#164 - Gilbert U-238 Atomic Energy Lab

 O objetivo desta postagem é mostrar o manual de instruções do kit de experiências com a radioatividade mais polêmico de todos os tempos.

Escrito e desenvolvido por Léo Corradini

O Laboratório de Energia Atômica U-238 da AC Gilbert Company foi o conjunto educacional  mais elaborado já produzido para crianças na área de radiação nuclear.

Seu alto preço (US$ 49,50) e sofisticação foram as razões que Gilbert deu para a curta vida do conjunto (1950 e 1951).


Atualmente, é muito valorizado pelos colecionadores, um conjunto completo pode chegar a mais de 100 vezes o preço original.

 


O conjunto veio com quatro tipos de minério de urânio, uma fonte Beta/Alfa (Pb-210), uma fonte Beta pura (Rh-106), Uma fonte Gama (Zn-65), um Espintariscópio, uma Câmara de Nuvem com uma fonte Alfa (Po-210), um Eletroscópio e um Contador Geiger.


             Contador Geiger do kit


 

Acredito que esse contador use uma válvula Geiger-Müller similar ao modelo Raytheon CK1026 com platô em 900 volts e um curioso cátodo externo.


É comum encontrar textos na internet alegando que esse foi o kit para crianças mais perigoso do mundo.

Porém, na época, o Dr. Gilbert colocou um texto no manual (veja adiante) que visava dissipar o medo que as pessoas poderiam ter ao manusear o kit.

          Alfred Carlton Gilbert, criador do kit


              Manual de Energia Atômica Gilbert 1950


 
                                                            Seção 1
          Explorando com o contador Geiger

 

Uma das primeiras coisas que irão intrigá-lo quando você abrir seu Laboratório de Energia Atômica é o Contador Geiger, que está localizado no canto superior direito da caixa.
Para operar seu contador Geiger, siga estas etapas. Primeiro, remova a tampa circular na parte superior do contador para a instalação da bateria. Em segundo lugar, insira uma das pilhas de lanterna neste espaço, certificando-se de que o terminal positivo da pilha esteja apontando para baixo. (O terminal positivo pode ser distinguido pelo pequeno pino circular no centro da extremidade). Agora procure a chave liga-desliga que está localizada na parte superior da caixa. Mude para a posição ligado e deixe seu Contador Geiger aquecer. Agora está pronto para operar.
Você pode usar seu Contador Geiger de duas maneiras: (a) Você pode contar o número de flashes que ocorrem na lâmpada de néon montada rente ao anel isolante de borracha na tampa da caixa. (b) Você pode ouvir os cliques no fone de ouvido.

Você encontrará várias pequenas fontes de plástico montadas dentro de seu Laboratório de Energia Atômica. Uma delas é marcada como Radioactive Standard-Gamma Source. Remova esta fonte do laboratório e traga-a para perto do contador Geiger. Ao fazer isso, você notará que o número de flashes ou cliques aumentará rapidamente até que você mal consiga contá-los. A remoção da fonte fará com que o som de clique ou a luz intermitente diminua. Mais tarde iremos entrar em detalhes e explicar o que são os cliques e flashes e o que eles significam. Enquanto isso, diremos apenas que cada clique ou flash corresponde à detecção de um raio radioativo passando pelo Contador Geiger.
Uma coisa que você pode fazer imediatamente com o Contador Geiger é descobrir uma fonte radioativa oculta. Deixe alguém da sua família esconder a fonte Gama enquanto você estiver em outra sala. Em seguida, usando o contador, explore a sala. Em breve, ao notar o aumento do número de flashes ou cliques, você poderá localizar a fonte oculta.

Se você tiver um relógio de pulso com mostrador luminescente, relógio de bolso ou qualquer outro material luminescente, tente trazê-lo para perto de seu contador Geiger. Você descobrirá que seu Contador Geiger detectará essas coisas. Na verdade, há muitos itens de uso diário que são radioativos. Alguns deles, de fato, têm uma intensidade bastante poderosa.
Tem havido tanta desinformação sobre a radioatividade que fazemos uma pausa aqui para garantir a você e seus pais que as fontes radioativas fornecidas a vocês não são perigosas de forma alguma. Eles foram cuidadosamente projetados por alguns dos maiores cientistas do país para serem instrutivos e inofensivos. Garantimos que nenhum dano ocorrerá a você por meio do contato diário com as fontes radioativas fornecidas com o seu Laboratório de Energia Atômica.

Figura 1-1. Experimentando com o contador Geiger Gilbert. A fonte radioativa Gilbert é mantida perto do contador para produzir um clique no fone de ouvido. O tubo de néon pisca simultaneamente com cliques.
 

A Figura 1-1 mostra o que está dentro do Contador Geiger. Você notará o tubo longo e esguio que é sustentado por dois eletrodos de cobre. Este tubo é o dispositivo real que detecta os raios penetrantes e é conhecido como Tubo Contador Geiger-Mueller . Agora que você tem uma visão interna do Contador Geiger, podemos explicar por que o instrumento zumbe quando a chave é "Ligada".
Embora o tubo contador Geiger-Mueller exija quase mil volts de eletricidade para funcionar de maneira satisfatória, nossa única fonte de energia é uma pilha de lanterna de 1,5 volts. Esta é a maneira como obtemos a alta tensão necessária de nossa fonte de baixa tensão. Primeiro, temos uma unidade vibratória. Este dispositivo simples corta a corrente contínua da pilha e a converte em corrente pulsante. Você notará que existem duas bobinas enroladas no vibrador e estas juntas formam um transformador. Quando a corrente pulsante alimenta o transformador, ela passa de uma tensão baixa para uma tensão alta, o suficiente para operar o tubo Geiger-Müller.

Qualquer pessoa que usa uma lanterna continuamente sabe que a pilha vai se desgastar. Da mesma forma, seu contador Geiger irá parar de funcionar se você executá-lo continuamente por várias horas. Isso não significa que seu instrumento queimou. Significa simplesmente que você deve substituir a pilha de lanterna. Qualquer pilha de lanterna semelhante será adequada. Assim como uma lanterna funcionará por semanas se for usada apenas por curtos períodos de tempo, o Contador Geiger também funcionará por um longo tempo com uma única pilha se você usá-lo por um curto período de tempo todos os dias. Você deve remover a pilha da lanterna do balcão se você não for usá-la por um longo período de tempo. Isso evitará o vazamento da pilha no suporte e garantirá uma vida útil mais longa para as pilhas. A AC Gilbert Company fabricou milhares de contadores Geiger e, embora tenha feito um grande esforço para garantir que cada contador Geiger chegue até você em condições de funcionamento e permaneça assim, ela aprecia o fato
 


                      Figura 1-1. Componentes do seu contador Geiger
 
que, dos milhares desses instrumentos sensíveis, alguns deixarão de funcionar depois de algum tempo. Aqui está o que você deve fazer caso seu instrumento não funcione corretamente.


1) Certifique-se de que a chave “On” esteja na posição “On”.
2) Certifique-se de que a pilha não esteja gasta. Substitua por uma pilha sobressalente ou nova caso você tenha alguma dúvida.


Se nenhum zumbido for ouvido no vibrador após essas verificações, as chances são de que o vibrador foi danificado ou falhou. No entanto, pode acontecer que o vibrador funcione corretamente, mas o instrumento não responda à fonte Gama radioativa. Certifique-se de que é a fonte Gama que você está usando. Se o tubo de néon não piscar, o contador precisa ser reparado. Se o tubo de néon pisca quase continuamente na ausência da fonte radioativa, também requer reparo. Não tente sacudir a caixa ou consertar o Contador Geiger, devolva-o à The AC Gilbert Company de acordo com as instruções fornecidas no apêndice.

        Medindo a radiação com seu contador Geiger


Embora seja interessante se divertir com seu Contador Geiger caçando fontes ocultas e mostrando o instrumento aos seus amigos, é muito mais interessante fazer medições reais como um cientista faria. Para fazer isso, primeiro precisamos de um relógio equipado com um ponteiro de segundos. Começamos vendo como nosso Contador Geiger se comporta quando não há material radioativo por perto. A taxa de contagem sem fontes presentes é chamada de fundo natural do instrumento. É muito importante que você conheça a contagem de fundo e verifique-a periodicamente para ter certeza de que o seu instrumento está funcionando corretamente. Registre o número de contagens para cada período de 15 segundos por um intervalo de cinco minutos. Seus dados devem ser semelhantes aos tabulados abaixo:


Para obter a taxa média de contagem, você deve dividir a contagem total 74 pelo intervalo de tempo, obtendo assim cerca de 15 contagens por minuto. Observe que, a qualquer minuto, a taxa de contagem pode oscilar tão alto quanto 17 ou tão baixo quanto 12. Isso deixa claro que, para obter um valor médio confiável, devemos fazer contagens por um tempo longo o suficiente para eliminar as variações que ocorrem durante qualquer curto período de tempo.

Você pode fazer um experimento interessante simplesmente anotando em um papel a hora exata (leitura em um cronômetro ou ponteiro de segundos) quando ocorre cada contagem. Obtenha dados para cinco intervalos de meio minuto. Os dados que você obtém devem ser parecidos com os listados abaixo:

  


                        Ocorrência aleatória de contagem

Observe que a ocorrência de uma contagem é completamente aleatória; ou seja, não há regularidade observável para o momento em que ocorre um clique.

