Radioatividade das Ciências Nucleares: Energia, Isótopos Radioelétricos, Usos e Medidas de Segurança

Leia este artigo para aprender sobre a energia, isótopos de rádio, usos, medidas de segurança e radioatividade da ciência nuclear!

"Nuclear" significa algo relacionado à estrutura ou comportamento dos átomos e dos núcleos dos átomos.

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A ciência nuclear e a tecnologia são um campo de estudo avançado, uma parte do cenário de "alta tecnologia", em que a energia liberada pelos núcleos de átomos, quando sofrem certas mudanças, é útil não apenas como fonte de eletricidade, mas também aplicações na agricultura, indústria e medicina.

Radioatividade:

O hidrogênio comum tem um próton e nenhum nêutron, então ele tem o número de massa 1. O hidrogênio pesado, ou deutério, tem massa número 2, porque tem um próton e um nêutron.

Uma forma radioativa de hidrogênio, trítio, tem massa número 3. Tem um próton e dois nêutrons. Hidrogênio ordinário, deutério e trítio são isótopos de hidrogênio. Todos os isótopos de um elemento possuem as mesmas propriedades químicas. O núcleo de urânio tem 92 prótons.

O isótopo mais abundante do urânio tem 146 nêutrons. Seu número de massa é, portanto, 238 (a soma de 92 e 146). Os cientistas chamam este isótopo de urânio 238 ou U-238. O isótopo de urânio que quase todos os reatores nucleares usam como 143 nêutrons, e assim seu número de massa é 235. Esse isótopo é chamado de urânio 235 ou U-235.

Uma reação nuclear envolve mudanças na estrutura de um núcleo. Como resultado de tais mudanças, o núcleo ganha ou perde um ou mais nêutrons ou prótons. Assim, muda para o núcleo de um isótopo ou elemento diferente. Se o núcleo muda para o núcleo de um elemento diferente, a mudança é chamada de transmutação.

A radioatividade é o processo pelo qual os átomos emitem radiação, ou partículas atômicas e raios de alta energia, a partir de seus núcleos (núcleos). Dos mais de 2.300 tipos diferentes de átomos conhecidos, mais de 2.000 são radioativos. Apenas cerca de 50 tipos radioativos existem na natureza. Os cientistas fazem o resto artificialmente.

Antoine Henri Becquerel, da França, descobriu a radioatividade natural em 1896. Ele descobriu que os compostos de urânio emitiam radiação que afetava uma placa fotográfica mesmo quando eles estavam embrulhados em papel preto; Eles também ionizaram um gás. Logo depois, Marie Curie descobriu uma substância ainda mais fortemente radioativa, o rádio.

Cada elemento com um número atômico maior que o de chumbo (82) é radioativo. Os núcleos de alguns desses elementos podem se decompor dividindo-se em dois: isso é a fissão espontânea.

A radioatividade natural também ocorre em nove dos elementos mais leves. Destes, os mais importantes são ¹⁴ ₆ C (carbono) e ⁴⁰ ₁₉ K (Potássio). O isótopo provavelmente foi formado quando a terra foi criada.

Sua existência atual se deve à sua longa meia-vida de 1, 25 x 10 ⁹ anos; embora constitua apenas 0, 01% de potássio natural, sua presença torna o tecido vivo consideravelmente radioativo. Pode decair ou por emissão b ou captura de elétrons. É produzido continuamente a partir da ação dos nêutrons nos raios cósmicos no nitrogênio atmosférico, por uma reação nuclear.

Dos elementos da sétima linha, apenas cinco são redondos na natureza; rádio, actínio, tório, protactínio e urânio.

Emissão de Radiação:

Diferentes formas de radiação se originam nos núcleos de átomos radioativos. Existem três tipos de radiação radioativa: partículas alfa, identificadas pela primeira vez por Becquerel; raios beta; identificado por Ernest Rutherford da Nova Zelândia; e raios gama, identificados por Marie e Pierre Curie da França. Emissão de raios alfa ou beta causa transmutação, mas a radiação gama não resulta em transformação.

As partículas alfa têm uma carga elétrica positiva. Eles consistem em dois prótons e dois nêutrons e são idênticos aos núcleos dos átomos de hélio. Partículas alfa são emitidas com altas energias, mas perdem energia rapidamente quando passam através da matéria. Estes são parados por uma grossa folha de papel; no ar, eles têm um alcance de alguns centímetros, sendo finalmente removidos por colisões com moléculas de ar.

Eles causam intensa ionização em um gás (atraindo elétrons de suas moléculas) e são desviados por campos magnéticos elétricos e muito fortes. Todas as partículas alfa emitidas por uma determinada substância radioativa têm a mesma velocidade, cerca de um vigésimo da velocidade da luz. O amerício emite apenas partículas alfa.

Radiação alfa ocorre em ²³⁸ U, um isótopo de urânio. Depois de perder uma partícula alfa, o núcleo tem 90 prótons e 144 nêutrons. O átomo com número atômico 90 não é mais urânio, mas tório. O isótopo formado é ²³⁴ ₉₀ Th.

Raios beta são elétrons. Alguns núcleos radioativos emitem elétrons comuns, que possuem cargas elétricas negativas. Mas outros emitem pósitrons, ou elétrons carregados positivamente. Por exemplo, um isótopo de carbono, ¹⁴ ₆ C, emite elétrons negativos. O carbono 14 tem oito nêutrons e seis prótons.

