Vamos conversar um pouco sobre radiações

Por Élcio Silveira, professor do Anglo Vestibulares

Entre os inúmeros fatos científicos que ocorreram no século 19, a descoberta da radioatividade e a dos raios X podem ser considerados o ponto de crescimento da importância da radiação para a humanidade, com grandes aplicações na indústria e, sobretudo, na medicina. Exames de imagem, permitindo enxergar algumas estruturas internas de uma pessoa ou outro animal, tratamentos de muitas doenças, medicina nuclear, aplicação na agricultura, entre outros, são aplicações em que a tecnologia envolvendo radiações se desenvolveu.

As radiações podem ser de dois tipos: radiações corpusculares e radiações eletromagnéticas (ou ondulatórias). As radiações transportam energia, e, no caso da radiação eletromagnética, essa energia é chamada de energia radiante.

As radiações corpusculares são associadas a partículas, como os nêutrons, as partículas α (ou núcleo do átomo de hélio), as partículas β^– (os elétrons), as partículas β⁺ (os pósitrons, ou anti-elétrons — sim, antimatéria existe, não é mera ficção científica), entre outras. Em geral, são produzidas em aceleradores de partículas, a partir de elementos radioativos, com núcleos instáveis, ou, ainda, em reatores nucleares.

Um exame muito importante que utiliza radiação corpuscular é o PET Scan (positron emission tomography ou tomografia por emissão de pósitrons), exame muito importante na localização de tumores de difícil detecção. Injeta-se no paciente um marcador (flúor 18, carbono 11, entre outros) junto com glicose. Um marcador muito usado é o FDG (fluorodeoxiglicose), um análogo da glicose com flúor 18 já incorporado. Esse marcador é captado juntamente com a glicose por células cancerígenas, que possuem um metabolismo muito mais alto que as células saudáveis. Uma vez dentro das células cancerígenas, o marcador decai, emitindo um pósitron. Esse pósitron acaba encontrando algum elétron, levando à aniquilação de ambos, surgindo energia em seu lugar, de acordo a famosa equação da equivalência massa-energia –   – proposta por Albert Einstein ("" é a energia que surge quando certa massa "" é aniquilada; "" é a velocidade da luz no vácuo). Essa energia é emitida na forma de dois fótons gama de mesma frequência, que partem em sentidos opostos, devido à conservação da quantidade de movimento. Uma vez captados, o equipamento identifica de onde foram emitidos os fótons, localizando o foco cancerígeno. O PET Scan também é usado para mapear regiões do cérebro responsáveis por determinada ação, ou para estudar como algumas patologias psiquiátricas afetam o funcionamento normal do cérebro.

Figura retirada da apostila Beta 7, página 93.

As radiações eletromagnéticas são ondas eletromagnéticas, ondas que se propagam no vácuo e em muitos meios materiais. Em possível modelo muito aceito na comunidade científica, um campo elétrico e um campo magnético oscilam em direções perpendiculares entre si, além de ambos serem perpendiculares à direção de propagação da onda eletromagnética.

Figura retirada da apostila Alfa Verde 6, página 412.

As diversas ondas eletromagnéticas são diferenciadas pelas suas frequências, conforme ilustra a figura a seguir, que apresenta o espectro eletromagnético, além de algumas aplicações das diferentes ondas.

Figura retirada da apostila Alfa Verde 6, página 412.

As ondas eletromagnéticas se propagam no vácuo com uma velocidade aproximadamente igual a , que é praticamente a mesma de quando essas ondas se propagam no ar. Se pensarmos na equação fundamental da ondulatória (), em que "" é a velocidade de propagação da onda, "" é seu comprando de onda, e "" é sua frequência, verificamos que quanto maior a frequência de uma onda, menor será seu comprimento de onda.

As radiações também podem ser divididas em radiações ionizantes e radiações não ionizantes, dependendo da energia que transportam. As radiações ionizantes transportam energia suficiente para ionizar um átomo, como o próprio nome sugere, ou mesmo quebrar uma ligação química, o que não ocorre com as radiações não ionizantes.

De forma geral, as radiações corpusculares são ionizantes. Já em relação às radiações eletromagnéticas, a energia transportada está relacionada com a equação de Planck (), que mostra que a energia "" de um fóton associado a cada onda eletromagnética é diretamente proporcional à frequência "" da onda em questão. A constante "" é chamada de constante de Planck. Assim, quanto maior a frequência, maior a energia transportada pela onda.  Considerando-se os valores das frequências, a partir da radiação ultravioleta, as radiações eletromagnéticas são consideradas ionizantes (se bem que a radiação ultravioleta em si causa uma certa discussão se ela é ou não é considerada ionizante, pois há correntes de pesquisadores que defendem os dois pontos de vista). Já as radiações com frequências menores ou iguais à da luz violeta são consideradas não ionizantes. Tratando-se de radiações eletromagnéticas ionizantes:

• o ultravioleta pode alterar até mesmo uma molécula de DNA de algumas células da pele, podendo levar à formação de um tumor nesse órgão;
• a radiação gama é utilizada em uma das etapas dos processos de esterilização de instrumentos cirúrgicos, por exemplo;
• raios X são utilizados em exames de imagem que levam seu nome e em tomógrafos. Profissionais da área de radiologia utilizam equipamentos de proteção contra raios X, por risco de doenças decorrentes do excesso de exposição a essa radiação.

