA:
	O número de desintegrações radioativas por unidade de tempo de uma amostra de iodo é proporcional ao número de átomos de iodo presentes na amostra naquele dado momento. Supondo que a constante de proporcionalidade λ seja igual a 0,0117 dias-1.
	Qual é, aproximadamente, o número de dias para que o número de átomos de iodo seja reduzido a 1/10 do seu valor original.
	2. Modos de decaimentos radioativos
	Emissões Nucleares
	Modos de decaimento
	Decaimento alfa (α)
	Curiosidade
	Energia no decaimento alfa (α)
	Exemplo
	Decaimento α
	Decaimento beta (β)
	Decaimento beta menos (β-)
	Energia no decaimento b−
	Exemplo
	Decaimento beta mais (β+) (emissão de pósitrons)
	Curiosidade
	Energia no decaimento b+
	Exemplo
	Emissão gama (γ)
	Atenção
	Energia no decaimento γ
	Captura eletrônica (CE)
	Energia no decaimento CE
	Exemplo
	Decaimento CE
	Fissão Espontânea (FE)
	Atenção
	Curiosidade
	Decaimento de prótons
	Comentário
	Emissão de nêutrons
	Fontes naturais e artificiais de radiação
	Síntese dos elementos na natureza
	1
	2
	3
	4
	5
	6
	Atenção
	Fontes naturais
	Curiosidade
	Comentário
	Fontes artificiais
	Fontes médicas
	Fontes industriais
	Pesquisa
	Distribuição
	Equipamentos
	Serviços prestados
	Os elementos são eternos?
	Conteúdo interativo
	Verificando o aprendizado
	Ernest Rutherford e Frederick Soddy demonstraram que a emissão das partículas alfa e beta envolviam transmutação de elementos, ou seja, a transformação de um elemento em outro. No decaimento radioativo, quando o núcleo resultante filho possui uma unidade atômica menor que o núcleo origem pai, é correto afirmar que se trata de uma emissão:
	Em relação às partículas alfa, analise as afirmativas abaixo.I. Para que ocorra o decaimento alfa, o valor da energia de desintegração (Q) deve ser positivo.
	II. Devido à conservação do momento linear, como a massa do núcleo filho é muito maior do que a da partícula alfa, ela carrega quase toda a energia cinética.
	III. A emissão de partículas do núcleo por decaimento alfa (α) acontece quando os núcleos de átomos instáveis são extremamente pesados.
	3. Conclusão
	Considerações finais
	Podcast
	Conteúdo interativo
	Explore+
	Referênciasmagnéticos, num tubo de raios catódicos.
Massa atômica e número Avogadro
Ao descrever a massa de objetos na escala de núcleos e átomos, é mais razoável medir sua massa em termos
de átomos (unidade de massa atômica).
 
A unidade de massa atômica foi unificada a partir de 1960, definida como 1/12 da massa de um átomo de 12C,
que é o isótopo estável do átomo de carbono mais abundante na natureza. Logo, a massa do átomo do 12C
ficou definida como sendo 12,000000u.
Atenção
A nova unidade de massa (u) não pertence ao Sistema Internacional de Unidades e Medidas. 
A massa de 1u pode ser determinada a partir no número de Avogadro NA:
Em 12kg de 12C estão contidos:
Assim, a massa de um átomo de 12C =
Portanto,
Equivalência entre massa x energia
A enorme energia emitida durante a transmutação de um elemento radioativo em outro é facilmente entendida
a partir do conceito de equivalência entre massa e energia, proposta por Albert Einstein quando formulou sua
teoria da relatividade.
De acordo com a teoria da relatividade restrita de Einstein, há uma equivalência entre massa (m0) de
uma partícula e energia (E0), de repouso, dada pela seguinte equação:
E0 = m0 c2
Em que c é a velocidade da luz no vácuo.
Então, a energia equivalente a 1u pode ser calculada da seguinte maneira:
Portanto, a massa de 1u equivale à energia de 931,494 MeV.
 
Para o caso do próton:
Elétron-volt (eV)
O elétron-volt, unidade de energia que não pertence ao Sistema Internacional, é usado para energias
extremamente pequenas. Ele corresponde à energia adquirida por um elétron quando é acelerado no vácuo
por uma diferença de potencial de 1V.
Atividade A(t) de uma amostra radioativa
A atividade A(t) de uma amostra radioativa contendo um grande número N(t) de átomos radioativos idênticos
representa o número total de decaimentos (desintegrações) por unidade de tempo, ou seja, a taxa de
mudança dos átomos instáveis em determinado instante de tempo é definida como um produto entre N (t) e λ,
ou seja:
A unidade SI de atividade é o Becquerel (Bq) dado como 1Bq = 1s − 1.
Atenção
O Becquerel e o Hertz correspondem a s− 1, mas o Hertz se refere à frequência do movimento periódico,
enquanto o Becquerel se refere à atividade. 
A antiga unidade de atividade, o Curie (Ci), foi inicialmente definida como a atividade de 1g do rádio-226
(226Ra) e dada como 1Ci = 3,7 × 1010 s−1.
 
A atividade de 1g de 226Ra foi subsequentemente medida como sendo 3,665 × 1010 s− 1; entretanto, a
definição do Curie foi mantida em 3,7 × 1010 s− 1.
 
O valor atual da atividade de 1g de 226Ra é, portanto, 0,988Ci ou 3,665 × 1010Bq.
 
Observação: Bq e Ci estão relacionados da seguinte forma: 1Bq = 2,703 × 10−11 Ci ou 1 Ci = 3,7 × 1010 Bq
Decaimento da atividade com o tempo
A forma mais simples de decaimento radioativo é caracterizada por um núcleo pai radioativo P decaído com
constante de decaimento λ em um núcleo filho estável F:
A taxa com que o número de núcleos pais radioativos N(t) diminui no tempo t é igual à atividade A(t), isto é:
Assumindo λ como constante, a equação diferencial de (1.2) para N(t) pode ser reescrita na forma integral,
obtendo o seguinte resultado:
Em que Np(0) é o número de núcleos radioativos no instante t = 0.
 
A atividade dos núcleos pais no instante de tempo t pode ser expressa da seguinte forma:
Em que A (0) = λNp(0) é a atividade inicial da substância radioativa.
 
O número inicial de núcleos radioativos NP(0) de massa atômica A, numa amostra de massa m em (γ), pode
ser obtido pela seguinte expressão:
Em que NA é o número de Avogadro (6.022 × 1023 átomos em grama do radionuclídeo).
 
A lei de decaimento de (1.3) se aplica a todos os nuclídeos radioativos, independentemente de seu modo de
decaimento. No entanto, a constante de decaimento λ é diferente para cada nuclídeo radioativo p e é a
característica definidora mais importante de um nuclídeo radioativo.
 