Quando seu núcleo se transforma, um nêutron se transforma em próton, elétron e antineutrino. Após a emissão do elétron e antineutrino, o núcleo contém sete prótons e sete nêutrons. Seu número de massa permanece o mesmo, mas seu número atômico 7 é nitrogênio. Assim, ¹⁴ ₆ C muda para ¹⁴ ₇ N após a emissão de uma partícula beta negativa.

Um isótopo de carbono, ¹¹ ₆ C, emite pósitrons. O carbono 11 tem seis prótons e cinco nêutrons. Quando emite um pósitron, um próton se transforma em um nêutron, um pósitron e um neutrino. Após a emissão do pósitron e do neutrino, o núcleo contém cinco prótons e seis nêutrons. O número de massa permanece o mesmo, mas o número atômico cai em um.

O elemento do número atômico 5 é o boro. Assim, ¹¹ ₆ C muda para ¹¹ ₅ B após a emissão de um pósitron e um neutrino. O estrôncio emite apenas partículas beta. As partículas beta viajam com quase a velocidade da luz. Alguns podem penetrar 13 milímetros de madeira.

A radiação gama pode ocorrer de várias maneiras. Em um processo, a partícula alfa ou beta emitida por um núcleo não carrega toda a energia disponível. Após a emissão, o núcleo tem mais energia do que em seu estado mais estável. Livra-se do excesso emitindo raios gama. Os raios gama não têm carga elétrica. Eles são semelhantes aos raios X, mas eles geralmente têm um comprimento de onda menor.

Enquanto os raios X são devidos a mudanças de energia fora dos núcleos atômicos, assim como todas as formas de radiação eletromagnética, os raios gama, como partículas alfa e beta, provêm de dentro dos núcleos atômicos. Esses raios são fótons (partículas de radiação eletromagnética) e viajam com a velocidade da luz. Eles são muito mais penetrantes que as partículas alfa e beta.

O rádio emite raios alfa, beta e gama. O cobalto é uma fonte gama pura.

Decaimento Radioativo e Half-Life:

O decaimento radioativo é o processo pelo qual um núcleo espontaneamente (naturalmente) se transforma no núcleo de outro isótopo ou elemento. O processo libera energia principalmente na forma de radiação nuclear. O processo de decadência acontece por sua própria vontade e não pode ser controlado; não é afetado por mudanças de temperatura e ocorre se o material é puro ou combinado quimicamente com outros elementos.

O urânio, o tório e vários outros elementos naturais decaem espontaneamente e, assim, aumentam a radiação natural ou de fundo que está sempre presente na Terra. Os reatores nucleares produzem decaimento radioativo artificialmente. A radiação nuclear é responsável por cerca de 10% da energia produzida em um reator nuclear.

Os cientistas medem o decaimento radioativo em unidades de tempo chamadas de meias-vidas. Uma meia-vida é igual ao tempo necessário para metade dos átomos de um determinado elemento radioativo ou isótopo decair em outro elemento ou isótopo.

O número de partículas emitidas em um determinado período de tempo por uma amostra de um radioisótopo (isótopo radioativo) é igual a uma porcentagem definida do número de átomos na amostra. Por exemplo, em qualquer amostra de ¹¹ C, 3, 5% dos átomos se decompõem a cada minuto. Ao final de um minuto, apenas 96, 5% da amostra permanecerão.

No final de um segundo minuto, apenas 96, 5% dos 96, 5% anteriores, ou 93, 1% do valor original, permanecerão. Ao final de 20 minutos, apenas metade da quantidade original permanecerá. Isso mostra que a meia-vida de ¹¹ C é de 20 minutos. Este morrer de uma substância é chamado de decaimento radioativo ou transformação nuclear.

Diferentes radioisótopos têm diferentes meias-vidas. Eles podem variar de frações de segundo a bilhões de anos. Com poucas exceções, o único radioisótopo encontrado na natureza em quantidades detectáveis ​​é aquele com meias-vidas de muitos milhões ou mesmo bilhões de anos. Os cientistas acreditam que quando os elementos que compunham a Terra foram formados, todos os possíveis isótopos estavam presentes.

Geralmente, aqueles com meias-vidas curtas decaíram em quantidades indetectáveis. Mas alguns radioisótopos que ocorrem naturalmente e de vida curta foram formados pela decadência do radioisótopo de vida longa. Por exemplo, o tório-234, que tem vida curta, é produzido a partir do urânio, que tem uma meia-vida longa.

Centenas de rádio-isótopos de vida curta são produzidos artificialmente bombardeando núcleos com nêutrons e outras partículas nucleares rápidas em reatores nucleares. Quando um nêutron ou outra partícula atinge o núcleo de um átomo, é provável que o núcleo o capture. Em alguns casos, um núcleo captura uma partícula e imediatamente libera algumas de suas próprias partículas.

Energia nuclear:

A energia nuclear é energia derivada de reações nucleares, seja pela fissão de núcleos pesados ​​em núcleos mais leves ou pela fusão de núcleos leves em núcleos mais pesados. Em princípios, a energia de ligação de um sistema de partículas que formam um núcleo atômico é energia nuclear.

Resulta de mudanças no núcleo dos átomos. Cientistas e engenheiros descobriram muitos usos para essa energia, especialmente na produção de eletricidade. Mas eles ainda não têm a capacidade de fazer uso total da energia nuclear. Se a energia nuclear fosse totalmente desenvolvida, poderia fornecer toda a eletricidade do mundo por milhões de anos.

