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Radiação


  Biofísica

A formação de algumas substâncias essenciais ao surgimento da vida na Terra -- como os aldeídos, álcoois, ácidos e aminoácidos -- resultou da ação de radiações ultravioleta, alfa, beta e gama e de descargas elétricas sobre a atmosfera então existente.
Radiação é o processo pelo qual uma fonte emite energia que se propaga no espaço. O termo se usa também para designar a própria energia emitida. Os principais tipos de radiação energética, como o calor, a luz visível, a luz ultravioleta e os raios X e gama, se agrupam sob a denominação geral de radiação eletromagnética, freqüentemente tratada como pacotes de energia -- unidades indivisíveis de energia -- chamados fótons, ou quanta. A freqüências muito altas, a energia da radiação eletromagnética é equivalente a quantidades consideráveis de massa, o que torna difícil a distinção entre ondas e partículas. Grande parte da radiação emitida por elementos radioativos toma a forma de raios alfa, beta e de feixes de partículas subatômicas.


Tipos de radiação. A radiação pode ser descrita como energia em movimento a velocidades iguais ou inferiores à da luz (aproximadamente 300.000km/s). As do primeiro tipo constituem o espectro da radiação eletromagnética, caracterizada por ter massa igual a zero quando, teoricamente, se encontra em repouso. As do segundo tipo incluem partículas como elétrons, prótons e nêutrons. Em estado de repouso, essas partículas têm massa e formam os átomos e os núcleos atômicos. Quando essas formas de matéria particulada se deslocam a velocidades muito altas, são consideradas radiação.
Em resumo, as duas amplas classes de radiação se distinguem pela velocidade de propagação e pela presença ou inexistência de massa em repouso. As do primeiro tipo são chamadas radiações eletromagnéticas, enquanto que as outras são denominadas radiações corpusculares.
Acreditava-se que os raios eletromagnéticos tinham caráter ondulatório, ou seja, se propagavam no espaço e podiam sofrer o fenômeno de interferência quando originários de duas ou mais fontes. Os raios corpusculares, por sua vez, eram considerados partículas -- localizados no espaço e incapazes de sofrer interferência. No início do século XX, porém, descobriu-se que todas as formas de radiação, em determinadas condições, podem se comportar tanto como onda quanto como partícula.
Esse fenômeno é conhecido como dualidade onda-partícula e constitui uma das bases da moderna teoria quântica. O comportamento ondulatório da radiação é aparente em sua propagação através do espaço, enquanto o comportamento corpuscular é revelado pela natureza das interações da radiação com a matéria.


Radiação eletromagnética. Prevista em 1864 por James Clerk Maxwell e descoberta em 1877 por Heinrich Rudolf Hertz, a radiação eletromagnética compreende um amplo espectro de freqüências, o chamado espectro eletromagnético, no qual estão incluídas as ondas de rádio, a luz visível, as radiações infravermelhas e ultravioleta e os raios X.
As ondas de rádio compreendem radiações cuja freqüência varia de alguns hertz (Hz) até 109Hz, ou, em termos de comprimento de onda, de alguns quilômetros até cerca de 0,3m. O comprimento de onda c liga-se à freqüência v pela relação  , sendo tanto menor quanto maior for a freqüência. As ondas de radiofreqüência usadas em sistemas de comunicação por rádio e televisão são geradas por circuitos oscilantes e dispositivos eletrônicos.
A região das microondas compreende freqüências de 109 Hz a 3 x 1011Hz e comprimentos de onda entre 0,3m a 1mm. As microondas são usadas em sistemas de radar e alguns equipamentos de comunicação. De 3 x 1011 Hz a 4 x 1014Hz estão situados os raios infravermelhos, cujos comprimentos de onda vão de 1mm até cerca de  7.800 Â. O ângstrom é a unidade usada para comprimentos de onda a partir dessa região do espectro e vale 10-8cm. A radiação infravermelha é emitida em transições atômicas e moleculares, por corpos aquecidos.
A parte visível do espectro eletromagnético vai do vermelho (freqüência de 4 x 1014 a 4,8 x 1014Hz, comprimento de onda de  ) até o violeta (freqüência de 6,6 x 1014Hz a 7,7 x 1014Hz, comprimento de onda de  ), passando pelo laranja, amarelo, verde e azul. Essa é a região do espectro capaz de sensibilizar o olho humano. O fenômeno da cor está associado à freqüência da radiação. A luz é produzida por transições eletrônicas entre níveis de energia de átomos, de moléculas ou de sólidos.
Os raios ultravioleta compreendem o intervalo de freqüência de 7,7 x 1014Hz a 3 x 1017Hz. Em termos de comprimento de onda, essa região se estende dos  . Já os raios X cobrem a faixa dos  . A partir daí começa a região dos raios gama.