 
         Representação gráfica da contagem aleatória


A natureza aleatória da contagem também pode ser facilmente vista em um gráfico. Isto é o que você faz. Em um pedaço de papel milimetrado, marque uma unidade que representará um minuto e divida esse minuto em unidades menores que representarão os segundos. Agora, usando seu relógio, marque a ocorrência das contagens de seu Contador Geiger. À medida que cada contagem ocorre, faça uma linha em seu gráfico correspondendo à hora em que ocorreu. Quando o minuto tiver decorrido, marque outro conjunto de unidades e repita o procedimento acima. Depois de fazer isso quatro ou cinco vezes, você notará, comparando os gráficos, que o padrão de contagens em seus gráficos não é o mesmo. Isso é o que chamamos de "contagem aleatória".
A taxa de contagem de fundo de seu Contador Geiger deve permanecer quase constante, mesmo que você faça as medições em dias diferentes. Você deve certificar-se, no entanto, de sempre remover as fontes radioativas das proximidades do contador ao fazer esta medição. Também é desejável realizar o experimento no mesmo local todas as vezes. A razão para isso é que tudo ao nosso redor tem alguma radioatividade e, conforme nos movemos para lugares diferentes, é provável que encontremos diferentes quantidades de radioatividade. Até o corpo humano é ligeiramente radioativo. O ar que respiramos contém pequenas quantidades de material radioativo. A terra e os materiais de construção contêm quantidades mais significativas de elementos radioativos. Não importa aonde formos, nunca estaremos realmente livres de uma pequena quantidade de radioatividade. Chamamos essa taxa de contagem residual de fundo radioativo.

                                          As fontes radioativas
 

Talvez agora o usuário do Laboratório de Energia Atômica esteja impaciente para explorar as propriedades das fontes radioativas marcadas como Alfa, Beta e Gama. Primeiro, leve a fonte etiquetada como Alfa até o contador. Observe que não tem nenhum efeito reconhecível no contador. Isso não deve incomodar o usuário, pois não há nada de errado com a fonte. Isso significa que o tipo de raio emitido por esta fonte é muito diferente do raio Gama. Nós o chamamos de raio Alfa. Os raios Alfa são facilmente absorvidos em qualquer substância sólida ou mesmo no ar e não conseguem penetrar nos paredes do Contador Geiger.
A fonte marcada como Beta tem efeito sobre o Contador Geiger. Para observá-lo, a fonte deve ser aproximada do Contador Geiger. Obviamente, o raio emitido por esta fonte é mais penetrante do que o raio Alfa, mas ainda assim não é páreo para o poderoso raio Gama. Chamamos esses raios emitidos de raios Beta da fonte Beta. Aprenderemos mais tarde que os raios Beta são simplesmente elétrons de alta velocidade. Por enquanto, porém, concentraremos nossa atenção apenas nos raios Gama.
Pode ser divertido brincar de esconde-esconde com a fonte de raios Gama. Obviamente, este jogo requer duas ou mais pessoas para jogá-lo. A pessoa selecionada para encontrar a fonte de raios Gama recebe o Contador Geiger e é instruída a esperar do lado de fora da sala enquanto os outros escondem a fonte. Então, depois que a fonte foi escondida, o forasteiro é convidado e instruído a procurá-la. Os prêmios podem ser entregues a quem o encontrar no menor tempo possível.


           Quão distante a fonte pode ser detectada?


Vamos ver o quão longe da fonte podemos chegar com o Contador Geiger e ainda detectar a presença da fonte através de uma taxa de contagem aumentada. Para realizar este experimento, coloque a fonte ao ar livre, digamos, no centro de uma grande sala. Em seguida, coloque uma fita métrica em linha reta longe da fonte. Começando a uma distância de seis pés da fonte, faça uma medição da taxa de contagem. Você descobrirá que, a essa distância, a taxa é mais ou menos aquela da contagem de fundo. Agora, mova a fonte 30 centímetros mais perto do Contador Geiger. O tubo do Contador Geiger dentro do Contador Geiger está localizado quase inteiramente sob as palavras “Modelo U239” e este é um excelente local para medição. Podemos então falar da distância entre o contador e a fonte em termos exatos. Mova a fonte em passos de 30 centímetros para mais perto do Contador Geiger. Registre as contagens por minuto para cada distância. Você deve ser capaz de fazer medições de até 15 centímetros do Contador Geiger.
Neste ponto, a taxa de contagem será muito alta. A contagem pode ser superior a 200 contagens por minuto. (As contagens por minuto costumam ser abreviadas para cpm). Você precisa usar um truque para contar tão rapidamente. Em uma de suas planilhas de dados, faça uma grande cruz para que você possa registrar os dados em quatro grupos. Em cada quadrante, ou seção, da cruz, faça um ponto de lápis para todas as contagens ocorridas em um intervalo de 15 segundos. Desta forma, você não precisa continuar contando, mas simplesmente cutucar o papel toda vez que ocorrer um clique ou um flash. Ao dividir os dados em quatro intervalos de 15 segundos, você pode verificar a consistência de sua contagem. À sua vontade, você pode contar o número de pontos em cada quadrante e, com um pouco de prática, poderá contar 200 cpm com razoável precisão.



 
Figura 1-2. Taxa de contagem a várias distâncias da fonte Gama

De cada leitura, subtraia a taxa de contagem de fundo. Seus dados devem aparecer da seguinte forma:
Como a taxa de contagem realmente expressa o número de raios Gama em qualquer ponto, podemos chamar isso de intensidade. Assim, obtivemos dados experimentais sobre a intensidade da radiação Gama (raios por minuto) de uma pequena fonte para várias distâncias desta fonte.
Coletamos dados para várias distâncias. Agora, colocaremos esses dados em numa tabela ou gráfico para que possamos ler a intensidade ou a taxa de contagem a qualquer distância. Para fazer isso, pegamos um pedaço de papel milimetrado, de preferência um pautado com quadrados grandes. Marcamos na escala horizontal as distâncias em pés, que representam a distância que separa a fonte do contador em nosso experimento. Então, na escala vertical, marcamos as unidades apropriadas para a taxa de contagem. Se você não estiver familiarizado com a técnica de traçar pontos em papel milimetrado e não estiver prontamente aparente para você como isso é feito, você pode pedir ajuda ao seu professor de ciências.
Para plotar nossos dados no gráfico, tomamos um determinado conjunto de leituras, digamos 43 cpm a 18 ”. Corremos um lápis ao longo da escala horizontal até encontrarmos 18 ”(1,5 pés). Aqui deixamos uma marca. Em seguida, percorremos uma linha de lápis para cima (paralela à escala vertical), parando em um ponto que é oposto a 43 na escala vertical. Da mesma forma, estabelecemos pontos para os outros conjuntos de dados até que todos os dados sejam plotados. Agora podemos esboçar à mão uma curva suave conectando todos esses pontos.
Agora, você pode estimar a intensidade da radiação Gama em qualquer ponto de quinze a trinta e seis polegadas. É feito assim. De alguma distância aleatória em sua escala horizontal, desenhe uma linha para cima até cruzar a curva. A partir deste ponto, desenhe uma linha paralela à escala horizontal até a escala vertical. Neste ponto da escala, você pode ler as contagens por minuto, que é a contagem aproximada para sua distância aleatória. Assim, lê-se uma intensidade de 15 cpm a uma distância de 2,5 pés. A Figura 1-2 ilustra a relação entre a distância do Contador Geiger à fonte gama e as contagens por minuto (cpm).


       Relação entre intensidade e distância.


O fato mais óbvio a aprender com a curva da Figura 1-2, ou a curva que você desenhou, é que a intensidade (cpm) da radiação gama diminui muito rapidamente com o aumento da distância da fonte. Vejamos um pouco mais de perto a maneira exata como essa intensidade diminui e vejamos se há algum ritmo ou razão para isso. A intensidade em um pé é aproximadamente 100. Se dobrarmos a distância, descobrimos que em dois pés a intensidade cai para cerca de 1/4 de seu valor de um pé. Assim, ao dobrar a distância, diminuímos a intensidade por um fator de 4, ou, dito de outra forma, o número de contagens é 1/4 quando a distância é dobrada. Existem apenas cerca de 1/9 da contagem quando a distância é triplicada. Examine sua curva ou a Figura 1-4 e você verá que isso é verdade. Sempre que uma quantidade se comporta dessa maneira, diz-se que ela obedece à Lei do Quadrado Inverso.
 

 


       Figura 1-3. Entendendo a Lei do Quadrado Inverso

A Lei do Quadrado Inverso é boa para mais do que apenas raios Gama. Aplica-se à radiação emitida por uma luz comum. Você pode realmente ver esse fato pegando um medidor de luz, como o tipo de leitura direta usado por fotógrafos, e fazer leituras da intensidade da luz em várias distâncias de uma lâmpada. Você deve descobrir que as observações confirmarão sua experiência com os raios Gama.
Olhando para a Figura 1-3, você pode ver um pouco mais claramente como a Lei do Quadrado Inverso funciona. Temos uma fonte localizada em S. A alguma distância arbitrária que chamaremos de X, medimos as contagens ou a intensidade da radiação. Digamos que 100 raios passem pela área a uma distância X da fonte. Agora, olhando para a próxima área que é 2X, ou duas vezes mais longe da fonte que a primeira área, vemos que ela tem uma área 4 vezes maior que a primeira área.
Como os 100 raios ainda estão irradiando na mesma direção, descobrimos que os 100 raios estão passando 4 vezes a área, enquanto em qualquer pequena porção dessa área há apenas 1/4 dos raios de antes. Portanto, pode-se concluir que, à medida que a distância é dobrada, a intensidade, ou o número de raios que passam pela mesma quantidade de espaço, é dividida por quatro ou 1/4 disso. A mesma situação prevaleceria se a distância fosse triplicada, exceto que haveria 3 vezes ao quadrado ou 9 vezes a área e a intensidade seria dividida por 9 ou ser 1/9 da intensidade original.


                  Mais sobre os raios Gama


O experimento que fizemos com raios Gama pode não produzir os mesmos dados para todos os observadores. Para verificar esta afirmação, tente fazer o mesmo tipo de medição variando as condições locais. Execute o experimento primeiro em um piso de concreto. Em seguida, apoie sua fonte em duas caixas de papelão para fazer o experimento no ar, longe de materiais pesados como concreto. Você observará diferenças e elas dependerão precisamente de quais objetos sólidos estão próximos da fonte Gama e do Contador Geiger. Os raios Gama podem penetrar no concreto e também são espalhados pelo concreto.
 