Um núcleo compõe a maior parte da massa de cada átomo e este núcleo é mantido unido por uma força extremamente poderosa. Uma enorme quantidade de energia está concentrada no núcleo por causa dessa força.

Os cientistas lançaram energia nuclear em larga escala pela Universidade de Chicago em 1942, três anos após o início da Segunda Guerra Mundial. Essa conquista levou ao desenvolvimento da bomba atômica. É desde 1945 que a energia nuclear tem sido usada em usos pacíficos, como a produção de eletricidade.

Einstein apontou que, se a energia de um corpo muda em uma quantidade E, sua massa muda em uma quantidade dada pela equação, E = mc ² . A implicação é que qualquer reação na qual há uma diminuição de massa, chamada defeito de massa, é uma fonte de energia.

As mudanças de energia e massa nas mudanças físicas e químicas são muito pequenas; aqueles em algumas reações nucleares, como o decaimento radioativo, são milhões de vezes maiores. A soma das massas dos produtos de uma reação nuclear é menor que a soma das massas das partículas reagentes. Esta massa perdida é convertida em energia.

Ficão nuclear:

A fissão nuclear é o processo pelo qual um núcleo atômico se divide em dois ou mais fragmentos maiores com a emissão de dois ou três nêutrons. É acompanhado pela liberação de energia na forma de radiação gama e a energia cinética das partículas emitidas.

A fissão ocorre espontaneamente nos núcleos de urânio-235, o principal combustível usado nos reatores nucleares. No entanto, o processo também pode ser induzido bombardeando núcleos com nêutrons porque um núcleo que absorveu um nêutron se torna instável e logo se divide.

O defeito de massa é grande e aparece principalmente como ke dos fragmentos de fissão. Estes se separam em grande velocidade, colidindo com os átomos ao redor e elevando sua média ke, isto é, sua temperatura. Calor é, portanto, produzido.

Se os nêutrons da fissão dividirem outros núcleos de urânio-235, uma reação em cadeia é estabelecida. Na prática, alguns nêutrons da fissão são perdidos pela fuga da superfície do urânio antes que isso aconteça. A razão daqueles que escapam para os que causam a fissão diminui à medida que a massa de urânio-235 aumenta.

Isso deve exceder uma certa massa crítica para iniciar uma reação em cadeia. A massa crítica é, portanto, a massa mínima de material físsil que pode sofrer uma reação em cadeia contínua. Acima da massa crítica, a reação pode acelerar em uma explosão nuclear se não for controlada.

O isótopo U-238 seria um combustível ideal para reatores nucleares porque é abundante na natureza. Mas os núcleos do U-238 geralmente absorvem nêutrons livres sem a fissão. Um nêutron absorvido simplesmente se torna parte do núcleo. O escasso isótopo de urânio U-235 é o único material natural que os reatores nucleares podem usar para produzir uma reação em cadeia. O urânio com uma quantidade abundante de U-235 é chamado de urânio enriquecido.

Reator nuclear:

Um reator nuclear é o componente central de uma usina nuclear que gera energia nuclear sob condições controladas para uso como fonte de energia elétrica.

Reatores de energia geralmente consistem em três partes principais. Eles são (1) o reator, ou pressão, vaso; (2) o núcleo; e (3) hastes de controle.

O vaso do reator contém as outras partes do reator. Está instalado perto da base do edifício do reator. O navio tem paredes de aço com pelo menos 15 centímetros de espessura. Tubos de aço conduzem para dentro e para fora da embarcação para transportar água e vapor.

O núcleo contém o combustível nuclear e também a parte do reator onde ocorre a fissão. O núcleo está perto do fundo do vaso do reator. Consiste principalmente no combustível nuclear mantido entre uma placa de suporte superior e uma inferior.

Varetas de controle são hastes longas de metal que contêm elementos como boro ou cádmio. Esses elementos absorvem os nêutrons livres e, assim, ajudam a controlar uma reação em cadeia. As hastes de controle são inseridas no núcleo ou retiradas para retardar ou acelerar uma reação em cadeia.

Moderadores e Refrigerantes:

As operações do reator também dependem de substâncias chamadas moderadores e refrigerantes. Um moderador é uma substância, como água ou carbono, que retarda os nêutrons que passam por ela. Os reatores exigem um moderador porque os nêutrons liberados pela fissão são nêutrons rápidos. Mas os nêutrons lentos são necessários para causar uma reação em cadeia na mistura de U-238 e U-235 que os reatores usam como combustível.

Um refrigerante é uma substância, como água ou dióxido de carbono, que conduz bem o calor, mas não absorve facilmente os nêutrons livres. O refrigerante transporta o calor da reação em cadeia. Ao fazer isso, os servidores de refrigeração impedem que o núcleo do reator derreta e produza vapor.

Muitos reatores de potência são reatores de água leve, que usam água leve (comum) tanto como moderador quanto refrigerante. Reatores de água pesada usam óxido de deutério, ou água pesada, como moderador e refrigerante. Grafite é outro moderador. Os reatores indianos (exceto o de Tarapur) usam água pesada.

Preparação de Combustível:

O urânio usado em reatores de águas leves deve ser enriquecido - isto é, a porcentagem de U-235 deve ser aumentada. Nêutrons livres, então, têm uma chance melhor de atingir um núcleo U-235.

