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Emissão alfa

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Representação da emissão alfa

A emissão alfa, desintegração alfa ou decaimento alfa é uma variedade de decaimento radioativo na qual um núcleo atômico emite uma partícula alfa e, portanto, transforma-se ou se decai em outro núcleo atômico com seu número de massa reduzido para quatro unidades e o número atômico reduzido para duas unidades.   

As partículas alfas são reativas, podendo ser emitidas por elementos como o Hélio-4 e o Radônio-222. A equação que representa o processo dessa emissão é:

²²²Rn₈₆→ ²¹⁸Po₈₄+ ⁴He_2.

Teoricamente, a emissão alfa pode ocorrer apenas nos núcleos que são mais pesados do que o níquel (elemento 28), pois a energia de ligação não é mais mínima, assim, os nuclídeos são instáveis para os processos de fissão espontânea. Entretanto, na prática, esse decaimento somente foi observado em nuclídeos mais pesados do que o níquel. Por isso, geralmente, a emissão alfa ocorre nos nuclídeos mais pesados.

História

Ernest Rutherford descreveu pela primeira vez a partícula alfa nas suas investigações de radioatividade em 1899.

No seu experimento, concluiu-se que as radiações alfa são partículas positivas.

George Gamow resolveu a teoria da emissão alfa através de tunelamento quântico (ou efeito túnel), em 1928. Por esse fenômeno, a partícula alfa fica presa em um poço de potencial pelo núcleo. A partícula seria proibida de escapar, mas de acordo com os princípios da mecânica quântica (recém-descobertos na época), tem uma pequena probabilidade de atravessar através da barreira e escapar do núcleo.

Mecanismos

As partículas alfa são semelhantes ao núcleo de um átomo de Helio-4, que é consistido de dois nêutrons e dois prótons e sendo representado por 4He2+.  

A radiação da emissão alfa possui a massa e a carga elétrica relativamente maior do que a radiação beta e a radiação gama.  

As partículas alfas devem ser emitidas em oposição a outras partículas, como por exemplo, um único próton ou um nêutron. Isso acontece por causa da conservação da simetria da função de onda, que impede uma partícula de mudar espontaneamente a exibição de estatísticas de Bose-Einstein para as estatísticas de Fermi-Dirac ou ao contrário.  

A emissão de qualquer partícula que possui um núcleo atômico de número ímpar violaria essa lei de conservação.  

A energia de desintegração total é dada pela equação:  

E = (m_i − m_f − m_p )c²

Onde m_i é a massa inicial do núcleo, m_f é a massa do núcleo após a emissão de partículas e m_p é a massa da partícula emitida. Isso mostra que a emissão de partícula alfa é possível contendo apenas a energia do próprio núcleo, enquanto outros tipos de decaimento podem exigir alguma energia adicional. Por exemplo, fazendo o cálculo para o Urânio-232, é mostrado que a emissão de partículas alfa necessitaria de apenas 5,4 MeV, ao passo que uma única emissão de prótons exigiria 6,1 MeV.

Usos

Os eliminadores de estática normalmente utilizam o Polônio-210, pois a emissão de partículas alfa deve ionizar o ar, facilitando a dissipação da estática.  

Os detectores de fumaça usam o Amerício-241, um emissor alfa. O emissor alfa desfere as partículas alfa, que ionizam ar em uma câmara de íons aberta e uma pequena corrente flui através do ar ionizado. As partículas da fumaça do fogo que entram na câmara reduzem a corrente, assim, provoca-se o alarme do detector de fumaça.  

A emissão alfa fornece uma fonte de energia segura para os geradores termoelétricos de radioisótopos, que são usados como fonte de energia para satélites e naves espaciais.  A emissão alfa também fornece uma fonte de energia segura para marca-passos cardíacos artificiais.

Toxicidade

A radiação alfa, normalmente, não é prejudicial porque as partículas alfa são completamente absorvidas por alguns centímetros de ar. As partículas alfa são absorvidas por alguns centímetros de ar por causa da penetrabilidade pequena que possui. Se caso incidirem no corpo humano, as partículas alfas serão detidas pela camada de células mortas. Entretanto, se alguma substancia que irradia partículas alfa for de alguma forma introduzida em um organismo, seja por ingestão ou inalação, alguns dos tecidos do organismo ficarão expostos a uma dose elevada de radiação ionizante. Em tal caso, a radiação alfa causara danos significativos para as células. 

Alguns detectores de fumaça contêm uma pequena quantidade do emissor alfa Amerício-241. Este isótopo é extremamente perigoso se for inalado ou ingerido, mas o perigo é mínimo se a fonte for mantida selada. 

O radônio é um gás radioativo natural, encontrado no solo e na rocha. Quando esse gás é inalado, algumas de suas partículas aderem ao revestimento interno do pulmão. As partículas que permanecem continuam a decair ao longo do tempo e a emitir partículas alfa que podem danificar as células no tecido pulmonar. 

A morte de Marie Curie por leucemia aos 66 anos provavelmente foi causada por exposição prolongada a altas doses de radiação ionizante. A cientista polonesa trabalhou intensivamente com o rádio, que se desintegra em radônio e em outros materiais radioativos que emitem raios gama e beta. 

O homicídio do tenente-coronel russo Alexander Litvinenko em 2006 causado por envenenamento por radiação é cogitado de ter sido realizado com Polônio-210, um emissor alfa.

Referências

1. Alfa, beta e gama
2. Decaimento Alfa. Departamento de Física Nuclear. Instituto de Física da Universidade de São Paulo.
3. Gamow theory of alpha decay. Physics Department. 1996
4. Nuclear-Powered Cardiac Pacemakers. LANL.
5. Marie Curie: vida, obra e descobertas
6. GALLAS, Márcia Russman.Radioatividade (PDF).
7. Modeling Polonium-212 Alpha Half-life

Ligações externas

• The LIVEChart of Nuclides - IAEA mostra a emissão alfa