                   Absorvendo os raios Gama
 

Até agora investigamos o efeito que a distância da fonte ao contador tem sobre a taxa de contagem. Agora, vamos voltar nossa atenção para o problema de ver que efeito vários materiais têm sobre a taxa de contagem. Um dos materiais mais comuns que geralmente se tem em casa é a madeira, portanto, devemos usá-lo em nosso primeiro experimento de medição da absorção de raios Gama.
Para este experimento, será mais útil selecionar pedaços de madeira (se a madeira não estiver disponível, você pode usar livros) com uma polegada de espessura e maiores do que a largura e a profundidade do Contador Geiger. Configure o equipamento conforme mostrado na Figura 1-4. Primeiro, sem placas de madeira entre o contador e a fonte, meça a taxa de contagem e coloque este valor em seu caderno como mostrado abaixo:

                 
 

                                                            
Figura 1-4. Como o experimento de absorção de raios Gama é configurado
Figura 1-5. Gráfico mostrando como a espessura da madeira afeta a intensidade 

Em seguida, insira um pedaço de madeira e meça a taxa de contagem com cuidado. Repita esta medição para cada pedaço de madeira adicionado até que finalmente a taxa de contagem seja tão baixa que é quase igual à contagem de fundo.
Ao inspecionar as várias taxas de contagem, podemos ver que a intensidade dos raios Gama diminui drasticamente. Para sermos mais científicos, temos que recorrer a meios gráficos de representação dos dados que obtivemos.

A Figura 1-5 mostra como construímos um gráfico simples. A escala horizontal representa a espessura da madeira usada como absorvedor. A escala vertical mostra a taxa de contagem. Como antes, traçamos cada conjunto de pontos no gráfico, lembrando que devemos usar a taxa de contagem corrigida, ou seja, as contagens medidas por minuto menos a contagem de fundo. Quando temos a sequência de pontos localizada no gráfico, desenhamos uma linha contínua através deles, conforme mostrado na Figura 1-5.
Você pode descobrir que seus pontos, se conectados por uma série de linhas retas, formariam uma curva bastante irregular. Isso se deve à incerteza em cada medição mais os efeitos devido ao espalhamento dos raios Gama. Você pode evitar essa dificuldade desenhando uma curva suave no gráfico que parece se aproximar de todos os pontos.

 

                                                        Meia Espessura


Agora que temos uma curva plotada, podemos selecionar no gráfico a intensidade para qualquer espessura de madeira ou podemos determinar qual espessura de madeira é necessária para reduzir a intensidade inicial (sem absorvedor) em uma determinada quantidade. A espessura do material absorvente que apenas reduz as contagens por minuto em 1/2 é chamada de meia espessura. Examine a Figura 1-5 e você notará que o número de contagens por minuto é reduzido à metade em uma espessura de material absorvente de cerca de dez centímetros. Verifique o gráfico que você fez e determine a metade da espessura do material que você usou como absorvedor.
Embora você possa não ter percebido ao fazer o experimento de absorção, é importante manter a fonte e o instrumento a uma distância fixa um do outro. Se alguém fizesse o experimento simplesmente colocando o absorvedor entre o contador e a fonte, nenhuma relação simples entre a espessura do absorvedor e a intensidade seria obtida. Cada vez que um novo absorvedor seria adicionado ao sanduíche, a distância relativa e, portanto, a taxa de contagem seria alterada. O tamanho do próprio absorvedor tem alguma influência na intensidade observada, pois parte da radiação é espalhada e introduz um efeito complicador.
À medida que um raio Gama passa zunindo pela matéria, ele desconsidera completamente os átomos da matéria pela qual está passando, isto é, até que finalmente colida com um único átomo. Em seguida, ele entrega toda a sua energia a um elétron neste átomo. Com isso, o elétron é interrompido rapidamente porque, ao contrário do raio Gama, não desconsidera a influência dos átomos ao seu redor. Quando um raio Gama é emitido pela fonte Gama, ele pode percorrer uma fração de polegada na madeira ou pode percorrer todas as doze polegadas. Em média, considerando o comportamento da massa de milhares de raios Gama, há uma probabilidade maior, entretanto, de que os raios Gama sejam interrompidos nas primeiras camadas do absorvedor.


 
 
Figura 1-6. Comparando materiais diferentes como absorvente. Mostradas acima estão as meias-espessuras de madeira, água, alumínio, ferro e chumbo. Assim, 3/4 de polegada de ferro absorvem tanta radiação Gama quanto 4 polegadas de água.

            Diferentes tipos de absorvedores


Vamos agora ver como outros materiais além da madeira funcionam como absorvedores. Talvez o material mais fácil de se obter seja o ferro ou, em alguns casos, o alumínio pode estar prontamente disponível. Objetos como frigideiras ou outros utensílios de cozinha são bons exemplos. Outros materiais obtidos com os quais você pode experimentar são estanho, vidro, louças, borracha, plástico, tecido, papel, areia, tijolo, chumbo, latão e assim por diante.
Usando absorventes de qualquer material que você possa obter, repita o experimento de absorção. Como antes, plote seus resultados em um gráfico. Observe que é obtido o mesmo tipo de curva que encontramos para a madeira, mas que o valor da metade da espessura para ferro ou alumínio é muito menor do que para madeira. Se você tiver folhas de chumbo disponíveis, poderá verificar que a metade da espessura é ainda menor para este elemento pesado. Nosso uso da meia espessura é um critério conveniente por meio do qual podemos comparar a absorção de raios Gama em diferentes materiais. Por isso, podemos dizer que uma polegada de madeira equivale a um décimo de uma polegada de chumbo. Em outras palavras, o chumbo absorve os raios gama 10 vezes melhor do que a madeira. Agora, se você tivesse acesso a todos os diferentes elementos comuns e pudesse realizar experimentos com eles, seria capaz de obter meias espessuras para eles e fazer uma comparação gráfica, como é mostrado na Figura 1-6.
Os físicos costumam usar uma unidade abreviada para medir a energia dos raios Gama. Esta unidade é chamada de elétron-volt e, mais frequentemente, uma unidade maior, um milhão de elétron-volts é usada. Isso é abreviado como um MeV. Usaremos esta unidade ao falar sobre raios Gama. Nossa fonte gama do Atomic Energy Lab, por exemplo, emite um raio gama de 1,14 MeV.
A vantagem de ter uma unidade conveniente para falar sobre raios Gama é que não precisamos mais ser tão vagos a ponto de dizer: “Neste experimento, usamos um raio Gama suave. .. “Em vez disso, podemos ser precisos e dizer“ Aqui usamos um raio gama de 0,35 MeV ... ” Quanto maior o MeV de um raio Gama, maior é a sua metade da espessura e maior é o seu poder de penetração. Os raios Gama com energia acima de um MeV são geralmente considerados raios de alta energia.
 

                  Minérios Radioativos


Incluídos no seu Laboratório de Energia Atômica estão quatro garrafas de vidro contendo amostras de minério radioativo. A amostra nº 100 contém alguns pedaços de Carnotita retirados da região do planalto do Colorado. Carnotita é de cor amarela brilhante. Sua amostra, entretanto, pode ser de tom acinzentado ou acastanhado devido à presença de ferro. Consulte seu livreto, 'Prospecção de Urânio, ”para obter mais informações sobre a ocorrência desse minério.
Para fazer uma medição aproximada da radioatividade de sua amostra, coloque o frasco de vidro próximo ao Contador Geiger, localizando-o o mais próximo possível do tubo Geiger. A taxa de contagem que você obterá dependerá da força de sua amostra específica. Deve ser algo entre 35 e 100 contagens por minuto.
Faça o mesmo teste para determinar a radioatividade das outras amostras e registre os dados em seu caderno. Você provavelmente descobrirá que o Carnotita é o mais ativo das amostras com o Autunita sendo o próximo mais radioativo. A torbernita e a uraninita  serão bastante fracos e podem registrar apenas cerca de 50% sobre a taxa de fundo.
Todas essas amostras, exceto o Autunita, foram seladas em garrafas para que você não as abra. A Autunita não é lacrado e você pode remover os pedaços do frasco. As outras amostras foram lacradas porque tendem a lascar e se desintegrar e você corre o risco de ter minério radioativo espalhado em seu laboratório. Isso aumentará o nível da contagem de plano de fundo. A Autunita é suficientemente duro para que não se desintegre facilmente e pode ser manuseado fora do contentor. É bom, porém, colocar pedaços do minério em um saco de papel fino para que pequenos pedaços do minério não contaminem o seu laboratório.
Coloque a Autunita embalada próximo ao Contador Geiger e registre novamente a taxa de contagem. Você deve notar um aumento significativo na contagem. Sua taxa de contagem deve aumentar em cerca de um fator de quatro ou cinco. Como explicamos esse grande aumento? É verdade que espalhamos mais a amostra antiga para que mais perto do Contador Geiger. Isso, no entanto, não seria responsável por um aumento tão grande. Devemos concluir que o minério emite algum tipo de radiação que é absorvida pela espessa parede de vidro de nosso frasco de amostra. Podemos verificar isso deslizando uma placa de vidro entre nosso Contador Geiger e a Autunita e determinando a taxa de contagem novamente. Desta vez, descobriremos que ele cai, mostrando que estávamos corretos ao supor que alguma outra radiação facilmente absorvível está presente. Este tipo de radiação consiste em raios Beta que também são emitidos por nossa fonte Beta.


              Apresentando os Raios Beta


Até agora, nossos experimentos foram principalmente com os raios Gama. Nós deliberadamente evitamos apresentar a fonte Beta para não confundi-lo ao encontrar muitas novas partículas na parte inicial de seus experimentos. Agora descreveremos a radiação Beta muito brevemente, deixando para um capítulo posterior a discussão mais detalhada do assunto.