Produção de vapor:

O reator atinge a criticidade quando uma reação em cadeia no combustível foi induzida para fornecer, em média, mais uma reação para cada reação de fissão.

Os reatores de água leve são de dois tipos principais. Um tipo, o reator de água pressurizada, produz vapor fora do vaso do reator. O outro tipo, reator de água fervente, faz vapor dentro do vaso.

A maioria das usinas nucleares usa reatores de água pressurizada. Esses reatores aquecem o moderador-água no núcleo sob pressão extremamente alta. A pressão permite que a água aqueça além do seu ponto de ebulição normal de 100 ° C sem realmente ferver. A reação em cadeia aquece a água a cerca de 320 ° C. Os tubos transportam esta água extremamente quente, embora não em ebulição, para geradores de vapor fora dos reatores. O calor da água pressurizada ferve a água no gerador de vapor e, assim, produz vapor.

Em um reator de água fervente, a reação em cadeia ferve a água moderadora no núcleo. Os tubos transportam o vapor produzido do reator para as turbinas da usina.

Na Índia, o tipo de reator padrão é o reator de água pesada pressurizado.

As hastes de combustível têm que ser removidas e reprocessadas de tempos em tempos para separar os produtos de lixo radioativo e pequenas quantidades de plutônio-239 do urânio não utilizado. O plutônio-239 é produzido no reator quando o urânio-238 absorve nêutrons de fissão rápida; como o urânio-235, sofre fissão e é usado em reatores de regeneração rápida e para fabricar armas nucleares.

Reatores de Criadores Experimentais:

O tipo mais importante de criador experimental usa o abundante isótopo de urânio-U-238 como seu combustível básico. O reator muda o U-238 para o isótopo plutônio 239 (Pu-239) por decaimento radioativo. Como o U-235, o Pu-239 pode criar uma reação em cadeia e, portanto, pode ser usado para produção de energia.

Outro criador usa o elemento natural tório como combustível básico. Ele muda o tório para o isótopo U-233, que também pode produzir uma reação em cadeia. A Índia desenvolveu um reator reprodutor experimental em Kalpakkam, Chennai, usando combustível de carboneto misto e sódio como refrigerante.

Fusão nuclear:

A fusão nuclear ocorre quando dois núcleos leves se fundem (combinam) e formam um núcleo de um elemento mais pesado. Os produtos da fusão pesam menos que os pesos combinados dos núcleos originais. A matéria perdida foi, portanto, transformada em energia. Reações de fusão que produzem grandes quantidades de energia podem ser criadas apenas por meio de calor extremamente intenso. Tais reações são chamadas reações termo-nucleares. Reações termonucleares produzem a energia do sol e da bomba de hidrogênio.

Uma reação termo-nuclear pode ocorrer apenas no plasma, uma forma especial de matéria que tem elétrons livres e núcleos livres. Normalmente, os núcleos se repelem.

Mas se um plasma contendo núcleos atômicos leves é aquecido por muitos milhões de graus, os núcleos começam a se mover tão rapidamente que se rompem com as barreiras elétricas uns dos outros e se fundem.

Problemas de controle de fusão:

Os cientistas ainda não conseguiram aproveitar a energia da fusão para produzir energia. Em seus experimentos de fusão, os cientistas geralmente trabalham com plasmas que são feitos de um ou dois isótopos de hidrogênio. O deutério é considerado um combustível termo-nuclear ideal porque pode ser obtido a partir de água comum. Um determinado peso de deutério pode fornecer cerca de quatro vezes mais energia do que o mesmo peso de urânio.

Para produzir uma reação termo-nuclear controlada, um plasma de deutério ou trítio ou de ambos os isótopos deve ser aquecido em muitos milhões de graus. Os cientistas da Bui ainda precisam desenvolver um recipiente que possa conter plasma superquente.

A maioria dos reatores de fusão experimentais é projetada para conter plasma superquente em “garrafas magnéticas” torcidas em várias formas semelhantes a bobinas. As paredes das garrafas são feitas de cobre ou algum outro metal. As paredes estão rodeadas por um íman.

Uma corrente elétrica é passada através do imã e cria um campo magnético no interior das paredes. O magnetismo empurra o plasma para longe das paredes e para o centro de cada bobina. Esta técnica é chamada de confinamento magnético. Todos os dispositivos de fusão desenvolvidos até agora; no entanto, use muito mais energia do que eles criam.

O reator de fusão mais bem-sucedido, chamado tokamak, foi originalmente projetado por cientistas russos. Tokamak significa corrente forte em russo. Como outros reatores de fusão experimentais, um tokamak usa um campo magnético para afastar o plasma de suas paredes. Também passa uma corrente forte através do plasma. A corrente age com o campo magnético para ajudar a confinar o plasma. A Índia desenvolveu um tokamak Aditya, para fins de pesquisa no Instituto de Pesquisa de Plasma, Ahmedabad.

Outro método experimental para conseguir a fusão utiliza feixes de laser para comprimir e aquecer pequenas pelotas de deutério e trítio congelados. Este processo cria explosões termo-nucleares em miniatura que liberam energia antes que as pelotas atinjam as paredes que as contêm. Mas todas as experiências com este método ainda não produziram quantidades utilizáveis ​​de energia.

Armas nucleares:

As armas nucleares podem ser do tipo de fissão (armas atômicas) ou do tipo de fusão (armas termonucleares ou de hidrogênio).