Muitos radionuclídeos possuem modos alternativos de decaimento. Por exemplo, o decaimento do 226Ra
possui ramificações. Neste caso, a constante de decaimento (desintegração) total λ é dada pela soma das
constantes de decaimento parcial λi, aplicáveis a cada modo:
Conhecendo as probabilidades de decaimento parcial ni, cada constante de decaimento parcial pode ser
calculada por:
E a atividade parcial é dada por:
Comentário
Perceba que cada atividade parcial decai com a mesma taxa, que é determinada pela constante de
decaimento total, uma vez que o estoque de núcleos N disponíveis a cada instante t para cada tipo de
decaimento parcial é o mesmo para todos os tipos. 
A atividade total A é dada pela soma das atividades parciais:
Exemplo
O 226Ra decai em 222Rn e quando isso acontece, há duas possibilidades para que esse radionuclídeo
emita radiação. Determine as constantes parciais de decaimento. Resolução:Sejam α1 e α2 as partículas
alfa emitidas com energias de 4,784 MeV e 4,601 MeV, respectivamente, podemos determinar as
constantes parciais de decaimento, sabendo-se que T 1/2 = 1.620 anos: li = nilla1 = 0,945 x l = 4,04 x
10-4ano-1la2 = 0,055 x l = 2,35 × 10-5ano-1 
Meia-vida do radioisótopo (T1/2)
A meia-vida (T1/2) de uma substância radioativa é o intervalo de tempo durante o qual o número de núcleos
radioativos da substância presente decai (desintegra) para metade do valor inicial N (0), em t=0.
Também podemos afirmar que, no tempo de meia-vida, a atividade A(t) de uma substância radioativa diminui
para a metade de seu valor inicial, ou seja: Se,
Podemos, então, encontrar uma relação entre T1/2 e λ. A partir da equação (1.11), obtemos a seguinte relação
entre a constante de decaimento λ e a meia-vida (T1/2):
 
Exemplo
Decaimento do carbono-11 (11C)
1. O 11C tem meia-vida de 20,334 min.
 
1. a) Qual é a constante de decaimento do 11C?
 
2. Se 1 kg de amostra de 11C existe no início de uma hora:
 
1. a) Quanto material permanecerá no final desta hora?
 
2. b) Qual será a atividade de decomposição naquele momento?
 
Uma vez que N(0) se refere à quantidade de 11C no início, em (t=0), depois de uma meia-vida, a quantidade de
11C restante será N(0)/2. A constante de decaimento é equivalente à probabilidade de um núcleo decair a
cada segundo. Como resultado, a meia-vida precisará ser convertida em segundos.
 
Solução:
 
a)
Aplique o logaritmo natural em ambos os lados da equação para isolar a constante de decaimento.
b) A quantidade de material após uma hora pode ser encontrada usando a equação:
Convertendo 1kg para g: 1kg = 1000g
c) A atividade após uma hora pode ser encontrada usando a equação:
Vida média do radioisótopo, τ
O tempo de vida real de qualquer núcleo radioativo pode variar de 0 a ∞. No entanto, para um grande número
N de núcleos pais, podemos definir a vida média (τ) de uma substância pai radioativa, que é a soma das vidas
úteis de todos os átomos individuais dividida pelo número inicial de núcleos radioativos.
 
A vida média representa, portanto, a expectativa de vida média de todos os núcleos na substância radioativa 
P no tempo t = 0; ou seja: 
A constante de decaimento λ e a vida média τP estão relacionadas pela seguinte expressão:
A vida média τP também pode ser definida como o tempo necessário para o número de átomos radioativos ou
sua atividade cair para 1/e = 0,368 de seu valor inicial NP (0) ou da atividade inicial A(0), respectivamente.
A vida média (τP ) e a meia-vida (T 1/2 ) estão relacionadas da seguinte forma: 
Um exemplo típico de um decaimento radioativo para a condição inicial A(t=0) = A(0) é mostrado na imagem,
a seguir, como um gráfico da atividade A(t) em função do tempo t, ou seja:
 
As seguintes propriedades da curva de decaimento radioativo são notáveis:
 
i. A área sob a curva de atividade A(t) versus tempo t para 0 ≤ t ≤ ∞ é dada como:
E o resultado é igual ao número inicial de núcleos radioativos no tempo t = 0.
Atividade A(t) versus tempo t para um decaimento simples de um pai radioativo P
em um filho estável F.
a) O número total de núcleosradioativos presentes em qualquer momento t > 0 é simplesmente a atividade
A(t) multiplicada pela vida média τ .
 
b) O conceito de meia-vida (T1/2) é mostrado na imagem anterior, como o tempo em que a atividade A(t) cai
de A(0) para (1/2)A(0). 
 
c) O conceito de vida média τ é mostrado na imagem anterior, como o tempo em que a atividade A(t) cai de
A(0) para 0,368A(0) = e − 1A(0). 
 
d) A área A(0) τ é mostrada na Figura 1 por um retângulo com lados A(0) e τ. Se a atividade inicial A(0)
pudesse permanecer constante para a vida média τ, todos os átomos seriam transformados no tempo t = τ no
qual a atividade cairia abruptamente para zero. 
 
e) Em geral, a inclinação da tangente à curva de decaimento no tempo t é dada como:
 
f) 
 
 
 d
 A
 (
 t
 )
 
 
 d
 t
 
 
 =
 −
 l
 A
 (
 0
 )
 
 e
 
 −
 l
 t
 
 
, enquanto a inclinação inicial em t = 0 é igual a −λA(0).
 
g) A função linear, com a inclinação igual a −λA(0) e a interceptação das ordenadas no tempo t = 0 igual a
A(0), é: A(t) = − lA(0)t+ A(0), e representa a tangente à curva de decaimento em t = 0. Ela serve como uma
boa aproximação para a relação atividade A(t) versus t , quando t ≪ τ, ou seja :
 A(t) ≈ A(0) (1−lt) = A(0) (1− t/t) . E resulta em A(t) = 0 em t
Decaimento da série radioativa
O tópico anterior tratou da radioatividade de uma amostra contendo apenas um radionuclídeo pai submetido a
apenas um modo de decaimento radioativo, levando a um filho estável.
 
A lei do decaimento de uma amostra pode ser estendida e ser significativamente mais complexa se a amostra
consiste em dois ou mais componentes, como nos casos seguintes:
 
Uma série de transmutação radioativa onde um pai radioativo P decai com constante de decaimento λp
em um filho F que, por sua vez, é radioativo e decai com uma constante de decaimento λF em um neto
estável n:
 
Na cadeia de transmutação, o neto e vários de seus descendentes são também radioativos. Esse
processo estende-se por várias gerações e constitui o que se chama de série radioativa.
• 
• 
 
O radionuclídeo na amostra está sujeito a mais de um modo de desintegração. Esse tipo de
decaimento é conhecido como decaimento de ramificação.
 
A amostra consiste em mais de uma espécie radioativa em uma mistura de atividades independentes.
 
Muitos núcleos encontrados na natureza pertencem a uma das três séries que começam com um núcleo pai
de meia-vida muito longa e estende-se por um conjunto de gerações de núcleos que vão decaindo até
alcançar a estabilidade com o chumbo (Z = 82). 
 
As três séries naturais começam com o 238U, 235 U e 232Th, que possuem meia-vida de, respectivamente,
4,47 × 109 anos, 7,04 × 108 anos e 1,41 × 1010 anos. Quando se atinge o que é chamado de equilíbrio secular,
as atividades de todos os elementos da série são iguais. 
 
Os resultados obtidos nos decaimentos sucessivos dependem muito das meias-vidas relativas do pai, filho,
neto e demais descendentes. Logo, há a necessidade de fazer um balanceamento das equações diferenciais
para cada elemento. 
 
É importante notar também que, nas séries radioativas, não é possível igualar a atividade à derivada do
número de núcleos, como fizemos na equação 1.4, pois há mais componentes que modificam o número de
núcleos na amostra – eles são criados a partir de um decaimento. 
Exemplo
Para uma série curta com pai e filho radioativos e neto estável, as equações diferenciais têm a forma:
A solução para esse conjunto de equações resulta, para o número de núcleos do nuclídeo filho no instante t,
se não há nenhum núcleo no instante inicial, isto é, para t = 0, N(0)F = 0,
• 
• 
Energia de desintegração (Q)
A energia de desintegração (Q) é a energia total liberada em um decaimento radioativo, que é igual à diferença
de massas atômicas entre os estados fundamental do pai e do filho.
 
Considere, por exemplo, o decaimento radioativo do 238U, que é comumente escrito na forma:
E o valor Q para esta reação é:
em que 
No entanto, deve-se notar que, em todas as reações nucleares, a carga total deve ser conservada. 
 
