O que são partículas alfa, beta e gama?

Raios alfa, beta, gama: Quase soa como o slogan de um filme da velha escola sobre alienígenas do espaço sideral, recém-chegados à Terra com seus aparelhos de ultra-alta tecnologia (e esperançosamente uma disposição calorosa). Na realidade, isso não está muito longe. As radiações alfa, beta e gama são entidades reais no mundo da física e vale a pena evitá-las quando você puder controlá-las.

Você provavelmente sabe que diferentes tipos de átomos podem se unir por meio do processo de ligação química para criar moléculas. Por exemplo, dois átomos de hidrogênio (H na tabela periódica dos elementos) e um átomo de oxigênio (O) podem se combinar para formar uma molécula de água (H₂O). Esta molécula pode ser quebrada nos íons H + e OH– pela quebra de uma das ligações O-H.

Em ligações químicas, elétrons de átomos diferentes interagem, mas seus núcleos (o plural de núcleos) permanecem intactos. Isso ocorre porque a força que mantém os prótons e nêutrons juntos é extremamente forte em comparação com as forças eletrostáticas subjacentes à ligação química entre os átomos.

No entanto, os núcleos atômicos decaem, geralmente de forma espontânea e freqüentemente em uma taxa incrivelmente baixa, dependendo do que o elemento é. Essa radioatividade vem nos três sabores básicos introduzidos na primeira frase deste artigo: Alpha Beta e radiação gama, também chamado Alpha Beta e partículas gama (exceto, tecnicamente, em última instância).

O átomo já foi descrito um tanto impetuosamente como "a menor coisa indivisível" até mesmo por pessoas que sabem. Esta definição é verdadeira em alguns aspectos: tome qualquer elemento ou substância feita de um único componente irredutível, e o átomo é a menor unidade inteira dessa substância. Existem 118 elementos na tabela periódica em 2020, 92 deles ocorrendo naturalmente.

Os átomos consistem em um núcleo, que possui um ou mais prótons e, exceto o hidrogênio (o menor elemento), pelo menos um nêutron. Eles também têm um ou mais elétrons, encontrados a alguma distância do núcleo em níveis de energia específicos.

Os prótons são carregados positivamente e os elétrons negativamente, com a magnitude da carga igual em cada um. Uma vez que um átomo no estado fundamental tem o mesmo número de prótons e elétrons, os átomos são eletricamente neutro a menos que ionizado (ou seja, seu número de elétrons muda).

O número de prótons de um átomo é seu número atômico na tabela periódica e determina a identidade (nome) do elemento. Alguns átomos podem ganhar ou perder nêutrons enquanto continuam a existir felizmente, mas se um núcleo perder ou ganhar um próton em vez disso, é uma virada de jogo, porque agora qualquer que seja o elemento tem um novo nome e novos atributos para acompanhar isto.

A força que mantém os prótons e nêutrons juntos é, não à toa, chamada de força nuclear forte. Os núcleos dos átomos podem ser considerados, de certo modo, como estando no centro de toda a matéria, portanto, seu extremo estabilidade faz sentido em um cosmos repleto de organização e capaz de sustentar a vida em pelo menos um humilde planeta.

Mas os núcleos não são perfeitamente estáveis ​​e, com o tempo, decaem, emitindo partículas e energia. Cada elemento que sofre decaimento radioativo, ou mais especificamente o isótopo do elemento que está sendo estudado, tem sua própria meia-vida característica, que pode ser usada para prever quantos núcleos irão decair ao longo do tempo, embora não ofereça nenhuma informação sobre qualquer um dos núcleos. Portanto, é semelhante a um risco, essencialmente uma estatística de probabilidade.

A meia-vida de uma espécie radioativa é o tempo que leva para metade dos núcleos instáveis ​​em uma amostra decair para uma forma diferente. Esse número pode ir muito alto, chegando aos bilhões de anos, embora para o carbono-14 seja de cerca de 5.730 anos (um ponto no tempo geológico, se não nas civilizações humanas).

Os vários tipos de decomposição radioativa recebem as três primeiras letras do alfabeto grego. Desse modo radiação alfa emite uma partícula frequentemente representada por uma versão em minúsculas desta letra, α. Não seria convencional, entretanto, escrever "radiação α".

Este tipo de partícula equivale ao núcleo de átomos de hélio (He). O hélio é o segundo elemento da tabela periódica e, com massa atômica de 4,00, possui dois prótons e dois nêutrons. O átomo inteiro também tem dois elétrons que equilibram a carga dos dois prótons, mas eles não fazem parte de uma partícula alfa, apenas o núcleo.

Essas partículas são massivas em relação a outros tipos de radiação; a partícula beta, por exemplo, é cerca de 7.000 vezes menor. Superficialmente, isso pode fazer com que pareça especialmente perigoso, mas na verdade o oposto é verdadeiro: tamanho das partículas α significa que elas penetram nas coisas, incluindo barreiras biológicas, como a pele, muito mal.

Partículas beta (partículas β) são, na verdade, apenas elétrons, mas mantêm seu nome porque sua descoberta é anterior à identificação formal dos elétrons como tais. Quando um átomo emite uma partícula beta, ele também emite outra partícula subatômica ao mesmo tempo chamada antineutrino de elétron. Esta partícula compartilha o momento e a energia da emissão da partícula, mas quase não tem massa (mesmo em comparação com um elétron, ele próprio apenas cerca de 9,1 × 10^–31 kg em massa).

As partículas beta, sendo muito menores do que as partículas alfa, podem penetrar mais profundamente do que suas contrapartes muito mais massivas.

Outro tipo de partícula beta é o pósitron, que ocorre como resultado da decadência dos nêutrons no núcleo. Essas partículas têm a mesma massa que os elétrons, mas têm carga oposta (daí seu nome).

Raios gama, ou raios γ, representam o resultado mais perigoso da radioatividade para os humanos. Eles não têm massa porque não são partículas. "Raios" é na verdade uma abreviação do termo geral radiação eletromagnética (radiação EM), que viaja na velocidade da luz (denotado c, ou 3 × 10⁸ m / s) e vem em uma variedade de combinações de valores de frequência e comprimento de onda cujos produtos são c.

Os raios gama têm comprimentos de onda muito curtos e, portanto, energia muito alta. Eles são semelhantes aos raios X, exceto que os raios X se originam fora do núcleo. Eles normalmente passam por corpos humanos sem tocar em nada, mas por serem tão penetrantes, um escudo de chumbo com cinco centímetros de espessura é necessário para garantir sua paralisação.

Partículas alfa podem ser ignoradas com segurança, na medida em que isso é verdade para qualquer coisa classificada como radiação. Eles podem viajar apenas cerca de 4 a 7 polegadas (10 a 17 cm) no ar, e sua energia é perdida ao golpear os prótons e nêutrons de qualquer material que encontrem, impedindo-os de penetrar avançar.

A maior parte dos danos das partículas beta vem da ingestão ou deglutição delas. (Isso também pode ser verdadeiro para as partículas alfa.) Beber ou comer material radioativo é a principal fonte de danos desse tipo de radiação, embora a exposição prolongada à pele possa causar queimaduras.

Os raios gama podem atravessar os corpos sem atingir nada, mas não há garantia de que realmente o farão, e podem viajar cerca de uma milha no ar. Porque eles podem penetrar em praticamente qualquer coisa, além de viajar longas distâncias, eles podem danificar todos os sistemas do corpo e sua presença em ambientes com sistemas vivos deve ser cuidadosamente monitorou.