As armas de fissão obtêm seu poder destrutivo dos núcleos de núcleos atômicos. Apenas três tipos de átomos são conhecidos por serem adequados para a fissão em tais armas. Estes átomos são dos isótopos de urânio (U) U-235 e U-238 e do isótopo de plutônio (Pu), Pu-239. Uma reação em cadeia acelerada descontrolada ocorre quando, por exemplo, duas peças de U-235 se juntam e excedem a massa crítica.

As armas termonucleares obtêm seu poder do núcleo atômico de fusão sob calor intenso. Os núcleos fundidos em armas termonucleares são os isótopos de hidrogênio, deutério e trítio. Reações de fusão requerem temperaturas iguais ou maiores que aquelas encontradas no núcleo do sol.

A única maneira prática de obter essa temperatura é por meio de uma explosão de fissão. Assim, as explosões termonucleares são desencadeadas por um dispositivo de fissão do tipo implosão. (No método de implosão, uma massa subcrítica é tornada supercrítica comprimindo-a em um volume menor).

As primeiras armas nucleares foram duas bombas de fissão usadas pelos Estados Unidos durante a Segunda Guerra Mundial (1939-1945). Na guerra, uma foi jogada em cada uma das cidades japonesas de Hiroshima e Nagasaki.

Dispositivos explosivos nucleares podem ter uma ampla variedade de rendimentos. Algumas bombas mais antigas tiveram rendimentos de cerca de 20 megatons, ou 1.540 bombas de Hiroshima. Um megaton é a quantidade de energia liberada por 907.000 toneladas métricas de TNT. Hoje, devido à maior precisão dos mísseis, a maioria dos dispositivos nucleares tem rendimento inferior a 1 megaton.

Radioisótopos:

Diferentes formas de radiação se originam nos núcleos de átomos radioativos. Existem três tipos de radiação radioativa: partículas alfa, identificadas pela primeira vez por Becquerel; raios beta, identificados por Ernest Rutherford; e raios gama, identificados por Marie e Pierre Curie. Emissão de raios alfa ou beta causa transmutação, mas a radiação gama não resulta em transformação.

Um elemento pode ser alterado para outro artificialmente. Todo radioisótopo artificial é produzido fazendo isótopos estáveis ​​radioativos - isto é, instáveis, seus núcleos se partindo para liberar pequenas partículas e energia (radioatividade). Todo elemento com número atômico maior que o de chumbo (82) é radioativo.

Os radioisótopos artificiais podem ser produzidos bombardeando átomos com partículas e raios emitidos por elementos radioativos em um reator nuclear. Eles também podem ser produzidos por esmagamento de átomos em aceleradores de partículas, como o ciclotron. O fato de que os materiais radioativos podem ser detectados por sua radiação os torna úteis em muitos campos.

Os isótopos radioativos são efetivamente usados ​​como marcadores para fins de diagnóstico em medicina. Arsênico-74 é usado para detectar tumores. O sódio-24 é utilizado para detectar coágulos sanguíneos no sistema circulatório. Iodo-131 (1-131) é usado para determinar a atividade da glândula tireóide. Cobalto-60 é usado no tratamento do câncer; também em uso estão o irídio-192 e o césio-137.

A produção de radioisótopos na Índia começou em 1956 com o comissionamento do reator de pesquisa Apsara em Trombay. A capacidade de produção de radioisótopos foi aumentada em 1963, quando o Cirus de 40MWt se tornou operacional na Trombay. Em 1985, com a entrada em operação da Dhruva pela BARC, a Índia tornou-se uma grande produtora de amplo espectro de radioisótopos.

Os reatores de pesquisa da Trombay produzem uma variedade de radioisótopos para vários usos. Os reatores de potência também são equipados para produzir radioisótopos de cobalto-60.

O ciclotron de energia variável no VECC também é usado para fabricação de radioisótopos, que são processados ​​para aplicações médicas. Os produtos e serviços baseados em radiação e radioisótopos oferecidos pela DAE através da BARC e da BRIT incluem fontes de rádio e equipamentos de radiografia industrial; tecnologias de radiotraçadores em detecção de vazamento, movimento de lodo e aplicações em hidrologia; processamento de radiação, polimerização de radiação, salinidade do solo e outros.

A BRIT foi incumbida da responsabilidade de processar uma variedade de radioisótopos e seus produtos derivados e fornecer equipamentos de radiografia industrial e equipamentos de irradiação gama para aplicações desta tecnologia.

O Centro de Medicina de Radiação (RMC) da BARC em Mumbai, um centro do país no campo do diagnóstico de rádio e radioterapia, é um centro de referência regional da Organização Mundial de Saúde (OMS) para o Sudeste Asiático.

As atividades do centro abrangem as áreas de medicina nuclear e serviços afins, diagnóstico clínico e tratamento, desenvolvimento interno de radiofármacos, tecnologia RIA para hormônios tireoidianos e antígenos tuberculares e anticorpos, etc.

Os radioisótopos para aplicações médicas também são fabricados usando o ciclotron de energia variável em Kolkata. O centro de medicina de radiação regional (RRMC) atende aos requisitos de diagnóstico de rádio e radioterapia da região leste do país. CAT na Indore desenvolveu lasers para aplicações médicas.

Na Índia, a radiação está em uso há décadas para a esterilização de produtos médicos. Uma planta de esterilização de radiação comercial (ISOMED) na Trombay fornece serviços de esterilização para a indústria médica. Um grande laboratório de radiofármacos chamado ISOPHARM foi montado em Vashi, Mumbai.