Na reação vista anteriormente, o número de elétrons não é conservado. No lado esquerdo, o átomo de urânio
tem 92 elétrons. À direita, o átomo de tório tem 90 elétrons, e a partícula alfa é positiva, portanto, não tem
elétrons. 
 
Antes de prosseguir, é necessário ter cuidado para equilibrar o número do elétron. Isso pode ser feito
observando que, quando uma partícula alfa é emitida do átomo de urânio, a emissão da partícula alfa deve ser
acompanhada pela emissão de dois elétrons orbitais do átomo de tório. 
 
A reação correta deve ser escrita como:
Conceitualmente, os dois elétrons podem ser combinados com a partícula alfa para produzir um átomo de He
com dois elétrons (a energia de ligação dos dois elétrons no átomo de hélio é negligenciada).
O valor Q agora pode ser expresso, em termos de massas atômicas, como:
Como 1u = 931, 494 MeV
Alternativamente, a energia de decaimento pode ser obtida para as partículas alfa emitidas junto com a
energia de recuo do átomo de tório. Aproximadamente 77% das partículas α emitidas têm energia cinética de
4,20 MeV e 23% com energia de 4,15 MeV. 
 
A transição de 4,20 MeV resulta no estado fundamental de 234Th. A transição de 4,15 MeV dá origem a um
estado excitado que então decai pela emissão de um fóton de 0,05 MeV para o estado fundamental. Assim, a
energia total de decaimento é de 4,20 MeV mais a energia de recuo do núcleo de tório. A partir da
conservação do momento, o momento p da partícula alfa e do núcleo do tório deve ser igual. Uma vez que a
energia E está relacionada ao momento por E = p2/2M, segue-se que a energia do núcleo de tório recuando é
ETh = (4/234) × Eα = 0,07 MeV. 
 
Portanto, a energia total de decaimento Q é 4,27 MeV. 
A história da radioatividade
Assista ao vídeo para conhecer os principais marcos na descoberta da radioatividade e veja o exemplo de
cálculo de uma atividade de uma fonte pontual.
Conteúdo interativo
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Verificando o aprendizado
Questão 1
Radioatividade é a transformação espontânea do núcleo atômico de um nuclídeo para outro.
Sobre radioatividade, assinale a alternativa CORRETA:
A
Meia-vida física é o tempo necessário para que certo nuclídeo radioativo tenha o seu número de átomos
reduzido a 1/e.
B
A mudança de um núcleo (pai) para outro (filho) é chamada transmutação.
C
A partícula alfa tem a mesma massa de repouso de um elétron atômico e unidade de carga elétrica negativa.
D
Os núcleos excitados podem emitir o excesso de elétrons na forma de fótons chamados de raios catódicos.
E
A meia-vida de um elemento radioativo é avaliada como sendo a soma das idades de todos os átomos
dividida pelo número total de átomos, pois um material radioativo tem teoricamente duração infinita.
A alternativa B está correta.
A única opção totalmente correta é a letra B.
Em A, meia-vida física é o tempo necessário para que certo nuclídeo radioativo tenha o seu número de
átomos reduzido à metade.
Em C, a partícula alfa é positiva.
Em D, não tem elétrons no núcleo do átomo.
Em E, seria vida média e não meia-vida.
Questão 2
O número de desintegrações radioativas por unidade de tempo de uma amostra de iodo é
proporcional ao número de átomos de iodo presentes na amostra naquele dado momento.
Supondo que a constante de proporcionalidade λ seja igual a 0,0117 dias-1.
Qual é, aproximadamente, o número de dias para que o número de átomos de iodo seja
reduzido a 1/10 do seu valor original.
A
203,0 dias
B
195,2 dias
C
196,8 diasD
197,9 dias
E
207,8 dias
A alternativa C está correta.
Como
temos:
2. Modos de decaimentos radioativos
Emissões Nucleares
O decaimento radioativo é uma transformação nuclear espontânea que resulta na formação de
novos elementos e é amplamente independente dos estados físico e químico do nuclídeo.
Neste processo, um nuclídeo pai instável é transformado em um nuclídeo filho mais estável, por meio de vários
processos. 
 
O processo de decaimento depende da razão nêutron para próton e da relação massa-energia dos nuclídeos
pai e filho e da(s) partícula(s) emitida(s). Como acontece com qualquer reação nuclear, as várias leis de
conservação devem valer.
 
O processo, geralmente, é acompanhado pela emissão de radiação gama, conforme a imagem a seguir. Se o
nuclídeo filho também for instável, o processo de decaimento radioativo continua em uma cadeia de
decaimento até que um nuclídeo estável seja alcançado. 
Decaimento radioativo
Os nuclídeos radioativos decaem espontaneamente pelos seguintes processos:
 
Decaimento alfa (α)
 
Decaimento de beta-menos (β-)
 
Decaimento beta (β)
 
Emissão gama (γ)
 
Captura de elétrons (CE)
• 
• 
• 
• 
• 
 
Decaimento de prótons (p)
 
Decaimento de nêutrons (n)
Ilustração de um núcleo atômico instável.
Modos de decaimento
Decaimento alfa (α)
A emissão de partículas do núcleo por decaimento alfa (α) ocorre quando núcleos de átomos instáveis são
extremamente pesados (elemento radioativo), ou seja, nuclídeos de número atômico alto contêm excesso de
prótons e nêutrons. 
 
O núcleo com muitos prótons se torna mais instável devido às repulsões coulombianas que há entre os
prótons, as partículas positivas. Para diminuir a instabilidade, núcleos desses átomos pesados emitem dois
prótons e dois nêutrons, o que coincide com um núcleo de hélio (He). Logo é chamado de núcleo de hélio. 
 
A equação 2.1 ilustra um exemplo de decaimento alfa: 
Os símbolos utilizados para a identificação de um elemento químico são: 
A - número de massa; 
Z - número atômico ou número de prótons; 
N - número de nêutrons, sendo obtido pela equação N = A – Z. 
 
Exemplos: 
 
• 
• 
 
 2
 4
 
 H
 e
 , 
 
 
 
 94
 
 
 239
 
 
 P
 u
 , 
 
 
 
 92
 
 
 235
 
 
 U
 .
 
A imagem a seguir (Esquema do decaimento alfa (α) ilustra o decaimento nuclear alfa (α) de um átomo pai (P)
emitindo uma partícula alfa (
 
 
 2
 4
 
 α
), resultando em filho (F). Já a imagem posterior (Decaimento do 
 
 
 
 226
 
 
 R
 a
 ⋅
 
 
 
 88
 
 
 226
 
 
 R
 a
 →
 
 
 
 86
 
 
 222
 
 
 R
 n
 +
 
 
 2
 4
 
 H
 e
) mostra o decaimento do (rádio) 222Ra emitindo uma partícula alfa (
 
 
 2
 4
 
 H
 e
), transformando no (Radon) 222Rn.
Esquema do decaimento alfa (α)
Decaimento do rádio
Curiosidade
Na interação da radiação com a matéria, as partículas alfa perdem sua energia e se tornam átomos de
hélio neutros. Seu alcance em sólidos e líquidos é muito curto: da ordem de micrômetros. No ar, o
alcance é normalmente de alguns centímetros. Devido a esse curto alcance, a radiação alfa normalmente
não constitui um perigo para os seres humanos, sendo absorvida pelas camadas externas da pele antes
de causar lesões. Porém, se as partículas emissoras de alfa forem ingeridas internamente, por exemplo,
por deglutição ou inalação, são muito tóxicas devido à grande quantidade de energia liberada em uma
curta distância no tecido vivo. 
Essas propriedades das partículas alfa podem ser usadas para erradicar células cancerígenas.
Energia no decaimento alfa (α)
Para que ocorra um decaimento, deve haver a conservação do número atômico, do número de massa e da
energia total, vistos no módulo 1.
 