              Absorção de partículas Beta


Vamos primeiro medir a absorção de partículas Beta em algum material leve, como papelão. Pegue um papelão rígido, não do tipo corrugado, e corte uma dúzia ou mais de pedaços grandes o suficiente para cobrir a fonte Beta. Apoie a fonte Beta colando-a em uma pequena caixa de papel e coloque-a de frente para o lado do Contador Geiger que contém o tubo do Contador Geiger. Coloque o Contador Geiger a cerca de 30 centímetros da fonte. A esta distância, você obterá uma taxa de contagem de cerca de 100 cpm ou mais. Agora coloque um pedaço de papelão após o outro entre a fonte e o contador, fazendo uma leitura para cada absorvedor adicionado. Você descobrirá que uma camada de um centímetro (um pouco maior que 1/3 de polegada) de papelão absorve a maioria dos raios Beta. O dobro de centímetros de papelão absorve os raios Beta completamente. Use a régua de plástico fornecida com o Atomic Energy Lab para mudar de polegadas para centímetros.
Como outro experimento, você pode substituir o papelão por folhas finas de metal e observar que as partículas Beta são completamente interrompidas por pelo menos sete décimos de centímetros de alumínio ou três décimos de centímetros de ferro. A partir disso, podemos concluir que nosso Contador Geiger não seria capaz de detectar os raios Beta se o tubo do Contador Geiger fosse embalado em uma caixa de aço pesada.
Ao trabalhar com seu Contador Geiger e fonte Beta, você pode frequentemente descobrir que um experimento produzirá um resultado intrigante, ou dois experimentos que você acha que deveriam produzir o mesmo resultado produzirão dados inconsistentes. Por exemplo, se você colocar a fonte Beta a uma determinada distância do Contador Geiger e tiver a fonte Beta suspensa no ar de forma que nada sólido esteja perto dela, você pode descobrir que os resultados com o Contador Geiger são consideravelmente diferentes daqueles obtidos com a fonte colocada sobre o tampo de uma mesa ou apoiada em madeira. Além disso, mesmo no ar, o curso de uma partícula Beta não é uma linha reta, mas um caminho irregular. Assim, ao fazer medições de absorção, é importante que você considere onde colocar seu absorvedor em relação à fonte e ao Contador Geiger. Além disso, o tamanho do absorvedor torna-se importante, pois isso afetará a dispersão das partículas Beta.

                         Prospecção de Urânio

Como resultado do desenvolvimento da energia atômica em tempos de guerra, o elemento urânio assumiu grande importância em nossos assuntos nacionais. O urânio é um elemento metálico muito pesado, mas não ocorre na forma metálica na natureza. No entanto, existem mais de 100 minerais que contêm urânio. Eles estão amplamente distribuídos pela face da Terra. No entanto, existem muito poucos depósitos de minério de urânio ricos em urânio. A maior parte do urânio extraído foi retirado de veios de pechblenda localizados da seguinte maneira: Shinkolobwe no Congo Belga, Eldorado no Canadá e Joachimsthal na Boêmia. Nessas localidades, especialmente no Congo Belga, o urânio ocorre em depósitos muito ricos.
Um garimpeiro equipado com um Contador Geiger pode usar seu instrumento como uma ajuda para descobrir depósitos de minério de urânio. Existem, no entanto, algumas dificuldades na prospecção de urânio e você não deve sentir que pode sair e descobrir novos depósitos do precioso minério. Em primeiro lugar, embora o urânio seja um elemento relativamente abundante (classificado com o chumbo em termos de abundância), ele geralmente é encontrado em concentrações muito pequenas, de modo que a detecção é difícil. Em segundo lugar, o minério pode ser coberto com rocha não radioativa, caso em que a radioatividade do próprio minério é sufocada pela absorção nesta rocha. O livreto intitulado "Prospecção de Urânio" incluído em seu Laboratório de Energia Atômica contém detalhes sobre a prospecção de urânio. O livreto é oficial preparado em conjunto pela Comissão de Energia Atômica e o Serviço Geológico dos EUA. Não importa aonde você vá na superfície da Terra, você descobrirá que seu Contador Geiger nunca deixa de ter uma taxa de contagem de fundo estável. Em geral, essa taxa de fundo não varia muito de um lugar para outro, embora, se você estiver perto de um depósito de pechblenda a taxa vai aumentar. Se não considerarmos um caso especial, sabemos que o fundo é normalmente bastante constante. Deve ser devido à radiação nas imediações do contador.
Suponha que listemos as várias fontes de radiação que podem causar cliques no Contador Geiger:


1) Sabemos que a radioatividade na terra bombardeia o contador.

2) Sabemos que os materiais de construção contêm uma pequena fração de substâncias radioativas que também contribuem para a taxa de contagem.
3) Sabemos que os materiais no próprio Contador Geiger são ligeiramente radioativos e dão origem a contagens.
4) Finalmente sabemos que existe uma pequena quantidade de material radioativo no ar e nos seres humanos que pode contribuir para a taxa de contagem.

                          Blindagem


Para eliminar algumas dessas fontes de radioatividade, vamos cercar o Contador Geiger com camadas de substâncias pesadas por todos os lados. Deixe o cabo dos fones de ouvido sair de um lado do material de proteção para que a taxa de contagem possa ser medida. O chumbo é uma substância ideal para você usar neste experimento, mas como você pode não ter isso em sua casa, você pode substituí-lo por outro material, como ferro ou cobre. Se você mora em um apartamento e não tem esses itens à mão, pode realizar o experimento em seu laboratório de ciências na escola. Proteger o contador em todos os lados com uma ou duas polegadas de chumbo sólido, ou com uma camada mais espessa de material menos denso, reduziria a radiação de fontes nas proximidades do contador. É claro que não protegeria contra os materiais radioativos no próprio contador, mas podemos facilmente mostrar, usando outro Contador Geiger, que a radioatividade do próprio instrumento é muito pequena.
Faça uma medição cuidadosa da taxa de contagem com o escudo no lugar. Conte por pelo menos 10 minutos para obter uma boa taxa média. Em seguida, faça uma medição semelhante da taxa de contagem - sem proteção ao redor do contador. Você deve obter uma diminuição definitiva na taxa de contagem quando a blindagem está em vigor. A quantidade exata da diminuição dependerá da quantidade ou tipo de blindagem, mas em geral uma blindagem espessa em todos os lados deve diminuir a taxa de contagem em cerca de um terço.
Uma vez que reduzimos com sucesso o efeito da radiação dos arredores, temos razão em perguntar o que o Contador Geiger registra quando está blindado. Alguém pode suspeitar que a radioatividade no material de proteção pode ser a culpada, mas sabemos por experiência que o chumbo não é radioativo, então podemos eliminar isso como um fator contribuinte. Então, o que resta como causa dos cliques restantes no Contador Geiger?

Evidentemente, a radiação que continua a fazer o Contador Geiger clicar, mesmo com camadas muito pesadas de chumbo ou ferro ao seu redor, é muito mais penetrante do que os raios emitidos por nossas fontes radioativas. Cientistas, como Robert A. Millikan e Arthur H. Compton, dedicaram grande parte do trabalho de sua vida ao estudo desses raios muito penetrantes que chamaremos de Raios Cósmicos . Esses raios são bastante diferentes em sua natureza dos raios Gama. Na verdade, são partículas subatômicas que viajam em alta velocidade. Essas novas partículas são chamadas de Mésons, embora o nome Mesotron também seja usado às vezes.
 


Figura 1-7. Jovem garimpeiro aproxima o contador Geiger de uma formação rochosa para testar a radioatividade


               Contando no topo da montanha
 

Como primeira experiência, podemos subir ao topo de uma montanha. Uma colina ou uma pequena elevação não bastam. A montanha deve ter mais do que alguns milhares de metros de altura para obter um efeito perceptível. Alguns de vocês podem ir para as montanhas no verão. Em caso afirmativo, leve seu Contador Geiger e ele também será útil para prospecção. Antes de iniciar a viagem, verifique a taxa de contagem no ponto de partida ou no nível do mar, se possível. Conforme você sobe nas montanhas, verifique a taxa de contagem em cada elevação. Em Denver ou em locais igualmente elevados, você notará que a taxa de contagem é consideravelmente mais alta do que ao nível do mar. Conforme você avança para altitudes ainda maiores, a taxa aumenta mais rapidamente.
 



Figura 1-8.  Curva de decaimento radioativo

Todos os átomos radioativos obedecem a algum tipo de regra de decaimento, diminuindo sua atividade em 50% no final da primeira meia-vida e em outros 50% no final da segunda meia-vida. Assim, uma curva se aplica a todos os átomos, sejam eles de vida longa ou muito curta. Para maior clareza, foi incluído um conjunto de valores para césio-134 com meia-vida de 3 horas.
Todos os átomos radioativos obedecem ao mesmo tipo de regra de decaimento, diminuindo sua atividade em 50% no final da primeira meia-vida e em outros 50% no final da segunda meia-vida. Assim, uma curva se aplica a todos os átomos, sejam eles ou longa ou muito curta. Para maior clareza, foi incluído um conjunto de valores para césio-134 com meia-vida de 3 horas.


                                           Contagem em avião

A aeronave comercial moderna costuma viajar em altitudes bastante elevadas, especialmente em viagens de qualquer duração. Se acontecer de você fazer uma viagem aérea, certifique-se de levar seu Contador Geiger junto. Você pode perguntar à aeromoça as várias altitudes conforme o avião sobe ou mergulha e talvez o capitão permita que você visite a cabine, onde poderá ler a altitude por si mesmo. Tenha cuidado ao fazer suas medições para obter uma leitura de fundo no nível do mar, pois muitas aeronaves possuem vários mostradores radiantes no painel de instrumentos e, em menor grau, em toda a cabine. Você notará que em grandes altitudes a contagem é bastante alta. Este aumento na taxa de contagem é devido aos raios cósmicos.
 