Plantas semelhantes a Isomed estão trabalhando em Bengaluru, Nova Delhi e Jodhpur. Para uso em bancos de sangue e hospitais, a BRIT desenvolveu um equipamento de irradiação de sangue, que é um importante substituto de importação.

Usos de radioisótopos:

Na indústria Os raios gama podem ser usados ​​para examinar fundições metálicas ou soldas em oleodutos para pontos fracos. Os raios passam através do metal e escurecem um filme fotográfico em lugares opostos aos pontos fracos. Os fabricantes podem colocar um radioisótopo que emite partículas beta acima de uma folha de material.

Um detector de partículas beta do outro lado mede a força das radiações que passam. Se a espessura da folha aumentar, menos partículas atingirão o detector. O detector pode controlar os rolos e manter a folha nas espessuras desejadas. A radiação gama pode ser usada no controle de pragas, especialmente em lojas de ingrain. O alimento irradiado tem uma vida útil mais longa.

Em pesquisa Cientistas usam radioisótopos como traçadores, para determinar como as substâncias químicas agem nos corpos de plantas e animais. Todos os isótopos de um elemento são quimicamente iguais, portanto o radioisótopo pode ser usado da mesma forma que os isótopos comuns.

Por exemplo, para traçar o curso do fósforo em uma planta, um botânico pode misturar fósforo radioativo com o fósforo comum. Para saber quando o fósforo atinge uma folha, ele pode colocar um contador Geiger, que detecta a radioatividade, na folha. Para descobrir onde o fósforo se aloja na folha, ele pode colocar a folha em uma chapa fotográfica. Na placa desenvolvida, chamada autorradiografia, as regiões escuras mostram a posição do isótopo radioativo.

Em medicina:

O uso de radioisótopos faz parte de uma especialidade chamada medicina nuclear. O principal uso de radioisótopos é estudar a função de vários órgãos do corpo. Para conseguir isso, um médico administra um radioisótopo ligado a uma substância transportadora. A substância transportadora se acumula no órgão que o médico quer estudar.

Por exemplo, se o médico desejar estudar a função renal de um paciente, um radioisótopo será anexado a uma substância transportadora que se acumula nos rins. Quando o isótopo radioativo quebra, ele emite raios gama. Alguns dos raios são captados por um dispositivo chamado scanner. O médico “lê” a imagem no scanner para determinar se os rins estão funcionando corretamente.

Os radioisótopos também são usados ​​para tratar o câncer. Radiação em grandes doses destrói tecidos vivos, especialmente células em divisão. Como as células cancerosas se dividem com mais frequência do que as células normais, a radiação mata mais células cancerígenas que as normais. Um médico pode tirar proveito desse fato administrando um radioisótopo que se acumula em um órgão canceroso.

Por exemplo, um radio-isótopo de iodo 1-131 pode ser usado para tratar o câncer da glândula tireóide, porque essa glândula acumula iodo. Como o iodo radioativo se transforma, libera radiação que mata as células cancerígenas. O cobalto-60 também é usado no tratamento do câncer. Arsênico-74 é empregado para detectar tumores. Coágulos sanguíneos no sistema circulatório estão localizados por sódio-24.

Na agricultura:

Os radioisótopos têm sido utilizados para promover a mutação genética natural nas plantas, a fim de acelerar a reprodução ou desenvolver plantas com novas características. A eficiência de fertilizantes também pode ser estudada com radioisótopos. A BARC possui um programa para o desenvolvimento e produção de biomoléculas marcadas com fósforo-32 para auxiliar a pesquisa em engenharia genética, tecnologia enzimática e áreas relacionadas à energia.

Os isótopos estão sendo usados ​​para estudar a recarga de águas subterrâneas, infiltrações em barragens e sistemas de canais, intrusão de água do mar em aquíferos costeiros.

Namoro Radioativo:

A datação por radiocarbono é um processo usado para determinar a idade de um objeto antigo medindo seu conteúdo de radiocarbono. Esta técnica foi desenvolvida no final dos anos 1940 por Willard F. Libby, um químico americano.

Átomos de radiocarbono, como toda substância radioativa, decaem em uma taxa exata e uniforme. Metade do radiocarbono desaparece após cerca de 5.700 anos. Portanto, o radiocarbono tem uma meia-vida desse período de tempo.

Após cerca de 11.400 anos, um quarto da quantidade original de radiocarbono permanece. Depois de mais 5.700 anos, resta apenas um oitavo e assim por diante.

O radiocarbono nos tecidos de um organismo vivo decai extremamente lentamente, mas é continuamente renovado enquanto o organismo vive. Depois que o organismo morre, ele deixa de absorver ar ou comida e não absorve mais o radiocarbono. O radiocarbono já nos tecidos continua a diminuir a uma taxa constante. Essa constante decadência a uma taxa conhecida - uma meia-vida de cerca de 5.700 anos - permite aos cientistas determinar a idade de um objeto.

Depois que os cientistas medem o conteúdo de radiocarbono de um objeto, eles o comparam com o radiocarbono em anéis de árvore cujas idades são conhecidas. Essa técnica permite compensar pequenas variações de conteúdo de radiocarbono na atmosfera em diferentes momentos do passado. Ao fazer isso, os cientistas podem converter a idade de radiocarbono de um objeto em uma data mais precisa.