Logo, a energia de desintegração no decaimento alfa (Qa) pode ser escrita como:
Para que ocorra a emissão α, o valor de Q da reação deve ser positivo. A energia Qα aparece como energia
cinética do núcleo filho da partícula α e a energia de excitação do núcleo filho. Como o momento linear
também deve ser conservado, a partícula α, cuja massa é muito menor que a do núcleo filho, carrega quase
toda a energia cinética.
Exemplo
Decaimento α
 
O 238U decai em 234Th e nesse processo emite uma partícula α.
Quando a partícula a é emitida do núcleo do 238U, seu número atômico diminui de 2, para transformar-se em
um átomo neutro do 234Th, libera também dois elétrons da camada mais externa, que são transferidos a
algum átomo ou molécula do meio. Por outro lado, a partícula α, que é emitida com energia cinética, sai
ionizando os átomos que encontra em seu caminho e vai perdendo energia até parar, quando captura dois
elétrons que encontra nas vizinhanças e torna-se um átomo neutro de He.
 
A energia de desintegração Q pode ser calculada conhecendo-se as massas atômicas dos nuclídeos
envolvidos, sob a hipótese de que a massa do núcleo é a do átomo menos a massa dos seus elétrons Z.
 
Para 238U, 234Th e 4He, Q pode ser calculado como:
Como 1 u = 931,494 MeV
Decaimento beta (β)
O decaimento da partícula beta (β) é exatamente como um elétron, com uma importante diferença entre os
dois: a sua origem.
 
O decaimento beta é de origem nuclear.
 
O elétron se encontra na órbita ao redor do núcleo de um átomo.
 
O decaimento beta é o termo usado para descrever elétrons (négatrons e pósitrons) de origem nuclear,
carregados positiva (β+) ou negativamente (β-). 
 
Sua emissão constitui um processo comum em núcleos de massa pequena ou intermediária, que possuem
excesso de prótons ou de nêutrons em relação à estrutura estável correspondente, conforme a próxima
imagem. 
• 
• 
Decaimento beta.
A energia da transição é bem definida, mas como ela é repartida entre o elétron e o neutrino, a energia da
radiação beta detectada terá um valor variando de zero até um valor máximo, (Emax), a energia do ponto final,
característica desse nuclídeo. 
 
Assim, o espectro da radiação beta detectada será contínuo, iniciando com valor 0 e terminando em Emax, 
como é mostrado na imagem a seguir. 
Espectro de distribuição em energia de um processo de emissão β.
Esta energia final corresponde à diferença de massa entre o núcleo pai e o filho, conforme exigido pela
conservação de energia. A energia média da partícula beta é aproximadamente1/3 da energia máxima.
Decaimento beta menos (β-)
Quando o núcleo do átomo instável tem excesso de nêutrons, o mecanismo de compensação se dá da
seguinte forma: ocorre no núcleo a transformação de um nêutron em um próton mais um elétron (β-) que é
emitido no processo de decaimento.
 
A equação 2.2 ilustra o processo de decaimento β-.
Em que n¯ é um antineutrino. O elétron de alta energia ejetado do núcleo é denotado por β− para distingui-lo
de outros elétrons denotados por e−.
 
Mais precisamente, o “neutrino” emitido no decaimento β− é o antineutrino (com o neutrino sendo emitido no
decaimento β−). O neutrino tem carga zero e massa infinitamente pequena. As energias máximas das
partículas beta variam de 10 keV a 4 MeV. 
 
Embora as partículas b- tenham um alcance maior do que as partículas α, finas camadas de água, vidro, metal
etc. podem blindá-las. 
 
O núcleo pai (P) transforma-se na seguinte configuração:
A próxima imagem (Ilustração do decaimento beta menos) ilustra o processo de decaimento b− e a imagem
seguinte (Esquema de decaimento b−. 14C), o decaimento do 14C que decai em 14N e emite uma partícula b−
(négatron). 
Ilustração do decaimento beta menos.
Esquema de decaimento b14C.
Partículas beta com menos de 200 keV têm faixa de penetração limitada no tecido. No entanto, as partículas
beta dão origem à radiação Bremsstrahlung, que é altamente penetrante.
Esquema de decaimento b− do 60Co.
Energia no decaimento b−
A energia de desintegração no decaimento b− (Qβ-) pode ser escrita como:
Em que o valor Q agora é expresso em termos de massas atômicas e massa do elétron (a energia de ligação
do elétron ao íon filho foi desprezada).
Exemplo
01 D
48 3Decaimento -
 
Considere o decaimento beta do 14C, ou seja:
E usando os valores de massas atômicas tabelados:
Decaimento beta mais (β+) (emissão de pósitrons)
Quando o núcleo do átomo instável tem falta de nêutrons, o mecanismo de compensação se dá da seguinte
forma: há no núcleo a transformação de um próton em um nêutron mais uma partícula β+ (pósitron) que é
emitida no processo de decaimento. O pósitron é um elétron carregado positivamente.
 
A equação 2.5 ilustra o processo de decaimento β+.
O núcleo pai (P) transforma-se na seguinte configuração:
A imagem a seguir (Ilustração do decaimento beta mais) ilustra o processo de decaimento b+ e a imagem
seguinte (Esquema de decaimento b+. 10C), o decaimento do 10C que decai em 10B e emite uma partícula b+
(pósitron).
Ilustração do decaimento beta mais.
Esquema de decaimento b+ 10C.
Da mesma forma que o β−, o pósitron β+ é continuamente distribuído em energia até uma energia máxima
característica.
 
O pósitron, após ser emitido do núcleo, sofre forte atração eletrostática com os elétrons atômicos.
 
O pósitron e os elétrons negativos se aniquilam e resultam em dois fótons (raios gama), cada um com
energia de 0,511MeV, movendo-se em direções opostas.
• 
 
O decaimento β+ só acontece quando a diferença entre as massas atômicas do nuclídeo pai e do filho,
em unidade de energia, é maior do que duas vezes a massa de repouso do elétron 
 
 
 2 
 
 m
 e
 
 
 c
 2
 
 = 
 1 
 , 
 022 
 
 MeV
 
 
 
.
 
Esse valor corresponde à soma das massas do pósitron emitido com a do elétron de valência liberado, uma
vez que, no decaimento β+, o número atômico do elemento filho diminui de uma unidade.
 
O espectro β+ tem forma semelhante à do espectro β-, porém um pouco distorcido para a direita, devido à
repulsão da carga elétrica positiva concentrada no núcleo.
Curiosidade
O neutrino (ν) e o antineutrino (n-) são partículas que foram detectadas muito tempo depois de sua
hipótese. A necessidade de conservação de energia e de paridade no sistema durante o processo de
decaimento beta levou Pauli à formulação da hipótese da existência de uma partícula que dividiria com o
elétron emitido a distribuição da energia liberada pelo núcleo no processo de decaimento. A teoria foi
posteriormente confirmada, sendo verificada a presença do neutrino (ν), na emissão β+, e do
antineutrino (n-), na emissão β−. 
Como o neutrino é uma partícula sem carga, de massa muito pequena em relação ao elétron, ele é de difícil
detecção.
Energia no decaimento b+
A energia de desintegração no decaimento b+ (Qβ+) pode ser escrita como:
• 
Em que o valor Q agora é expresso em termos de massas atômicas e massa do elétron (a energia de ligação
do elétron ao íon filho foi desprezada).
Exemplo
01 D
48 3Decaimento +
 
Considere o decaimento beta do 22Na, ou seja:
E usando os valores de massas atômicas tabelados:
Emissão gama (γ)
A emissão gama (γ) não é um processo primário de decaimento, mas geralmente acompanha o decaimento
alfa (α) e beta (β). Normalmente, esse tipo de radiação surge quando o produto filho resultante do decaimento
alfa ou beta é formado em um estado “excitado”, ou seja, as partículas do núcleo pai ficam fora do equilíbrio. 
 