Figura 1-9. Experimentando com o contador Geiger

                         Meia-vida

Outro termo importante que é frequentemente usado em física nuclear é meia-vida . A Figura 1-8 curva de decaimento, ilustra o significado da meia-vida. A meia-vida de um material é o período de tempo em que metade da quantidade inicial do material radioativo terá desaparecido. Assim, levará 4,5 bilhões de anos para que 100 átomos de U-238 se decomponham, restando apenas 50. No final de mais 4,5 bilhões de anos, apenas 25 dos 100 átomos U-238 iniciais estarão presentes.
Algumas substâncias radioativas têm meias-vidas muito curtas. Por exemplo, na série do urânio, o rádio C ' tem o valor de 1/6000 de segundo. Por outro lado, o telúrio 130 tem meia-vida de 1,56 trilhão de anos.
A grande gama de valores de meia-vida de bilhões de anos a bilionésimos de segundo é colossal. No entanto, o mesmo comportamento no que diz respeito à decadência é observado pelos átomos vivos mais longos e os mais curtos. Consideremos como caso específico um emissor radioativo com meia-vida de 3 horas. Visto que vamos lidar com números muito largos de átomos, não é conveniente falar em um milhão ou um bilhão de átomos, pois essas unidades seriam, em muitos casos, muito pequenas para nossos propósitos. Um único grama de rádio emite 37 bilhões de partículas alfa por segundo e os físicos optaram por usar esse valor como um padrão e dar-lhe o nome de um curie em homenagem aos descobridores do rádio.
Unidades menores são o mille curie (abreviado como mc) e o micro curie (µc) correspondendo a 1000 e 1000000 de um curie, respectivamente. Mais adiante, exploraremos mais a fundo o significado dessa unidade de radioatividade, mas, por enquanto, devemos pensá-la meramente como uma unidade que nos diz quanta radioatividade existe em uma amostra de material.

 


Figura 2.2. Vista da base da câmara de nuvem de Gilbert

                                                           Seção II
          Vendo com a câmara de Nuvem

De todos os instrumentos atômicos, a Gilbert Cloud Chamber é o mais impressionante em sua capacidade de mostrar a natureza da radioatividade. Você pode se perguntar por que esperamos até agora para discutir seu uso. A razão para isso é que queríamos apresentar a você os raios Gama primeiro, antes de passar a descrever outros tipos de raios. Acontece que a Câmara de Nuvem não mostrará trilhas de raios Gama.
Aqui está a Câmara de Nuvem montada.
 



Figura 2-1. Câmara de nuvem de Gilbert pronta para operar

 1) Disponha alguns jornais ou uma folha de plástico em uma mesa plana para servir como um espaço de trabalho. Os papéis protegerão os móveis caso respingue álcool ou tinta. Sobre a mesa, coloque a base de alumínio da Câmara de Nuvem (a placa redonda com as três pernas).
2) Fixe o bloco de montagem de borracha (com a borda cilíndrica colocada para cima) na parte inferior da base. (Veja a Figura 2-2.)
3) Insira o tubo de metal no bloco de montagem de borracha com a extremidade longa do tubo para cima. (Veja a Figura 2-2.)
4) Ao tubo que se projeta da parte inferior da base, prenda a extremidade desencapada do fio preto e o tubo de plástico e o bulbo de borracha. Certifique-se de que todas as conexões estejam firmes, pois elas devem reter o líquido sem vazar. (Veja a Figura 2 -2.)
5) Coloque a rolha grande no gargalo do frasco de vidro. Umedeça a extremidade do tubo de metal que se estende através da base e aperte suavemente a tampa de borracha (no frasco de pirex) sobre o tubo de metal com um movimento suave.Certifique-se de umedecer o tubo ou você achará muito difícil apertar o frasco sobre o tubo. Certifique-se de que o frasco agora esteja bem seguro na base e que a conexão esteja firme. (Veja a Figura 2-3.)
6) Agora remova a tampa do topo do frasco e, usando o pequeno funil fornecido com o laboratório, despeje no orifício superior do frasco aproximadamente meio litro de álcool isopropílico. Qualquer marca de álcool isopropílico, exceto álcool aromático, é satisfatória. A solução a 70% conhecida como álcool isopropílico fornece os melhores resultados. Um litro de álcool deve encher a câmara até o nível do orifício lateral do frasco.

Figura 2-3. Protegendo o frasco da câmara de nuvem

 
Figura 2.4. Conjunto de energia Gilbert Dri-Electric com suporte de lâmpada


7) Pressione o bulbo de borracha cinza várias vezes para eliminar o ar do sistema e verifique se há vazamentos em todas as conexões. O álcool pode prejudicar certos acabamentos de móveis, portanto, deve-se tomar cuidado ao usá-lo. Quando você pressiona o bulbo cinza, o álcool pode ser forçado acima do nível do orifício lateral; para proteger contra vazamentos, force a tampa de borracha (que vem fixada no frasco) firmemente no orifício na lateral do frasco.
8) Agora adicione algumas gotas de tinta preto-azulada ao álcool. Você pode fazer isso usando uma caneta-tinteiro. Insira-o no topo do frasco. Deve ser adicionada tinta suficiente para colorir o meio líquido de azul. A tinta comum é satisfatória para esse propósito.
9) Recoloque a tampa no topo da câmara.

10) Monte o sistema de iluminação conforme mostrado na ilustração. (Veja a figura 2-1.) Tome cuidado para umedecer os anéis isolantes de borracha antes de tentar forçar as pernas de alumínio no lugar. Alinhe as luzes de modo que o centro da caixa das luzes fique quase no nível do líquido. Ajuste as caixas de luz de modo que ambas as luzes fiquem voltadas para o centro da câmara.
11) Conecte os dois fios pretos do invólucro da luz a um terminal do Dri-electric Power Pack. Em seguida, conecte os fios amarelos ao outro terminal. (Veja a figura 2-4). Ambas as luzes devem estar acesas e você pode reajustar os feixes de luz para que a câmara fique totalmente iluminada.
12) O único item a ser conectado é o Deionizer. Conecte o cabo vermelho do Deionizador à projeção de metal no tampão de borracha do frasco. Conecte o cabo preto da parte inferior da base da Câmara de Nuvem na abertura preta na lateral do deionizador. Agora conecte o plugue de serviço em uma tomada doméstica e a Câmara de Nuvem está pronta para operar.

Agora que você tem tudo em ordem, aperte o bulbo de borracha cinza, forçando o líquido a subir na câmara. Faça isso bem devagar, pressionando o bulbo para baixo com um movimento constante. Caso contrário, você fará com que o líquido espirre violentamente e isso não é desejável. Um pouco de prática permitirá que você controle a compressão da câmara de forma constante. Dizemos “compressão” porque, ao forçar o líquido para dentro do frasco, o ar aprisionado é forçado para um espaço menor e, portanto, é comprimido. Quando você libera o bulbo rapidamente, o nível do líquido cai e o gás se expande.
Se você apertar o bulbo de borracha, aguarde um momento para que o líquido não se mova mais e, em seguida, solte o bulbo, verá que uma névoa fina ou neblina preenche o espaço de ar na câmara. Observe como a névoa desce graciosamente. Se você não observar qualquer formação de névoa, certifique-se de duas coisas. Primeiro, certifique-se de fazer uma pausa após apertar o bulbo. Em segundo lugar, pode acontecer que você não tenha apertado o bulbo com firmeza suficiente. Tente fazer isso e se depois de várias tentativas você ainda não produzir névoa, provavelmente é porque você não tem líquido suficiente na câmara. Adicione algumas onças de álcool à câmara e deverá ser capaz de produzir névoa.
Se as duas rolhas de borracha na parte superior e lateral do frasco de vidro estiverem tão soltas que o ar sairá quando você apertar o bulbo, você nunca obterá o funcionamento adequado do instrumento. Para corrigir isso, umedeça as rolhas e gire-as firmemente no frasco.

Por que a névoa se forma na Câmara de Nuvem? O nevoeiro é produzido na câmara exatamente pela mesma razão que é produzido ao ar livre. Minúsculas gotas de água condensam-se em partículas invisíveis de poeira. No caso da Câmara de Nuvem, a expansão do ar causa resfriamento e o ar contém tanto vapor de água (na forma invisível) que a menor perturbação faz com que esse vapor se condense em pequenas gotas de água que são então visíveis como névoa. Partículas muito pequenas de sujeira e poeira no ar serão perturbação suficiente para que o vapor d'água se condense nessas partículas minúsculas. Isso é o que acontece na Câmara da Nuvem quando você a comprime e expande.
No caso de haver materiais radioativos, como o fio ativo que está na câmara de Gilbert, lançando radiações para o gás, então haverá átomos quebrados ou íons presentes que também iniciarão a formação de névoa. Se os íons passarem por um caminho, a névoa se formará ao longo do caminho e o tornará visível, mostrando-nos onde um raio radioativo passou pelo frasco uma fração de segundo antes. Isso se parecerá com as trilhas de vapor que os aviões que voam alto às vezes produzem em um céu claro.

 

             Experimentos com a névoa


Antes de iniciarmos nossos experimentos com rastros de partículas na névoa, vamos ver o que podemos aprender sobre a própria névoa. Primeiro, vamos mostrar que as partículas nas quais a névoa se forma realmente não podem ser vistas. Para fazer isso, expanda a câmara várias vezes até que a névoa fique mais fina e você possa distinguir distintamente as linhas em espiral dentro da névoa conforme ela cai em direção à superfície do líquido. Agora expanda a câmara, causando a formação de névoa, e então, antes que a névoa desapareça, comprima a câmara novamente até que toda a névoa desapareça. Em seguida, solte o bulbo de borracha e observe que a névoa que é vista se forma ao longo das mesmas linhas ondulantes de antes. Claramente, essas partículas invisíveis devem estar na câmara quando não houver névoa. Nosso experimento captura as partículas invisíveis e as torna visíveis por meio da formação de gotículas nelas.
 