Os radioisótopos com meias-vidas muito longas são usados ​​para datar espécimes de rochas como o Urânio-238. Urânio-235 que se torna chumbo 207; tório 232, que se torna chumbo 208; rubídio 87, que se transforma em estrôncio 87; e o potássio 40, que se transforma em argônio 40, são radioisótopos que podem ser usados ​​para calcular a idade das rochas.

Perigos Nucleares e Questões de Segurança:

Recentemente tem havido muita apreensão sobre os perigos inerentes às usinas nucleares - temores de perigo de radiação, eliminação de resíduos, acidentes desastrosos. Enquanto alguns dos riscos são reais, os cientistas nucleares apontam que muitos deles não são baseados em fatos científicos e observação imparcial.

Perigo de Radiação:

Não há dúvida de que a radiação causa danos às células vivas - mas isso depende da intensidade da radiação e do tempo de exposição. Quando um átomo de uma célula orgânica complexa é exposto à radiação, a ionização ocorre e as moléculas se desintegram, afetando negativamente o sistema biológico, às vezes até destruindo a célula.

Embora altas doses sejam fatais, doses baixas podem ter efeito cumulativo e causar câncer, especialmente da pele, e leucemia. Pode afetar os tecidos linfáticos, o sistema nervoso e os órgãos reprodutivos. No entanto, os efeitos adversos ocorrem após doses consideravelmente altas e constantes de radiação.

A liberação de radioatividade no ar e na água dos reatores ocorre, mas é mantida dentro dos limites prescritos pela AERB. A Terra está sendo constantemente bombardeada por partículas nucleares de raios cósmicos (65% da radiação natural experimentada por um ser humano é devida a isso).

A radiação de fundo de fontes terrestres e extraterrestres é muito maior que a radiação de usinas nucleares. Nestas circunstâncias, a exposição à radiação de usinas nucleares é de uma quantidade insignificante. O medo da radiação surge porque a maioria das pessoas não está disposta a acreditar em qualquer “nível seguro” de exposição à radiação.

Perigo de resíduos nucleares:

Outro aspecto do perigo nuclear é o gerenciamento de resíduos. A técnica geral de lidar com resíduos radioativos é concentrar e conter tanta radioatividade quanto possível, e descarregar para o meio ambiente apenas efluentes com um nível de concentração tão baixo quanto possível.

Em locais do interior como Narora e Rawatbhatta, os resíduos líquidos de baixo nível são lançados no meio ambiente em um nível mínimo. Em locais costeiros, como Tarapur e Chennai, é possível uma diluição significativa no mar. Para resíduos sólidos, diferentes tipos de contenção são usados ​​e localizados em locais selecionados com base na avaliação geológica e geo-hidrológica.

A fissionagem do U-235 produz muitos isótopos radioativos, como o estrôncio 90, o césio 137 e o bário 140. Esses resíduos permanecem radioativos e perigosos por cerca de 600 anos por causa dos isótopos de estrôncio e césio. Se estes entrarem em comida ou abastecimento de água, eles podem ser levados para o corpo das pessoas onde podem causar danos.

O corpo é incapaz de distinguir entre estrôncio radioativo e cálcio, por exemplo. O plutônio e outros elementos criados artificialmente nos resíduos permanecem radioativos por milhares de anos. Mesmo em pequenas quantidades, o plutônio pode causar câncer ou danos genéticos (reprodutivos) em humanos.

Quantidades maiores podem causar doença e morte por radiação. O descarte seguro desses resíduos é um dos problemas envolvidos na produção de energia nuclear. Os resíduos são cuidadosamente gerenciados, incorporando-os em matrizes sólidas inertes e colocando-os em latas que são mantidos sob resfriamento até que a radioatividade chegue ao nível desejado. Finalmente, os canisters são armazenados em meios geológicos adequados. No entanto, o problema não está totalmente resolvido.

Efeitos de uma Explosão Nuclear:

Os efeitos que uma explosão nuclear tem sobre pessoas, edifícios e meio ambiente podem variar muito, dependendo de vários fatores. Esses fatores incluem o clima, o terreno, o ponto de explosão em relação à superfície da Terra e o rendimento da arma.

A explosão da arma produziria quatro efeitos básicos:

(i) onda de explosão:

A explosão começa com a formação de uma bola de fogo, que consiste em uma nuvem de poeira e gases extremamente quentes sob alta pressão. Uma fração de segundo após a explosão, os gases começam a se expandir e formam uma onda de choque, também chamada de onda de choque.

A onda de choque e o vento provavelmente matariam a maioria das pessoas em um raio de 5 quilômetros do marco zero e algumas pessoas entre 5 e 10 quilômetros do marco zero. Muitas outras pessoas dentro de 10 quilômetros do grupo zero seriam feridas.

ii) Radiação térmica:

Isso consiste em radiação ultravioleta, visível e infravermelha emitida pela bola de fogo. A radiação ultravioleta é rapidamente absorvida pelas partículas no ar e, portanto, não causa danos. No entanto, a radiação visível e infravermelha pode causar ferimentos nos olhos, bem como queimaduras na pele, chamadas queimaduras por flash.