Esse estado “excitado” do núcleo retorna muito rapidamente (
 
 
 2 
 
 m
 e
 
 
 c
 2
 
 = 
 1 
 , 
 022 
 M 
 e 
 V 
 
 
.
 
A captura do elétron na camada K tem maior probabilidade de ocorrer (aproximadamente 90%), já na camada
L, tem aproximadamente 10% de probabilidade. Essa diferença tão significativa de probabilidade da camada K,
a mais próxima donúcleo, do que da camada L, tem uma explicação dada pela Mecânica Quântica (MQ). 
 
De acordo com a MQ, os elétrons atômicos podem até penetrar no núcleo durante seu movimento, formando,
assim, um buraco deixado pelo elétron, o qual é preenchido imediatamente por um elétron de um nível de
energia mais alto, quando um fóton de raio X característico do átomo filho é emitido, seguido por uma
avalanche de fótons de raios X. Em vez da emissão de um fóton, pode haver a ejeção de um elétron, chamado
elétron Auger. 
 
Veja a ilustração a seguir. 
 
Reorganização atômica após a captura de um elétron.
Energia no decaimento CE
A energia de desintegração no decaimento por CE (QCE) pode ser escrita como:
Exemplo
Decaimento CE
 
Considere o decaimento por CE do 7Be, ou seja:
E usando os valores de massas atômicas tabelados:
Fissão Espontânea (FE)
A descoberta da fissão por nêutrons ocorreu em 1938, por Otto Hahn (1879-1968) e seus colaboradores
(HAHN; STRASSMANN, 1938), em virtude de sua explicação dos fenômenos e introdução do termo fissão
nuclear. 
 
Embora as propriedades de emissão alfa do 238U fossem bem conhecidas naquela época, a fissão
espontânea, muito menos comum, tinha sido "mascarada" devido à sua proporção de ramificação muito
pequena, de cerca de uma FE para 2 × 106 emissões de partículas alfa. 
 
Com exceção do 8Be (que decai em duas partículas alfa), a FE não foi detectada em nenhum elemento mais
leve do que o tório. Na década de 1960, fontes de califórnio (252Cf) tornaram-se disponíveis e a medição
detalhada da fissão desse sistema contribuiu muito para nossa compreensão do processo. 
Atenção
Actinídeos (Ac, Th, Pu, U, Pu, Am, Np, Cm etc.) e transactinídeos podem sofrer decaimento radioativo
por fissão espontânea. Nesse processo, o núcleo se divide em dois núcleos, com massa e carga de
aproximadamente metade da do pai, e vários nêutrons. 
O processo de decaimento da fissão espontânea (SFE) pode ser descrito qualitativamente por:
Fissão espontânea
De maneira mais detalhada:
O processo é mostrado esquematicamente na imagem anterior. Um nuclídeo pai 
 
 
 Z
 A
 
 P
 se divide em dois nuclídeos filhos 
 
 
 
 Z
 ′
 
 
 A
 ′
 
 
 F
 e 
 
 
 
 Z
 −
 
 Z
 r
 
 
 
 A
 −
 A
 
 
 F
 junto com a liberação de h nêutrons e energia E∗.
 
Normalmente, η varia de 2 a 4, e E∗ é aproximadamente 200 MeV. Além disso, os chamados nêutrons
retardados podem ser emitidos pelos produtos da fissão primária. Os nuclídeos filhos ou produtos de fissão
têm, em geral, números de massa A e números atômicos Z diferentes. 
 
Uma vez que existem mais de dois produtos de decaimento, os produtos e suas energias não podem ser
identificados de forma única. No caso da fissão espontânea do férmio-256 (256Fm), uma dessas reações é:
A liberação de energia cinética nesse processo, devido principalmente à grande repulsão eletrostática dos
fragmentos, é de aproximadamente 190MeV. 
 
A maioria dos nêutrons liberados é imediata, entre de 10 a 14segundos após a fissão. Alguns nêutrons são
liberados em uma escala de tempo muito mais longa e estão associados às cadeias de decaimento da fissão.
Desde a descoberta desse processo, a identificação da massa e da carga nuclear dos produtos de fissão
sempre foi uma parte importante das investigações e dos experimentos de fissão. 
Curiosidade
Nos primeiros relatos sobre a exploração de produtos de fissão, iniciada por físicos nucleares como
Anderson e Fermi, métodos radioquímicos foram usados. Eles estão sendo progressivamente
substituídos por métodos físicos mais sofisticados para a determinação dos rendimentos. 
No processo de fissão, a probabilidade de medir a produção de um isótopo ou nuclídeo é geralmente expressa
como o rendimento (dado em unidades de produção por unidade de fissão ou em porcentagem).
 
No âmbito das tecnologias nucleares (tecnologia de reatores, salvaguardas etc.), a distribuição cumulativa dos
produtos da fissão é de grande interesse para fins práticos, como armazenamento de resíduos, controle de
100 256 Fm → 54 140 Xe + 46 112 Pd + 4 n (Essa reação representa apenas uma das
muitas combinações de produtos de fissão). 
reatores nucleares etc. Rendimentos independentes são importantes para o entendimento fundamental das
reações nucleares correspondentes, mas também para fins práticos de curto prazo na operação do reator.
Decaimento de prótons
À medida que se move mais para a esquerda da linha de estabilidade, na imagem a seguir, a proporção de
prótons para nêutrons aumenta com o aumento da distância, e os nuclídeos são cada vez mais ricos em
prótons.
Tabela de nuclídeos.
Em tais nuclídeos ricos em prótons, o decaimento do pósitron (β+) é, em geral, energeticamente mais
favorável. No entanto, à medida que a energia de ligação desses prótons diminui ainda mais, chega-se a um
ponto em que a emissão de prótons se torna energeticamente possível.
Comentário
Com mais frequência, a emissão de prótons segue a emissão de pósitrons em um processo de dois
estágios, ou seja, o decaimento β+ resulta em um filho em um estado excitado que então se desexcita
pela emissão de prótons. 
Uma revisão das primeiras especulações teóricas sobre o assunto da emissão de prótons foi feita por
Goldansky (1966). A primeira observação da emissão de prótons foi relatada por Jackson et al. (1970) com o
nuclídeo 53mCo.
 
O processo de decaimento de prótons pode ser descrito por:
Após a emissão do próton, o átomo filho tem um elétron extra que é rapidamente ejetado para o meio
circundante para equilibrar a carga.
 
No decaimento de prótons para o estado fundamental, o valor Q para o decaimento do próton é dado por:
Emissão de nêutrons
A emissão de nêutrons imediatamente após a emissão β− (chamada nêutrons atrasados - emissão de
nêutrons com atraso beta, β−n) foi observada em muitos nuclídeos ricos em nêutrons. 
 
O fenômeno da emissão retardada de nêutrons é muito importante no controle de reatores nucleares, uma vez
que a emissão de nêutrons ocorre em uma escala de tempo muito mais longa do que aquela associada à
fissão – isso permite um tempo de resposta longo o suficiente para mover as hastes de controle e, assim,
controlar o reator de fissão. 
 
Um exemplo desse tipo de emissão é dado por 17N, ou seja:
Fontes naturais e artificiais de radiação
A exposição à radiação ionizante surge de fontes que ocorrem naturalmente (como radiação do espaço sideral
e gás radônio emanando de rochas na Terra) e de fontes de origem artificial, como: 
 
Procedimentos médicos e terapêuticos.
 