Radiação corpuscular. Com velocidade de deslocamento inferior à da luz, a radiação corpuscular foi inicialmente identificada por se comportar como partícula. Apenas mais tarde comprovou-se que esses raios se comportam também como ondas. Um exemplo desse tipo de radiação é o elétron, cuja velocidade varia entre 108cm/s e a velocidade da luz. Entre outros entes comumente classificados como matéria quando se deslocam a altas velocidades estão o núcleo positivamente carregado do átomo de hidrogênio, ou próton; o núcleo do deutério, ou dêuteron, também positivamente carregado; e o núcleo do átomo de hélio, ou partículas alfa, que têm carga positiva dupla.
Efeitos da radiação sobre a matéria. As teorias atômicas elaboradas desde o final do século XIX postulam que a matéria se compõe de átomos de diferentes tipos, com uma estrutura interna comum: um núcleo central formado de prótons e nêutrons e um envoltório externo de forma variável, no qual circulam elétrons em diferentes níveis energéticos.
Quando um feixe de radiação incide sobre um átomo, transmite a ele uma parte de sua energia e induz uma desestabilização capaz de produzir três tipos de resultados: uma excitação na qual um elétron absorve a energia recebida e salta para um nível mais afastado do núcleo; uma ionização, na qual o elétron adquire energia suficiente para se soltar do átomo, que fica carregado positivamente; e uma reação nuclear, na qual a radiação incide sobre o núcleo do átomo, desencadeando processos radioativos de fissão nuclear, emissão de raios beta etc.
Pode-se inferir que alguns dos elementos que participaram da evolução do universo não estavam originalmente presentes, mas foram produzidos como resultado de bombardeamento externo de altas energias, que alguns desapareceram como conseqüência desse processo e que muitos compostos necessários aos processos vitais dos organismos evoluíram como conseqüência de irradiações de altas energias a que toda a matéria está sujeita. Por essa razão, a radiação deve ter desempenhado um papel importante na evolução do universo e é em última instância responsável não só pela existência da vida, mas também pela variedade de suas formas.
Efeitos biológicos da radiação. A ação da radiação sobre os organismos vivos pode ter efeitos benéficos ou nocivos, dependendo de sua natureza ou intensidade. A ação da luz sobre alguns componentes dos organismos produz fenômenos bastante conhecidos, como a fotossíntese, o principal mecanismo natural de produção de oxigênio. Além disso, a radiação solar governa o metabolismo e o comportamento dos animais e influencia o crescimento e a orientação espacial das plantas.
Uma excessiva exposição à radiação, até mesmo à luz visível, pode provocar, porém, graves lesões nas células e nos tecidos. Esses efeitos nocivos, derivados da ionização dos átomos, podem causar doenças e inclusive levar à morte. O poder ionizante das radiações depende da energia que elas transmitem e do período de tempo durante o qual o organismo fica exposto a elas. Os vários tipos de seres vivos podem reagir de forma diversa a uma mesma quantidade de radiação ionizante. Enquanto os mamíferos, por exemplo, podem ser mortos por uma radiação inferior a mil rads (unidade de medida de exposição à radiação), certos insetos podem suportar até cem mil rads.
Entre as radiações não-ionizantes, as ondas hertzianas (na faixa de rádio e radar) e os raios infravermelhos têm efeitos sobre o organismo semelhantes aos do calor, como queimaduras. Registraram-se também efeitos não-térmicos da exposição às microondas, usadas em sistemas de radares e de radiodifusão. Pessoas que manipulam equipamentos de rádio de alta-freqüência podem ter seu sistema nervoso afetado e apresentar sintomas como cansaço, excitabilidade e insônia.
A luz é essencial para o corpo humano, por sua ação biossintética. A luz ultravioleta induz a conversão de ergosterol em vitamina D, fator essencial para o depósito de cálcio nos ossos em crescimento. Já se comprovou, entretanto, que a exposição prolongada ou repetida a essa radiação leva ao desenvolvimento do câncer de pele. A luz ultravioleta de comprimento de onda muito curto, abaixo de  2.200Â, é altamente tóxica para as células. Uma vez que a penetração da luz visível e ultravioleta nos tecidos orgânicos é pequena, apenas os efeitos sobre a pele e o aparelho visual têm conseqüências mais graves.


Aplicações. Os usos da radiação no diagnóstico e tratamento de doenças se multiplicaram tão rapidamente nos últimos anos que pelo menos uma forma de radiação se tornou indispensável para qualquer ramo da medicina. As muitas formas de radiação usadas incluem ondas eletromagnéticas de diversos comprimentos de onda (ondas sonoras, luz visível, radiação ultravioleta, raios X e raios gama), assim como radiações corpusculares de vários tipos  (elétrons, nêutrons rápidos, prótons, partículas alfa etc.). Entre os diferentes métodos de obtenção de imagens do interior do organismo para diagnóstico de doenças estão vários sistemas de raio X, tomografia de emissão de pósitrons e ressonância magnética nuclear.


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