Claro que também se deve tomar cuidado com as radiações não ionizantes. Não é porque não conseguem ionizar um átomo que não podem ser prejudiciais à saúde. Radiação infravermelha em excesso e/ou em elevada intensidade pode provocar queimaduras graves em tecidos biológicos.

Mas cuidado, não devemos achar que as radiações são sempre prejudiciais. As ondas aplicadas em telecomunicações são imprescindíveis nos dias de hoje, desde a telefonia móvel até os sistemas de GPS; fornos de micro-ondas estão cada vez mais presentes nas casas das pessoas; sensores de calor captam a radiação infravermelha emitida pelas pessoas (os pirômetros são um exemplo, sendo utilizados para aferir a temperatura das pessoas nas entradas dos estabelecimentos em épocas de pandemia de Covid-19); pacientes com algumas doenças dermatológicas, como psoríase, além de alguns linfomas cutâneos, recebem banhos de UV, particularmente UV-A e UV-B como parte do tratamento — esse processo recebe o nome de fototerapia —, assim como alguns processos de esterilização de água e materiais específicos, tais quais instrumentos cirúrgicos (que também recebem banhos de raios gama como parte do processo de assepsia). Ainda, os raios UV são usados na odontologia na polimerização de substâncias; raios X, em exames de imagem, radiações empregadas em radioterapia; na agricultura, raios X e partículas β^– aceleradas banham alimentos para reduzir fungos e bactérias, aumentando seu tempo de conservação. Tudo isso só para citar alguns exemplos de extrema importância.

Uma pergunta que pode aparecer é nas radioterapias: se a radiação ataca as células tumorais, não deveriam atacar as células saudáveis do paciente também? A resposta é sim! Mas, então, como é feito o tratamento? A radioterapia propriamente dita utiliza equipamentos que ficam próximos ao paciente, e que emitem a radiação eletromagnética ionizante. Para evitar lesões de células saudáveis, são utilizadas duas, três, ou mais fontes de radiação, de modo que cada uma delas emita um feixe radioativo de intensidade suficientemente baixa. Na região alvo, onde está localizado o tumor, os feixes se cruzam, e a soma de suas intensidades é suficiente para destruir as células adoecidas. Claro que algumas células saudáveis acabam sendo acometidas também, devido à margem de segurança adotada. Há um tipo particular de radioterapia, chamada de braquiterapia, na qual um material radioativo é colocado dentro ou próximo ao órgão em tratamento.

Um cuidado que se deve tomar é que a penetração ou transmissão de uma onda eletromagnética não é apenas proporcional a sua frequência, há outros fatores envolvidos. Por exemplo, o vidro é razoavelmente opaco para o infravermelho e para o ultravioleta, porém é transparente para a luz visível, as famosas sete cores do arco-íris: vermelho, alaranjado, amarelo, verde, azul, anil e violeta. Nosso corpo absorve praticamente todas as ondas do espectro, claro que em diferentes graus, e as respostas das células são também diferentes, por consequência. A presença de água no tecido também influencia a profundidade de penetração de uma onda eletromagnética, em geral, quanto menor o conteúdo de água no tecido, mais determinado tipo de onda, com determinada frequência, penetra no tecido.

Mas como esse tema pode aparecer nos vestibulares? Em Ciências da Natureza, há uma grande gama de assuntos em que o tema radiações pode aparecer. Nas questões de Química, um tema relevante é a radioatividade, em que se deve pensar nas análises de reações nucleares de decaimento, com emissão de partículas α, β^–, β⁺ e γ. Em Biologia, os exercícios buscam as relações com possíveis processo de mutação celular, com tratamentos de algumas patologias utilizando radiações, radioterapia, ou com processos de esterilização de água e outros materiais. Nas provas de Física, podemos encontrar o tema: em ondulatória, desde classificação de ondas, até estudo das ondas estacionárias, passando pela equação fundamental da ondulatória, citada anteriormente; em Física Moderna, abordando a dualidade partícula-onda, a equação de Planck, também já mencionada, e o efeito fotoelétrico; em eletromagnetismo e eletrostática, nos estudos de aceleradores de partículas e espectrômetros de massa, aparelhos utilizados para identificar e quantificar elementos e moléculas presentes em amostras gasosas ionizadas.