Material radioativo resultante de testes de armas nucleares.
 
Geração de energia, inclusive por meio de energia nuclear.
Eventos não planejados, como os acidentes da usina nuclear de Chernobyl, em abril de 1986, e os que
se seguiram ao grande terremoto e tsunami do Leste do Japão, em março de 2011.
 
Em que o asterisco (*) indica os estados excitados intermediários de curta duração do 17O. A meia-vida efetiva para esse processo
é de 4,17s.
• 
• 
• 
• 
 
Locais de trabalho onde pode haver aumento da exposição a materiais artificiais ou fontes naturais de
radiação.
Síntese dos elementos na natureza
Os elementos químicos na natureza não são distribuídos uniformemente. Estudos com estrelasrevelam que o
hidrogênio é, de longe, o elemento mais abundante, respondendo por aproximadamente 75% da massa do
universo. A massa restante está principalmente na forma de gás hélio com outros elementos contribuindo
apenas em pequena extensão. 
 
O hidrogênio no universo é o combustível que impulsiona a mudança contínua na composição química. O
hidrogênio está sendo convertido em hélio, que será posteriormente transformado em elementos mais
pesados. 
 
A abundância de elementos observada no universo requer a postulação de pelo menos oito processos
diferentes para sua formação (JAMES, 2000). Os principais processos são: 
• 
1
Queima de hidrogênio (formação de hélio-4 pela fusão de núcleos de hidrogênio).
2
Queima de hélio (formação de carbono-12 a partir do núcleo de hélio-4).
3
Processos s (processos lentos de captura de nêutrons, começando nos núcleos do grupo de ferro,
perto da linha de estabilidade).
4
Processos r (processos de captura rápida de nêutrons, a partir de núcleos do grupo de ferro,
produzem núcleos distantes da linha de estabilidade).
5
Processos rp (semelhantes aos processos r, mas envolvem absorções sucessivas de prótons).
6
Processos x (fragmentação de elementos mais pesados em elementos mais leves por raios
cósmicos).
Os elementos leves foram provavelmente produzidos no início da história da galáxia (teoria do Big Bang),
enquanto os elementos pesados foram formados em supernovas.
 
De acordo com a teoria atual, teoria do Big Bang, o universo tem cerca de 13,8 bilhões de anos e
começou como uma “sopa” de quarks, a temperaturas e pressões enormes.
 
À medida que o universo se expandia, a temperatura e a pressão diminuíam rapidamente a ponto de
nêutrons e prótons se condensarem.
 
Pouco depois, ocorreu a fusão nuclear, levando à formação de deutérios, seguidos por trítios e em núcleos de
hélio-3 e partículas alfa (queima de hidrogênio), dando origem à razão atual de hidrogênio para hélio de 3:1. 
 
Além disso, um pouco de lítio-6 e lítio-7 foram produzidos nessa época. À medida que o universo se expandia
e esfriava, as reações de fusão pararam e os gases se condensaram e, por fim, levaram à formação de
estrelas que consistem nos elementos primordiais. 
• 
• 
 
À medida que uma nuvem de gás interestelar se contrai e se condensa para formar uma estrela, a temperatura
aumenta, enquanto a energia potencial gravitacional é convertida em energia cinética. 
 
Quando a temperatura aumenta para 107 K e além, as reações de fusão começam a ocorrer e a posterior
nucleossíntese leva à conversão dos elementos hidrogênio e hélio em carbono, silício, oxigênio, enxofre e
elementos mais pesados, até mesmo o ferro. 
Atenção
A fusão não pode ir além do ferro, uma vez que esse elemento tem a energia de ligação mais alta. A
fusão de elementos mais pesados consumirá energia em vez de liberá-la. 
A síntese de elementos mais pesados que o ferro requer uma supernova. Como afirmado anteriormente, a
sequência de queima estelar mais ou menos é interrompida quando o núcleo da estrela é composto de
núcleos com números de massa próximos a 56 (ou seja, ferro). Nesse ponto, a região central da estrela
consumiu todo o combustível nuclear e não pode suportar o interior da estrela contra o colapso gravitacional
em uma estrela de nêutrons. 
 
Nesse processo, todos os prótons são convertidos em nêutrons com a liberação de um grande número de
neutrinos em um curto espaço de tempo. 
 
Esses neutrinos interagem com as camadas externas da estrela, resultando em uma grande fração da
massa sendo ejetada para o espaço.
 
Além disso, um grande número de partículas é produzido, em particular, nêutrons.
 
São esses nêutrons que levam à formação de elementos mais pesados por transmutação por meio de
eventos de captura de nêutrons pelo processo r (rápido).
 
Pelo menos 24 elementos são considerados essenciais para a matéria viva. Os mais abundantes no corpo
humano são, em ordem de importância:
Hidrogênio, oxigênio, carbono, nitrogênio, cálcio, fósforo, cloro, potássio, enxofre, sódio, magnésio,
ferro, cobre, zinco, silício, iodo, cobalto, manganês, molibdênio, flúor, estanho, cromo, selênio e
vanádio.
Noventa e um elementos ocorrem naturalmente na Terra, apoiando a teoria de que elementos pesados foram
produzidos durante a criação do sistema solar. As exceções são o tecnécio e o promécio, embora estejam
presentes nas estrelas.
Fontes naturais
• 
• 
• 
A exposição de seres humanos à radiação ionizante de fontes naturais é uma característica contínua e
inevitável da vida na Terra, desde seu surgimento.
 
Para a maioria dos indivíduos, essa exposição excede todas as fontes artificiais combinadas. Mais de 80% de
nossa exposição provém de fontes naturais e apenas 20% de fontes artificiais – principalmente de aplicações
da radiação na Medicina.
 
Existem dois contribuintes principais para as exposições à radiação natural:
 
Partículas de raios cósmicos de alta energia incidentes na atmosfera terrestre.
 
Nuclídeos radioativos que se originaram na crosta terrestre e estão presentes em todo o ambiente,
incluindo o próprio corpo humano.
 
Ambas as exposições, externa e interna, a humanos surgem dessas fontes.
Curiosidade
O urânio (U) é um radionuclídeo primordial que ocorre naturalmente e, ao que tudo indica, foi um dos
elementos criados logo após o Big Bang. É o último elemento que ocorre naturalmente na tabela
periódica. Ele consiste em dois isótopos: 99,28% de 238U e 0,7% de 235U. A meia-vida do 238U é de
4,67.109 anos e a do 235U, de 7.1.108 anos. 
Existem estudos mostrando que, há cerca de 5 bilhões de anos, as quantidades de 238U e 235U devem ter
sido iguais, indicando que esses elementos foram formados entre 4 e 6.109 anos, que é a idade estimada de
formação dos elementos na Terra e no sistema solar. 
 
Os produtos de decaimento do urânio passam por dez elementos, todos com propriedades químicas muito
diferentes. Esses elementos são transportados pela água subterrânea e sua composição na solução varia com
os minerais da rocha/solo ao seu redor. 
 
Elementos distintos migram em diferentes taxas devido a suas variações químicas, dissolvendo-se em
algumas áreas e precipitando em outras. 
 
Na série de decaimento 238U, oito partículas alfa são emitidas de 238U a 206Pb. Partículas alfa causam ampla
ionização na matéria. 
 
As imagens a seguir, intituladas Série radioativa do 238U e Série radioativa do 232Th, respectivamente,
mostram as séries radioativas do 238U e do 232Th. 
 
