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Posts Tagged ‘raios-X’

logo_if50anos_200pxCriado em 9 de março de 1959, em consequência de um movimento nacional em prol da ciência brasileira, o Instituto de Física da UFRGS comemora seu primeiro cinquentenário com uma extensa agenda de atividades ao longo de todo este ano de 2009.

O referido movimento tem início com a criação do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), em 1949. Dois anos depois é criado o Conselho Nacional de Pesquisa (CNPq), imediatamente seguido pela criação do Instituto de Matemática Pura e Aplicada (IMPA), em 1952. Em 1953 é criado o Centro de Pesquisas Físicas da UFRGS, que seis anos depois dá lugar aos Institutos de Física e de Matemática.

As propostas do movimento foram incorporadas no Plano de Metas proposto em 1956 por Juscelino Kubitschek, no âmbito do qual foi constituída a Comissão Supervisora do Plano dos Institutos (COSUPI), cujo resultado prático foi a criação dos seguintes Institutos:  Física e Matemática (UFRGS); Mecânica (UFPR); Genética (USP, Piracicaba); Economia Rural (UFRRJ); Química (UFBA); Minas e Metalúrgica (UFOP); Geologia (UFPE); Tecnologia Rural (UFCE).(Informações extraídas de http://www.mat.ufrgs.br/historico.html)

O andamento dos eventos comemorativos será apresentado no portal IF 50 anos, que também será utilizado para registrar fatos históricos pertinentes, extraídos do arquivo permanente do IF, ou de relatos pessoais de quem se dispuser a colaborar.

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No primeiro capítulo fiz uma discussão geral sobre o Modelo Padrão das partículas elementares. Coloquei basicamente o material que publiquei na coluna da Ciência Hoje Online, Para apreciar a festa do LHC , onde tive a oportunidade de mencionar algumas das partículas “elementares”. As aspas aqui representam o fato de que durante algum tempo se pensou que prótons, mésons e nêutrons fossem elementares. Como você viu no primeiro capítulo isso hoje não é mais assim.

Talvez seja interessante algum comentário introdutório sobre os processos de detecção de partículas elementares. Nossos sentidos não conseguem detectar a maioria das radiações produzidas na natureza. Podemos sentir a radiação eletromagnética na faixa acima do infravermelho, onde ela se manifesta sob a forma de calor, depois essa radiação torna-se visível até a faixa um pouco abaixo do ultravioleta. Portanto, radiação com energia do infravermelho para baixo e do ultravioleta para cima escapam aos nossos sentidos. Também temos limitações dimensionais. Na faixa do micrômetro (a milionésima parte do metro) para baixo é impossível vermos a olho nú.

A limitação dimensional é superada com o uso de diferentes tipos de microscópicos (ópticos, eletrônicos, iônicos, etc). As limitações, digamos, energéticas, são superadas por intermédio de interações com a matéria. É o produto dessa interação que nos indica a presença da radiação, e possibilita sua quantificação. Por exemplo, as ondas de rádio são percebidas depois que elas interagem com uma antena. O resultado da interação é processado e se transforma em áudio nos nossos aparelhos. Os raios-X foram inicialmente percebidos por causa da sua capacidade de sensibilizar um filme fotográfico. Depois foram desenvolvidos outros detectores, mais eficientes.

No capítulo sobre aceleradores e detectores de partículas discutiremos isso com mais detalhes.

Elétron

O elétron foi a primeira partícula elementar experimentalmente identificada. Sua descoberta foi conseqüência direta da linha de pesquisa que nos anos 1890 resultou na descoberta dos raios-X e da radioatividade. Sobre a descoberta dos raios-X, sugiro a leitura do artigo Raios X: Descoberta casual ou criterioso experimento?, que publiquei em 1995 na Ciência Hoje (vol. 19, n. 114, pp. 26-35). Sobre a descoberta da radioatividade existe um ótimo material produzido pelo prof. Roberto Martins, do IF-Unicamp.

Se desejar complementar a leitura do artigo do prof. Martins, sugiro as duas colunas que escrevi sobre Rutherford: O Indiana Jones do núcleo atômico e Uma história mal contada. Você também pode ver os slides da palestra que apresentei na SBPC 2008: Dos raios alfa à energia nuclear: caminhos percorridos por Rrutherford. Sobre a descoberta do elétron, sugiro o bom material disponível no portal da UFPEL.
Os eventos mencionados acima culminaram no modelo atômico proposto por Rutherford, em 1911. É aquele modelo no qual o átomo consiste de um núcleo, muito pequeno, onde concentra-se praticamente toda a massa atômica, em volta do qual giram os elétrons. Os experimentos com partículas alfa realizados por Geiger e Marsden, colaboradores de Rutherford, sugeriam este modelo, mas eles não sabiam, ou não tinham tempo para tratar a sua eletrodinâmica. Coube a Niels Bohr a tarefa de desvendar os mistérios deste modelo atômico.