Figura 2-5. Detalhe das trilhas Alfa na câmara de nuvem Gilbert. As partículas Alfa estão viajando a 15000 km/s.

Também podemos usar nossa câmara para produzir ar super limpo. Para fazer isso, esprememos o bulbo várias vezes, permitindo que a névoa caia no líquido após cada compressão. Pouco a pouco, o nevoeiro vai ficando mais fino e depois de algum tempo não vai mais se formar. Nesse momento, o ar acima da superfície do líquido estará super limpo, muito mais limpo do que o ar que você pode encontrar nos dias mais claros.
Outro truque que podemos fazer com a câmara é fazer as cores do nascer e do pôr do sol. Todo mundo, em algum momento ou outro, ficou maravilhado com a exibição deslumbrante das cores do nascer e do pôr do sol. Essas cores ficam ainda mais bonitas quando aparecem nas nuvens perto do horizonte. As minúsculas gotículas de água que formam as nuvens espalham os raios de luz e produzem muitos matizes. Você pode fazer essas cores do pôr do sol em uma escala muito pequena em sua Câmara de Nuvem. Espie para dentro da câmara de modo que você olhe quase diretamente para uma das luzes, então empurre a lâmpada completamente e observe as cores produzidas na névoa. Melhores resultados podem ser obtidos se você usar apenas uma pilha para alimentar as lâmpadas.

 

             Rastreando as partículas Alfa
 

Fixe a posição do fio radioativo movendo ligeiramente a rolha de borracha, para um lado ou para o outro; certifique-se de que a ponta do fio aponta para cima e está nivelada com a superfície do álcool quando o bulbo é comprimido. Pressione e solte rapidamente o bulbo de borracha várias vezes; isso servirá para limpar a câmara e deixá-la pronta para operação. Pressione o bulbo de borracha. Pressione o botão preto no deionizer e segure-o por um momento. Solte o botão de pressão e solte rapidamente o bulbo de borracha. Observe as faixas brancas densas que se projetam radialmente do fio. (Veja a Figura 2-5.)
A obtenção de bons rastros é feita com mais cuidado do que simplesmente fazer neblina na câmara. Você terá que tentar algumas vezes antes de se tornar proficiente em fazer trilhas Alfa. Depois de fixar a posição da fonte Alfa (o fio radioativo no frasco) de modo que nem muitas nem poucas partículas sejam lançadas no espaço de ar do frasco, você pode alterar a quantidade de compressão dada ao ar apertando o bulbo de borracha. Ao elevar a extremidade do fio radioativo, você pode permitir que mais partículas Alfa escapem para o espaço aéreo.

Nossa fonte, o fio radioativo, emite cerca de 740 partículas Alfa por segundo. Nem todos escapam da superfície do fio e muitos são absorvidos no líquido, de modo que, quando a câmara é expandida, você vê apenas algumas das muitas partículas disparadas a cada segundo da fonte.

             As partículas Alfa vêm do fio?


Se você duvida que as partículas Alfa realmente são disparadas pelo fio radioativo, você pode ver facilmente que isso é verdade realizando um experimento muito simples. Neste ponto de sua experimentação, você deve desenvolver uma atitude inquiridora com a qual pensa sobre as experiências antes de serem escritas como um livro de receitas.
Quando você tiver dúvidas sobre a afirmação de que as partículas Alfa realmente vêm da fonte (fio radioativo), você deve se perguntar: Quais são os fatos
que eu tenho para provar esse ponto? Primeiro, você sabe, por meio de nossos experimentos, que as trilhas Alfa parecem começar na ponta do fio. Em segundo lugar, você sabe que quando mais o fio é exposto, mais trilhas Alfa aparecem no frasco. Como um experimento final, você pode cobrir completamente o fio com líquido. Ao fazer isso, todas as trilhas Alfa devem desaparecer da câmara.
Você pode tirar outra conclusão do experimento que acabou de realizar. Como você permitiu que apenas uma fina camada de líquido ficasse entre o fio do espaço aéreo, você pode ver que as partículas Alfa são facilmente absorvidas no líquido.

             O alcance das partículas Alfa


Uma coisa é dizer que as partículas Alfa são facilmente absorvidas na matéria, e outra é descrever essa absorção para que todos possam falar sobre a mesma coisa. Vamos ver como podemos ser capazes de definir as unidades nas quais a absorção Alfa pode ser medida, ao expandir sua câmara e observar as trilhas das partículas Alfa, a primeira coisa que você notará é sua retidão. Se observarmos as trilhas Alfa com muito cuidado, veremos que as trilhas realmente terminam no gás da câmara. Ajuste sua fonte Alfa (fio radioativo) de forma que fique bem acima do nível do líquido e observe que as muitas trilhas se projetam como os espinhos de um porco-espinho e, como esses espinhos, todos têm aproximadamente o mesmo comprimento. A maioria dos rastros parece alcançar cerca de meia polegada da parede do frasco de vidro. Se estimarmos a distância que cada trilha cobre, descobriremos que é cerca de 1-1/2 polegadas.
Como todas as trilhas parecem ter aproximadamente o mesmo comprimento, podemos agora adotar como nossa unidade de medida para a absorção de partículas Alfa o número de centímetros que a partícula viaja antes de parar; chamamos essa distância de alcance da partícula Alfa.

          Absorvendo partículas Alfa em um sólido


Este experimento requer um pouco de habilidade de sua parte, mas você deve ser capaz de realizá-lo sem muitos problemas.Tentaremos mostrar que as partículas alfa disparadas pelo fio radioativo não conseguem atravessar nem mesmo uma folha muito fina de papel alumínio.
Para fazer a folha, escolha adequadamente a folha metálica ou de alumínio mais fina que você possa encontrar e, a seguir, molde-a ao redor da ponta de uma agulha grande de modo que ela forme uma tampa que possa ser deslizada sobre a ponta do fio radioativo. Faça a tampa com cerca de meia polegada de comprimento e deslize-a suavemente sobre a extremidade do fio radioativo da Câmara de Nuvem. Agora coloque-o cuidadosamente de volta na câmara e ajuste a ponta como antes. Expanda a câmara várias vezes e veja se consegue notar alguma partícula Alfa. Nenhuma partícula Alfa deve ser capaz de passar pela tampa metálica. Seu experimento prova que mesmo uma folha muito fina absorve com eficácia as partículas Alfa.
Uma palavra de cautela ao lidar com a fonte Alfa da Câmara de Nuvem neste experimento. Não quebre a ponta nem danifique o fio radioativo. Ao deixar o equipamento por qualquer período de tempo, certifique-se de que esta fonte seja mantida na Câmara de Nuvem.

 

           Fotografia na câmara de nuvem


As fotos geralmente são tiradas com uma grande Câmara de Nuvem da variedade ilustrada na Figura 2-6. A Câmara de Nuvem mostrada é muito maior do que o tipo Gilbert e tem forma cilíndrica. No topo do aparelho está um cilindro de vidro que serve como câmara de expansão. O equipamento mostrado abaixo da câmara é usado para expandir a câmara e controlar esta expansão.
Normalmente colocamos luzes muito fortes ao redor da câmara e um mecanismo para piscar essas luzes por uma fração de segundo, apenas alterando a câmara, é expandido. Uma câmera então fotografa a imagem das trilhas. Ainda outro tipo de câmara de nuvem é mostrado na Figura 2-7.
Construída na Universidade de Minnesota, esta câmara retangular é uma maravilha de engenhosidade, pois opera suspensa em enormes balões que voam até 30.000 metros acima do nível do mar. Aqui, no feliz campo de caça aos raios cósmicos, este equipamento realiza um grande número de operações e fotografa os raios cósmicos que passam pela câmara. Mais tarde, o equipamento salta de paraquedas na terra abaixo, e o filme na câmera é revelado para mostrar os rastros dos tipos de raios que existem 20 milhas acima na estratosfera.
Na Figura 2-7, você notará que há um Contador Geiger colocado acima da câmara. Embora você não possa vê-lo, há também outro abaixo da câmara e esses dois formam um telescópio que serve como um cão de guarda para detectar quando um certo tipo de raio cósmico passa pela câmara. Quando o Contador Geiger detecta um raio, ele aciona a câmera e uma fotografia é tirada do raio enquanto ele passa pela câmara.

 


Figura 2-6. Uma Câmara de nuvem moderna para pesquisa. A foto mostra uma câmara cilíndrica em uso na Universidade de Columbia. Veja o texto para detalhes. Foto cortesia da Columbia University


Figura 2-7. Uma câmara de nuvem para uso na estratosfera. O aparelho é totalmente automático e usa um contador telescópio Geiger para "disparar" a expansão. Quando lançado na gôndola de um balão, o equipamento é lacrado em uma esfera de alumínio com cerca de 4 pés de diâmetro.
Foto cortesia do Departamento de Física da Universidade de Minnesota

        Trilhas de Betas na câmara de nuvem

É necessário alguma habilidade para ajustar sua Câmara de Nuvem Gilbert para que você tenha a quantidade certa de líquido e a expansão certa para produzir bons e nítidas trilhas Beta. Trilhas Alfa (como você sem dúvida descobriu) são fáceis de ver na câmara. Gire a rolha de borracha que mantém a fonte Alfa de modo que a fonte Alfa seja submersa no líquido. Em seguida, monte sua fonte Beta na parede de vidro da câmara usando um pouco de fita adesiva. Veja se você pode detectar as trilhas Beta. Experimente também a fonte Beta a uma distância de cerca de 30 cm e nivelada com o líquido. Muitas das partículas Beta serão absorvidas na parede de vidro da câmara, mas, uma vez que nossa fonte Beta produz raios muito energéticos, você pode ter certeza de que um grande número passa para a câmara. Não fique muito desapontado se você não ver as trilhas de Betas. Será uma conquista se você fizer isso.
Você pode tornar as trilhas de partículas mais visíveis "aumentando" a luz na câmara. Uma maneira de fazer isso é pegar um par de lâmpadas de farol de automóvel e colocá-las no lugar das lâmpadas de sua lanterna. (Isso requer uma bateria de 6 volts .) Em vez de mantê-los ligados o tempo todo, você pode colocar um interruptor no circuito da lâmpada para que as acenda quando a câmara for expandida.