• 
• 
Série radioativa do 238U.
Série radioativa do 232Th.
A série de decaimento do urânio fornece os isótopos mais importantes dos elementos rádio, radônio e polônio,
que são radioativos e emissores alfa.
Comentário
Embora a química do rádio seja relativamente simples, o fato de ele produzir um gás radioativo (radônio)
complica seu manuseio no laboratório e no ambiente natural. O decaimento do radônio produz átomos
radioativos de At, Po, Bi e Pb. 
O gás nobre radioativo do 222Rn é produzido continuamente a partir da decomposição do rádio no solo. Ele se
dissolve na água subterrânea, que geralmente o carrega em altas concentrações e o libera em áreas
habitadas por humanos. Esse gás se difunde facilmente através do solo e na atmosfera. Portanto, está sempre
presente no ar e na água em níveis determinados pela geologia e meteorologia locais. Seu principal órgão-alvo
é o pulmão. 
As concentrações relativamente altas de atividade de 210Po nos cigarros aumentam a ingestão
desse radionuclídeo e sua concentração nos tecidos pulmonares, aumentando a dose geral de
radiação interna entre os fumantes.
Os radionuclídeos nas cadeias de decaimento de urânio e tório não podem ser assumidos como estando em
equilíbrio radioativo. Os isótopos 238U e 234U estão em equilíbrio aproximado, pois são separados por dois
nuclídeos de vida muito mais curta, 234Th e 234Pa (imagem intitulada Série radioativa do 232Th). 
 
O próprio processo de decomposição pode, no entanto, permitir algumadissociação do radionuclídeo de
decomposição do material de origem, facilitando a transferência ambiental subsequente. Assim, o 234U pode
ser um tanto deficiente em relação a 238U em solos e intensificado em rios e mares. 
 
O radionuclídeo 226Ra nesta cadeia pode ter concentrações ligeiramente diferentes do 238U, porque a
separação pode ocorrer entre seu pai 230Th e o urânio, e porque o rádio tem maior mobilidade no ambiente.
Os produtos de decomposição do 226Ra incluem o elemento gasoso radônio, que se difunde para fora do solo,
reduzindo a taxa de exposição da série 238U. 
 
O radionuclídeo de radônio nesta série, 222Rn, tem meia-vida de apenas alguns dias, mas tem dois produtos
de decaimento de vida mais longa, 210Pb e 210Po, que são importantes nas avaliações de dose. Para a série 
232Th, aplicam-se considerações semelhantes. 
 
O radionuclídeo 228Ra tem meia-vida suficientemente longa que pode permitir alguma separação de seu pai, 
232Th (imagem intitulada Série radioativa do 232Th). O elemento gasoso da corrente, 220Rn, tem meia-vida
muito curta e nenhum produto de decomposição de longa duração. 
Fontes artificiais
Além da radioatividade natural de fundo (background), todos nós estamos expostos constantemente às
diversas fontes artificiais de radiação, sendo a maior parte utilizada em aplicações de raios X para diagnóstico
médico. 
 
Embora as doses administradas em diferentes tipos de exames de raios X variem de uma pequena fração de
mGy a dezenas de mGy, a dose média anual de irradiação médica e dentária, principalmente em países
desenvolvidos, se aproxima da dose recebida da radiação natural de fundo (UNSCEAR, 2020). 
 
Fontes artificiais de radiação menos significativas incluem: minerais radioativos em rocha britada, materiais de
construção e fertilizantes fosfatados, detectores de fumaça e vários outros produtos de consumo,
precipitação radioativa de armas nucleares e radiação liberada na produção de energia nuclear, em usinas
nucleares. 
 
As fontes artificiais de radiação ionizante (RI) que atualmente têm o maior impacto no meio ambiente e na
população estão ilustradas no esquema da imagem a seguir. 
Aplicações das RI.
Fontes médicas
O uso das fontes radioativas na Medicina inclui uma variedade de aplicações, como: diagnóstico, medicina
nuclear e radioterapia. Veja a ilustração a seguir.
Ilustração das diversas modalidades de tratamento com a RI na Medicina.
Uso das radiações na Medicina
Fontes industriais
As fontes radioativas em usos industriais apresentam uma ampla variedade de aplicações, como ilustrado na
imagem a seguir.
Ilustração dos diversos usos das radiações ionizantes na indústria.
Pesquisa
Em pesquisas, as radiações ionizantes podem ser aplicadas na agricultura, nas usinas nucleares, bem como na
Química Nuclear, Biologia, Hidrologia, Saúde, entre outras. A seguir será feita uma descrição das aplicações
em pesquisa da RI para cada item citado na próxima imagem. O esquema de um reator utilizado em usinas
nucleares está ilustrado na imagem intitulada Esquema de um reator de potência do tipo PWR.
Ilustração dos diversos usos das radiações ionizantes na pesquisa.
Esquema de um reator de potência do tipo PWR.
Distribuição
Aplicações das RI em processos de distribuição podem ser em equipamentos, dispositivos e radionuclídeo. A
seguir será feita uma descrição da RI nas distribuições para cada item citado na próxima imagem.
Ilustração da distribuição de fontes radiotivas.
Equipamentos
Os equipamentos de instalações radioativas no Brasil são distribuídos conforme a imagem a seguir. No Brasil,
existem aproximadamente 2.500 instalações radioativas. Conforme registros obtidos no Sistema de
Instalações Radiativas (SIR), o total de instalações médicas e industriais representa 73% das instalações em
operação. A distribuição de instalações radioativas em operação, por área de aplicação, é mostrada no gráfico
Instalações radiativas distribuídas por área de aplicação Figura 28. 
Quadro de distribuição das instalações radiativas no Brasil.
Instalações radiativas distribuídas por área de aplicação.
Serviços prestados
Os serviços prestados às empresas e que utilizam radiação ionizante incluem a manutenção dos
equipamentos e reparo, as trocas de fontes quando necessário, a calibração dos instrumentos utilizados, a
monitoração individual dos trabalhadores e salvaguardas, conforme a imagem a seguir.
Ilustração dos serviços prestados.
Os elementos são eternos?
Assista ao vídeo para conhecer os principais modos de decaimentos radioativos e as energias liberadas nos
processos.
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Verificando o aprendizado
Questão 1
Ernest Rutherford e Frederick Soddy demonstraram que a emissão das partículas alfa e beta
envolviam transmutação de elementos, ou seja, a transformação de um elemento em outro.
No decaimento radioativo, quando o núcleo resultante filho possui uma unidade atômica
menor que o núcleo origem pai, é correto afirmar que se trata de uma emissão:
A
Alfa- α
B
Gama- γ
C
Beta mais- β+ (pósitron)
D
Beta menos- β- (négatron)
E
Nêutrons (n)
A alternativa C está correta.
Justificativa de resposta: Quando o núcleo do átomo instável tem falta de nêutrons, há no núcleo a
transformação de um próton em um nêutron mais uma partícula β+ (pósitron) que é emitida no processo de
decaimento.
O núcleo pai (P) transforma-se na seguinte configuração: 
 
 
 Z
 A
 
 P
 →
 
 
 
 Z
 −
 1
 
 A
 
 F
 +
 
 b
 
 +
 
 
 +
 n
. Logo, o núcleo filho (F) possui uma unidade a menos de massa atômica.
Questão 2
Em relação às partículas alfa, analise as afirmativas abaixo.
I. Para que ocorra o decaimento alfa, o valor da energia de desintegração (Q) deve ser
positivo.
II. Devido à conservação do momento linear, como a massa do núcleo filho é muito maior do
que a da partícula alfa, ela carrega quase toda a energia cinética.
III. A emissão de partículas do núcleo por decaimento alfa (α) acontece quando os núcleos de
átomos instáveis são extremamente pesados.
A
II, apenas.
B
II e III, apenas.
C
I e III, apenas.
D
I, II e III.
E
I, apenas.
A alternativa D está correta.
Para que ocorra o decaimento α, os átomos radioativos (instáveis) apresentam número atômico elevado, e
é necessário que a energia de desintegração (Q) seja positiva. Como o momento linear também deve ser
conservado, a partícula α, cuja massa é muito menor que a do núcleo filho, carrega quase toda a energia
cinética.
3. Conclusão
Considerações finais
Sabemos que o processo de transmutação ocorre por meio de núcleos instáveis. Porém, há alguns nuclídeos
que decaem mais rapidamente do que outros. Por exemplo, o rádio e o polônio, descobertos por Marie e
Pierre Curie, decaem mais rapidamente do que o urânio. Isso significa que eles têm vidas úteis mais curtas,
produzindo uma taxa maior de decaimento. 
 