Próton

Nos experimentos mencionados acima, partículas alfa com altas energias, provenientes de materiais radioativos, eram lançadas sobre folhas finas de diferentes materiais sólidos. O resultado mais conhecido foi obtido com ouro.

Em 1917, Rutherford inicia um caderno de laboratório, intitulado Range of High-Speed Atoms in Air and Other Gases. A idéia era investigar o alcance de partículas alfa em diferentes tipos de gases.

O próton foi descoberto, em 1919, quando Rutherford analisou os resultados obtidos com o nitrogênio. Ele observou que algo saia com poder de penetração superior ao da partícula alfa incidente. Esses resultados foram relatados no 4o. artigo da relação abaixo.

A primeira alternativa, de que o átomo de nitrogênio fosse “empurrado” pela partícula alfa e ganhasse energia não fazia sentido, pois o nitrogênio é muito mais pesado do a partícula alfa.

Este experimento possibilitou a Rutherford fazer duas importantes descobertas. Ele concluiu que o choque da partícula alfa com átomos de nitrogênio produzia átomos de hidrogênio, e que os átomos de nitrogênio desintegravam-se durante a colisão. No início ele pensou que o átomo de hidrogênio fazia parte do núcleo do nitrogênio, mas logo percebeu que se tratava de fato o núcleo do átomo de hidrogênio, que alguns depois recebeu o nome de próton.

Portanto, Rutherford descobriu de uma vez só, a desintegração artificial do núcleo e o próton. Também previu a existência do nêutron, mas não publicou essa conjectura, embora tenha apresentado na conferência Bakeriana que ele proferiu em 1920.

Nêutron

O experimento que abriu o caminho para a descoberta do nêutron foi realizado por Walther Bothe em 1930. Ele bombardeou átomos de berílio com partículas alfa e detectou uma radiação que ele interpretou como radiação gama altamente energética.

Isso despertou o interesse do casal Frédéric Joliot e Irène Curie, que pensou utilizar a radiação para produzir transmutação. Repetiram o experimento de Bothe e fizeram com que a radiação incidisse sobre um bloco de parafina, o que significa dizer essencialmente sobre um material contendo carbono e hidrogênio.

O casal Joliot-Curie detectou prótons com energia de aproximadamente 5 MeV (milhões de elétron-volts). Pela conservação de energia e quantidade de movimento, a radiação gama deveria ter uma energia da ordem de 50 MeV, algo impossível. Quando Chadwick comentou com Rutherford sobre o resultado do casal francês, o velho professor disse: não acredito que eles tenham observado uma radiação gama no experimento de Bothe. Aquilo deve ser a partícula neutra que previ em 1920. Chadwick repetiu o experimento e descobriu o nêutro.

Como diria o Anonymous Gourmet: voltaremos!

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Este é o título da minha coluna de abril, disponível em http://cienciahoje.uol.com.br/118238

Veja o início e o final da coluna:

Consta nos arquivos da Universidade de Würzburg, na Alemanha, que a radiografia ao lado foi obtida no dia 23 de janeiro de 1896 pelo físico alemão Wilhelm Conrad Roentgen (1845-1923), a quem se deve a descoberta dos raios-X. Ao que se sabe, essa radiografia – da mão do professor de anatomia Alfred von Koelliker – foi a segunda e última obtida por Roentgen com partes do corpo humano. A primeira representa a mão da sua mulher, em 22 de dezembro de 1895.

De Roentgen a Hounsfield, a centenária história dos raios-X tem mostrado um padrão característico. Como num processo dicotômico, as descobertas inicialmente fascinam pelo inusitado e pelas possibilidades de aplicações médicas e tecnológicas, para no momento seguinte causarem inquietação pelos efeitos danosos. Entretanto, sempre que emerge a inquietação, a humanidade busca um compromisso no qual os benefícios sejam potencializados e os riscos, minimizados. O recente alerta de Brenner e Hall faz parte desse processo, como também fazem parte enaltecedoras observações registradas na literatura. Não há como deixar de se impressionar com a qualidade das imagens obtidas com a tomografia computadorizada. Se assim não fosse, como explicar o interesse recente pelo tratamento artístico dessas imagens?

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