Entre 20 e 30 por cento das mortes de Hiroshima e Nagasaki resultaram de queimaduras rápidas. A radiação térmica também pode inflamar materiais altamente inflamáveis, como jornais e folhas secas. A queima desses materiais pode levar a grandes incêndios.

iii) Radiação nuclear inicial:

Isso é liberado no primeiro minuto após a explosão. Consiste em nêutrons e raios gama. Os nêutrons e alguns dos raios gama são emitidos da bola de fogo quase que instantaneamente. O resto dos raios gama são emitidos por uma enorme nuvem de material radioativo em forma de cogumelo que é formada pela explosão. A radiação nuclear pode causar o inchaço e a destruição de células humanas e impedir a substituição celular normal.

Grandes doses de radiação podem causar a morte. A quantidade de danos que uma pessoa sofrerá com a radiação nuclear inicial depende em parte da localização da pessoa em relação ao ponto zero. A radiação inicial diminui rapidamente em força à medida que se afasta do zero.

(iv) Radiação Nuclear Residual:

Isso vem depois de um minuto após a explosão. A radiação residual criada pela fissão consiste em raios gama e partículas beta. A radiação residual produzida pela fusão é composta principalmente de nêutrons. Ele atinge partículas de rocha, solo, água e outros materiais que formam a nuvem em forma de cogumelo. Como resultado, essas partículas tornam-se radioativas. Quando as partículas caem de volta à terra, elas são conhecidas como precipitação. Quanto mais próxima uma explosão ocorre da superfície da Terra, mais precipitação ela produz.

A precipitação precoce consiste em partículas mais pesadas que atingem o solo durante as primeiras 24 horas após a explosão. Estas partículas caem principalmente a favor do vento a partir do zero. A precipitação precoce é altamente radioativa e mata ou danifica gravemente os seres vivos.

A precipitação atrasada atinge o solo de 24 horas a vários anos após a explosão. Consiste em partículas minúsculas, muitas vezes invisíveis, que podem eventualmente cair em pequenas quantidades sobre grandes áreas da Terra. A precipitação atrasada causa apenas danos de longo prazo à radiação nos seres vivos. No entanto, esse dano pode ser grave para certos indivíduos.

Medidas de segurança:

Os principais riscos da produção de energia nuclear resultam das grandes quantidades de material radioativo que um reator produz. Esses materiais emitem radiação na forma de raios alfa, beta e gama. Assim, os locais para usinas nucleares são escolhidos com os parâmetros de segurança em mente. As plantas são projetadas para operação segura através de uma série de medidas de proteção. Reconhecendo as possibilidades de erro humano, mau funcionamento de equipamentos e fenômenos naturais extremos, as plantas são projetadas no conceito de “defesa em profundidade”

Um vaso reator é cercado por grossos blocos de concreto chamados de escudo, o que normalmente impede que quase toda a radiação escape.

Nos países com energia nuclear, os regulamentos limitam a quantidade de radiação permitida das usinas nucleares. Cada planta possui instrumentos que medem continuamente a radioatividade dentro e ao redor da planta. Eles ativam automaticamente um alarme se a radioatividade se elevar acima de um nível predeterminado. Se necessário, o reator é desligado.

As medidas de segurança de rotina de uma planta reduzem significativamente a possibilidade de um acidente grave. No entanto, todas as fábricas possuem sistemas de segurança de emergência. Possíveis emergências variam de uma interrupção em um cano de água do reator até um vazamento de radiação do reator. Qualquer emergência desse tipo ativa automaticamente um sistema que desliga instantaneamente o reator, um processo chamado scramming. Scramming é geralmente realizado pela inserção rápida das hastes de controle no núcleo.

Um vazamento ou ruptura em um cano de água do reator pode ter sérias conseqüências se resultar em perda de refrigerante. Mesmo depois de um reator ter sido desligado, os materiais radioativos remanescentes no núcleo do reator podem ficar tão quentes sem refrigeração suficiente que o núcleo derreta. Essa condição, chamada de colapso, pode resultar na liberação de quantidades perigosas de radiação.

Na maioria dos casos, a grande estrutura de contenção que abriga um reator evitaria que a radioatividade escapasse para a atmosfera. No entanto, existe uma pequena possibilidade de que o núcleo fundido possa se tornar quente o suficiente para queimar o piso da estrutura de contenção e penetrar fundo na terra.

Engenheiros nucleares chamam esse tipo de situação de “Síndrome da China”. Para evitar que tal acidente ocorra, todos os reatores são equipados com um sistema de resfriamento central de emergência, que inunda automaticamente o núcleo com água em caso de perda de refrigerante.

As doses de radiação externas recebidas pelos trabalhadores ocupacionais de todo o país são monitoradas mensalmente. O serviço de monitoramento de filmes é oferecido a pessoas que trabalham em instituições médicas, industriais e de pesquisa. O serviço de monitoramento de dosímetro termo-luminescente e o monitoramento rápido de nêutrons são fornecidos às pessoas que trabalham em reatores, usinas de reprocessamento de combustível e aceleradores.

A Comissão Internacional de Proteção Radiológica (ICRP) recomendou para os trabalhadores da radiação um limite de dose efetivo de 20 MSV por ano em média ao longo de cinco anos com a provisão adicional de que a dose efetiva não deve exceder 50 MSV em qualquer ano.

A AIEA classifica eventos na Escala Internacional de Eventos Nucleares - uma escala de 0 a 7, dependendo da gravidade. Os eventos que podem ser chamados de “acidentes” - nível 4 e acima da escala - aconteceram até agora no Ocidente (Chernobyl tinha 7 na escala; o incêndio de Narora foi colocado no nível 3). Além disso, os complexos de armas têm um grau muito maior de problemas relacionados à segurança.