                            Seção III
 

        Detecção de partículas eletricamente


Até agora, usamos o Contador Geiger e a Câmara da Nuvem para rastrear partículas nucleares. Nosso rastreamento se concentrou na partícula Alfa e no raio Gama. Descobrimos que a partícula Alfa, apesar de sua alta energia, é facilmente absorvida em alguns centímetros de ar ou em uma folha de papel. O raio Gama é capaz de penetrar em grandes espessuras de material, passando pela maioria dos livros sem dificuldade. Nesta seção, usaremos um novo instrumento chamado "Eletroscópio". Com ele, exploraremos novamente a partícula Alfa e o raio Gama e, além disso, investigaremos o raio Beta em maiores detalhes.
Sabemos, por experiência anterior, que a partícula Alfa separa os elétrons dos átomos neutros e os converte em íons. Esses íons, ou átomos eletricamente carregados, normalmente encontrariam outros elétrons vagando no gás e se recombinariam para formar átomos neutros novamente. Mas se tivermos um Eletroscópio, com uma câmara de ionização na qual existe um eletrodo coletor para atrair os íons, eles correrão em direção a esse fio tão rápido que a maioria deles não terá tempo de pegar nenhum elétron e se tornar neutro. Essa corrida de íons pelo ar da câmara de ionização forma o que chamamos de corrente deionização .

 

Figura 3-1. Fotografia de garoto ajustando o eletroscópio 

                           Operando o Eletroscópio

Para operar seu eletroscópio, conecte os dois fios aos terminais Gilbert Dri-Electric Power Pack. (Veja a Figura 3-1.) Isso acenderá uma pequena lâmpada sob a base da câmara e permitirá que você veja a tela dentro do tubo preto fino. Você provavelmente verá apenas as divisões graduadas na escala. Segure o botão preto atrás do tubo de visualização e mova-o até que uma imagem fina da agulha da câmara de íons cruze o campo de visão. (Veja a Figura 3-2.) Mova o botão muito lentamente no início até ganhar experiência em reconhecer a imagem e movê-la pelo campo. (Veja a Figura 3-3.) Em seguida, gire o botão de carregamento continuamente até que o filamento esteja à direita do zero na escala. Agora gire o botão na direção oposta para trazer o filamento a zero. Um ligeiro recuo do botão interromperá o movimento do filamento. Agora você carregou o Eletroscópio com cerca de 200 volts.
Ajuste a agulha de forma que ela permaneça na marca zero. Você pode descobrir que a agulha nem sempre é claramente visível ao longo da escala. Agora traga a fonte Alfa para baixo da câmara e, usando um relógio de pulso, observe quanto tempo leva para a agulha se mover na escala. (Veja a Figura 3-4.) Quanto mais forte a fonte Alfa, mais rapidamente a agulha oscilará. Assim, o Eletroscópio pode ser usado para medir a radioatividade Alfa.

 



Figura 3-2. Vista em corte do Eletroscópio
Figura 3-3. Agulha e escala do Eletroscópio


 

Figura 3-4. Fonte Alfa sob o Eletroscópio

                  Experimentos com o Eletroscópio
 

Primeiro, vamos descobrir como o Eletroscópio se comporta sem nenhum material radioativo por perto. Ajuste a agulha do Eletroscópio para que fique em zero. Observe a hora em seu caderno. Em seguida, siga o curso da agulha à medida que ela se move ao longo da escala. Registre a posição da agulha a cada poucos minutos. A taxa de deriva das agulhas deve ser muito lenta. Deve levar várias horas para percorrer todo o caminho através da escala. Pode acontecer, entretanto, que sua taxa de deriva seja apreciável. Agora, sempre que você fizer uma medição com uma fonte radioativa, você deve subtrair a taxa de deriva de sua leitura. Você pode, é claro, deixar seu instrumento de lado até um dia menos úmido, quando a taxa de deriva será baixa.
Nas seções a seguir, descreveremos os experimentos que você pode realizar com suas fontes Alfa, Beta e Gama. Ao realizar essas medições, é bom ter em mente a diferença entre um Contador Geiger e um Eletroscópio. O Contador Geiger opera com a passagem de um único raio. O Eletroscópio, por outro lado, não conta cada partícula, mas opera devido à ionização produzida no Eletroscópio pela radiação. Os raios Alfa produzem a ionização mais forte e, portanto, o Eletroscópio é muito sensível a esses raios. Os raios Beta são ionizadores menos poderosos e o Eletroscópio é menos sensível a eles. O Eletroscópio é apenas ligeiramente sensível à medição de raios Gama, que têm um poder ionizante muito baixo.


                        O alcance das partículas Alfa
 

A partir de nossos experimentos com a Câmara de Nuvem, sabemos que a distância máxima (alcance) que uma partícula alfa percorre no ar é inferior a duas polegadas. Para medir o alcance das partículas Alfa no ar por meio do Eletroscópio, configure seus instrumentos de acordo com a Figura 3-5. Sua escala de plástico, com marcas de divisão em centímetros e polegadas, deve ser fixada na caixa ou suporte que contém a fonte Alfa, de forma que a ponta zero centímetro apenas toque a tela do Eletroscópio.
O suporte é nivelado de forma que a fonte alfa fique alinhada com seu centro alinhado com o eletrodo coletor. (O eletrodo coletor é um pequeno fio que você pode ver olhando para a parte de baixo do Eletroscópio.) Desta forma, o instrumento fica deitado de lado com o tubo do Eletroscópio voltado para cima. Você notará que a escala do Eletroscópio agora está mudada de posição, mas isso não deve causar nenhum problema.
Posicione a fonte alfa de forma que a superfície real da substância emissora de alfa esteja a cinco centímetros da tela de arame. Como o metal que contém o material radioativo está a dois milímetros da superfície do disco de plástico, isso significa que você deve definir a borda anterior do disco de plástico a 4,8 centímetros da tela. Registre a taxa de oscilação do indicador (fibra de quartzo) nesta posição. Certifique-se de não perturbar a disposição do aparelho. Agora, mova a fonte um centímetro mais perto da tela. Faça uma série de leituras alterando a distância um centímetro de cada vez e registre os dados em seu caderno em uma linha organizada de números.

Antes de obter mais dados, prepare um rascunho das poucas leituras que você tem, plotando os pontos conforme mostrado na Figura 3-8. Em seguida, examine o gráfico, observando onde você precisa obter mais dados em outras leituras de escala para ver mais com precisão o intervalo das partículas alfa. Você notará que deve obter algumas leituras na distância entre dois e três centímetros da tela.
 


Figura 3-5. Configuração para determinar o alcance das Alfas

 
 
                  Figura 3-6. O alcance das partículas Alfa

 É uma boa regra localizar suas observações em uma ampla faixa antes de obter dados em pequenos intervalos. Isso economiza tempo e torna o trabalho mais preciso.
Agora que você pegou mais dados e os plotou em um gráfico, pode ver que até cerca de 2,8 centímetros da tela a taxa de deriva é bastante estável e, portanto, a corrente de ionização é bastante estável. A 2,8 centímetros, a corrente de íons começa a aumentar bruscamente e continua cada vez mais rápida até chegar ao fim da escala. A razão para isso é que, à medida que a fonte se aproxima da tela, mais partículas alfa ficam ao alcance da câmara do Eletroscópio. Lembre-se de que partículas alfa emergem da superfície da fonte indo em todas as direções, como pipocas saindo de uma panela quente. Alguns vão sair direto para a câmara, e outros vão em outras direções.
De improviso, parece que a figura 2,8 centímetros que lemos em nosso gráfico é o alcance da partícula alfa. No entanto, isso não está de acordo com os livros didáticos que afirmam que o intervalo é de 3,8 centímetros. Qual é a razão para esta diferença de um centímetro? Se você olhar atentamente para o lado inferior do Eletroscópio, notará que o eletrodo de coleta não se estende até a tela de arame. As medições feitas com um Eletroscópio de uso geral, como o modelo de Gilbert, precisam de um fator de correção; você deve adicionar um centímetro ao intervalo medido da partícula para obter seu intervalo real, da fonte à câmara.

 
                         Absorção de partículas Alfa


Além de medir o alcance das partículas Alfa no ar, podemos medir sua absorção em folhas finas de materiais como papel. Para provar que mesmo uma folha de papel comum é espessa o suficiente para absorver as partículas alfa, monte a fonte Alfa em uma pequena caixa de papel ou outro suporte de forma que fique contra a tela do Eletroscópio.
Você pode fazer esse experimento com o instrumento com o lado certo para cima, mas tome cuidado para não inclinar a fonte de plástico na pequena porca que segura a lâmpada na tela. Com a fonte Alfa nesta posição, pegue a taxa de deriva, ela deve ser muito alta. Remova a fonte Alfa da tela e coloque uma única folha de papel sobre ela, após o que substitua a origem sob a tela como antes.
A taxa de deriva agora deve ser muito menor, dependendo da espessura do papel que você usa. Você pode realizar uma série de experimentos usando papel de seda muito fino. Por exemplo, uma única folha de papel de seda permitirá que algumas das partículas passem. Se você usar duas folhas de papel de seda comum, verá que isso é suficiente para interromper todas as partículas Alfa. Veja a Figura 3-7 para absorção de raios Alfa, Beta e Gama.



    Figura 3-7. Absorção de raios Alfa, Beta e Gama.