Foi definido e explorado no módulo 1 o desenvolvimento dos conceitos de radioatividade, como seu contexto
histórico, atividade e meia-vida, além das equações que governam os decaimentos radioativos. 
 
Verificamos que, em vez de vida, o termo meia-vida é utilizado, e isso pode parecer estranho. Todavia, ao
analisar o conteúdo, percebemos que o número de núcleos radioativos em uma amostra diminui com o tempo,
porém não acaba, apenas se reduz à metade em um período determinado. Depois que uma meia-vida passa,
metade dos núcleos restantes decaem na próxima meia-vida. Então, metade dessa quantidade, por sua vez,
decai na meia-vida seguinte. Portanto, o número de núcleos radioativos diminuide N para N/2 em uma meia-
vida, para N/4 na próxima, para N/8 na próxima e assim por diante. O decaimento nuclear é um exemplo de
processos puramente estatístico. 
 
No módulo 2, foram definidos e discutidos os principais modos de decaimentos, a conservação de energia e
momento, as energias emitidas nesses processos, bem como as aplicações dessas radiações em diferentes
campos, o que é essencial para as práticas radiológicas. 
Podcast
Agora, o especialista encerra o tema falando sobre a radioatividade e o uso da energia nuclear.
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Assista no YouTube aos seguintes vídeos: 
 
Escrevendo as equações nucleares para os decaimentos Alfa, Beta e Gama 
 
Qual é o elemento mais radioativo?  
 
Radiação Cherenkov: quando partículas se movem mais rápido que a luz 
 
Resumão - Decaimento radioativo por academia de radiologia 
 
Procure no Scielo pelo artigo: 
 
Marcos da história da radioatividade e tendências atuais, de Allan Moreira Xavier e colaboradores.  
Referências
COMISSÃO NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA. CNEN. Instalações Radiativas. CGMI/DRS/CNEN. 18 Abr. 2020. 
 
COMISSÃO NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR. CNEN. Sistema de Instalações Radiativas da CNEN – SIR.
CNEN. Rio de Janeiro. Abr. 2020. 
 
EISBERG, R.; RESNICK, R. Física Quântica: Átomos, Moléculas, Sólidos, Partículas. Rio de Janeiro: Campus, 9.
ed., 1994. 
 
GEARHART, C. A. Planck, the Quantum, and the Historians. Phys. Perspect. 4. 2002. p. 170-215. 
 
GOLDANSKY, V. I. Two-proton radioactivity of heavier-than-tin nuclei. Ann. Rev. Nucl. Sci. 16, 1, 1966. 
 
JACKSON K. P. et al. Confirmed proton radioactivity of 53Com, Phys. Lett. B, v. 33, issue 4, p. 281-283. Oct.
1970. 
 
JAMES E. M. Physics for Radiation Protection. Weinheim: JohnWiley & Sons, 2000. 
 
HAHN, O.; STRASSMANN, F. Disintegration of Uranium by Neutrons: a New Type of Nuclear Reaction,
Naturwiss, 26, 756. 1938. 
 
TAUHATA, L.; SALATI, I. P. A.; DI PRINZIO, R.; DI PRINZIO, A. R. Radioproteção e Dosimetria: Fundamentos.
Instituto de Radioproteção e Dosimetria. Comissão Nacional de Energia Nuclear. Rio de Janeiro, 2013. 36 p. 
 
UNITED NATIONS SCIENTIFIC COMMITTEE ON THE EFFECTS OF ATOMIC RADIATION. UNSCEAR. Sources,
effects and risks of ionizing radiation. 2019 Report. Nova York, 2020.
	Decaimento radioativo e radiações naturais
	1. Itens iniciais
	Propósito
	Objetivos
	Introdução
	1. Radioatividade e processos de transmutação
	Descoberta da radioatividade
	Comentário
	Comentário
	Curiosidade
	Aspectos gerais do decaimento radioativo
	Unidades nucleares
	Núcleo
	Próton
	Nêutrons
	Elétron
	Massa atômica e número Avogadro
	Atenção
	Equivalência entre massa x energia
	Elétron-volt (eV)
	Atividade A(t) de uma amostra radioativa
	Atenção
	Decaimento da atividade com o tempo
	Comentário
	Exemplo
	Meia-vida do radioisótopo (T1/2)
	Exemplo
	Decaimento do carbono-11 (11C)
	Solução:
	Vida média do radioisótopo, τ
	Decaimento da série radioativa
	Exemplo
	Energia de desintegração (Q)
	A história da radioatividade
	Conteúdo interativo
	Verificando o aprendizado
	Radioatividade é a transformação espontânea do núcleo atômico de um nuclídeo para outro.Sobre radioatividade, assinale a alternativa CORRETA:
	O número de desintegrações radioativas por unidade de tempo de uma amostra de iodo é proporcional ao número de átomos de iodo presentes na amostra naquele dado momento. Supondo que a constante de proporcionalidade λ seja igual a 0,0117 dias-1.
	Qual é, aproximadamente, o número de dias para que o número de átomos de iodo seja reduzido a 1/10 do seu valor original.
	2. Modos de decaimentos radioativos
	Emissões Nucleares
	Modos de decaimento
	Decaimento alfa (α)
	Curiosidade
	Energia no decaimento alfa (α)
	Exemplo
	Decaimento α
	Decaimento beta (β)
	Decaimento beta menos (β-)
	Energia no decaimento b−
	Exemplo
	Decaimento beta mais (β+) (emissão de pósitrons)
	Curiosidade
	Energia no decaimento b+
	Exemplo
	Emissão gama (γ)
	Atenção
	Energia no decaimento γ
	Captura eletrônica (CE)
	Energia no decaimento CE
	Exemplo
	Decaimento CE
	Fissão Espontânea (FE)
	Atenção
	Curiosidade
	Decaimento de prótons
	Comentário
	Emissão de nêutrons
	Fontes naturais e artificiais de radiação
	Síntese dos elementos na natureza
	1
	2
	3
	4
	5
	6
	Atenção
	Fontes naturais
	Curiosidade
	Comentário
	Fontes artificiais
	Fontes médicas
	Fontes industriais
	Pesquisa
	Distribuição
	Equipamentos
	Serviços prestados
	Os elementos são eternos?
	Conteúdo interativo
	Verificando o aprendizado
	Ernest Rutherford e Frederick Soddy demonstraram que a emissão das partículas alfa e beta envolviam transmutação de elementos, ou seja, a transformação de um elemento em outro. No decaimento radioativo, quando o núcleo resultante filho possui uma unidade atômica menor que o núcleo origem pai, é correto afirmar que se trata de uma emissão:
	Em relação às partículas alfa, analise as afirmativas abaixo.I. Para que ocorra o decaimento alfa, o valor da energia de desintegração (Q) deve ser positivo.
	II. Devido à conservação do momento linear, como a massa do núcleo filho é muito maior do que a da partícula alfa, ela carrega quase toda a energia cinética.
	III. A emissão de partículas do núcleo por decaimento alfa (α) acontece quando os núcleos de átomos instáveis são extremamente pesados.
	3. Conclusão
	Considerações finais
	Podcast
	Conteúdo interativo
	Explore+
	Referências