     Outros experimentos com partículas Alfa


Existem muitos outros experimentos que você pode realizar com as partículas Alfa emitidas por sua fonte Alfa. Esperamos que você planeje experimentos em sua própria mente e os realize de maneira sistemática. Primeiro, pergunte a si mesmo qual propriedade do raio alfa você deseja investigar e, em seguida, planeje seu experimento.
Você pode fazer um dispositivo muito simples para fornecer um feixe de raio Alfa, embora você não possa alterar a direção das partículas alfa conforme elas vêm da fonte para que possam ir em uma direção.
Mas, siga este procedimento; pegue um pequeno tubo de papel ou uma pequena caixa de papel, como a que é usada para guardar etiquetas coladas. Faça um furo em cada lado da caixa e coloque-o sobre a fonte de partículas Alfa. Apenas aquelas partículas emergirão do segundo orifício que estão indo na mesma direção que os dois orifícios. Na verdade, você criou um feixe de raio Alfa. O número de partículas Alfa neste feixe será bem pequeno, pois você o fez eliminando um grande número de partículas.

 

    Usando o raio Gama e o Eletroscópio


Monte a fonte Gama em uma pequena caixa para que fique alinhada com o eletrodo coletor do Eletroscópio como fizemos no caso da fonte alfa para medições de alcance. Faça uma série de leituras começando com uma distância da fonte à tela de 12 polegadas e espace suas observações em 6, 4, 3, 2, 1 e 0 polegadas.
Lembre-se de que a posição real do material radioativo dentro do disco de plástico é de 1/2 polegada da superfície. Trace seus dados em um gráfico como antes. Em vez de rotular o eixo vertical da curva como “taxa de deriva”, devemos agora nos tornar mais adultos e chamá-la de corrente de ionização, mas ainda podemos usar as mesmas unidades, ou seja, divisões por minuto.
Você notará que usar um Eletroscópio é muito mais fácil do que tentar fazer o mesmo experimento com um contador Geiger. Com o Eletroscópio, tudo o que você precisa fazer é fazer uma leitura, deixar o instrumento sozinho por um tempo, depois voltar e fazer outra leitura. Além disso, o instrumento é bastante preciso. Para demonstrar isso, agora você pode repetir o experimento medindo a absorção de raios gama em um material sólido.

 

            Experimentos com tijolos
 

Primeiro, vamos tentar alguns tijolos de construção. Coloque o Eletroscópio de lado e coloque a fonte Gama a cerca de 9 polegadas de distância da tela. Você pode verificar a corrente de ionização nesta posição fazendo uma leitura. Faça uma série de medições após cada observação adicionando outro tijolo. Desta forma, você pode construir uma curva de absorção simplesmente plotando a corrente de ionização contra a espessura do tijolo entre a fonte e o Eletroscópio. Seus resultados exatos dependerão de sua configuração, bem como do tipo de tijolo que você usou.Um tijolo pesado absorve mais raios Gama do que um tijolo leve. Então, também, pequenos tijolos permitirão que alguma radiação se espalhe ao redor deles e alcance a câmara do Eletroscópio sem passar pelo tijolo. Como regra geral, você deve descobrir que 2 ou 3 polegadas de tijolo reduzirão a intensidade dos raios gama em cerca de metade.
Além de usar tijolos como absorvedores, tente usar vários outros materiais, como madeira, concreto, alumínio, ferro e chumbo. Você também pode tentar usar água e terra como absorvedores de maneira muito lucrativa. Isso requer que você use um recipiente para conter a terra ou a água. Você pode fazer isso da seguinte maneira: faça um orifício 1/2 polegada em um bloco de chumbo e coloque a fonte de raios Gama no final desse orifício, circundando-o com blocos de chumbo de forma que um feixe de raios Gama saia pelo orifício. Se o chumbo não for útil, tente usar um tubo de 1/2 "e envolvê-lo com algum metal pesado. Em seguida, você pode realizar experimentos de absorção em um feixe e observar a diferença na absorção resultante.
O obus produz um feixe fraco e você terá que ser mais preciso na forma como realiza suas medições, pois as correntes serão menores e levará mais tempo para obter dados precisos.

            A partícula Beta ou raio Beta


Já vimos que nosso Contador Geiger tem paredes que são finas o suficiente para deixar passar as partículas Beta e medimos a absorção dos raios Beta, descobrindo que eles são mais penetrantes do que as partículas alfa, mas menos do que os raios gama. Devemos agora examinar os raios beta com mais cuidado, usando o Eletroscópio para nos fornecer novos dados sobre esses raios.
Os experimentos com a fonte de partículas beta devem ser realizados com cuidado. Veremos por experimento direto que a presença de qualquer objeto próximo à fonte beta tende a espalhar os elétrons de maneira marcante. Assim, ao fazer qualquer experimento, devemos ter certeza de que mantemos as mesmas condições experimentais se quisermos comparar os resultados. Se em um conjunto de experimentos você realiza suas medições em um piso de concreto e em outro você realiza o trabalho em uma mesa de madeira clara, você pode obter resultados diferentes.
Como um primeiro experimento, meça a intensidade da corrente de íons no Eletroscópio para várias distâncias da fonte da câmara e plote seus resultados da maneira usual. Tenha o cuidado de manter o Eletroscópio e a fonte Beta alinhados. Você pode fazer isso montando com segurança a fonte Beta em algum objeto, como uma caixa, e movendo apenas o Eletroscópio. É uma boa ideia realizar seu experimento em uma folha fina de madeira compensada na qual você possa colar a fonte Beta na posição vertical. Você também pode marcar as distâncias diretamente (em polegadas e centímetros usando sua régua de plástico) na superfície de madeira compensada.
A forma exata da curva que você obtém para intensidade de partículas beta versus distância dependerá de como você configurou o experimento. Você pode ver que isso é verdade montando a fonte Beta e o Eletroscópio bem longe de qualquer superfície e fazendo uma série de medições no ar com um pouco de material sólido perto da fonte ou da câmara. Compare esses resultados com os dados obtidos em uma mesa.


                O alcance dos raios Beta


Embora não possamos fazer uma medição real do alcance das partículas Beta no ar, podemos fazer uma medição precisa com alguns materiais como vidro, papel ou alumínio. Todos esses são materiais comuns que devem estar disponíveis em casa ou em uma loja de ferragens. O alumínio é o material normalmente usado para fazer testes com as Beta. Folhas finas de alumínio são as melhores.
Usando um pouco de fita adesiva, prenda sua fonte beta na mesa ou em sua placa de madeira compensada. Coloque o Eletroscópio sobre ela na posição vertical e alinhe-a de forma que as pernas se espalhem uniformemente pela fonte. Marque com um lápis a posição das pernas para que você possa alinhar facilmente o Eletroscópio na mesma posição todas as vezes.Sem absorvedor no lugar, verifique a intensidade da corrente de ionização, Agora, deslizando uma folha de material sobre a fonte, faça uma leitura precisa, registre seus dados e adicione outra folha. Certifique-se de reservar um tempo para suas observações, pois mais folhas são adicionadas sobre a fonte, ou suas leituras não serão precisas.
Seus resultados, plotados, devem ser semelhantes à curva apresentada na Figura 3-8. Os resultados apresentados na ilustração foram feitos com papelão grosso como absorvedor. A linha pontilhada na Figura 3-8 ilustra como seria a curva para o alumínio.

 


Figura 3-8. O alcance das partículas Beta do Rh-106 

       Minérios radioativos e o Eletroscópio

Os minérios radioativos também produzirão um movimento do indicador Eletroscópio. Prossiga com este experimento como você fez na Seção I, quando usou o minério Autunita com o Contador Geiger.

                                Riscos radioativos


Falamos dos perigos das radiações Alfa e Beta como perigos internos, pois em geral só são prejudiciais quando entram no corpo. Vimos que essas partículas não penetram tanto quanto o raio gama, mas podem ser prejudiciais, pois uma vez dentro do corpo, talvez permaneçam lá por toda a vida.
Como vimos, as partículas Alfa viajam apenas uma curta distância no tecido, mas podem causar muitos danos se esse tecido for importante para as funções do corpo. Se algo como o rádio for depositado no osso, onde pode disparar as partículas Alfa na medula formadora de sangue de perto, podem ocorrer sérios danos. Isso pode acontecer se o rádio for inalado ou de alguma forma introduzido no corpo.
Forneceremos mais informações sobre os riscos de radiação posteriormente neste manual. Não se assuste com essas coisas. Elas servem apenas para informá-lo sobre os perigos que podem existir. Esses riscos foram muito exagerados pelo mundo moderno. As pessoas geralmente temem algo sobre o qual sabem muito pouco. A única maneira de fazê-los esquecer esses medos é dar-lhes os fatos dos perigos da radiação. Ao longo do manual, você encontrará esses fatos que lhe mostrarão que você pode lidar com a radioatividade se puder reconhecê-la.



                                                    Seção IV

                                       Filmes e Cristais
 

Descrevemos várias maneiras pelas quais os raios Alfa, Beta e Gama podem ser detectados. Usamos o Contador Geiger, o Eletroscópio e a Câmara da Nuvem para fazer várias medições do alcance dos raios e seu poder de penetração. Agora queremos olhar para esses raios de uma maneira um pouco diferente. Queremos ver como eles afetam o filme fotográfico. Mais adiante nesta seção, você descobrirá como eles afetam certos cristais. Descreveremos agora alguns experimentos que envolvem o uso de filme fotográfico. Mencionaremos algo sobre a obtenção e o processamento desse filme. A sensibilidade do filme comum é muito baixa para os raios Beta e Gama e, se você tentar fazer experimentos com esse filme, verá que sua exposição leva muito tempo.
 

                    Filme de raios X


Seu dentista, entretanto, usa regularmente filme de raio X em seu trabalho. Talvez você tenha feito uma radiografia de um dente e notado que teve que segurar um pequeno retângulo branco de papelão atrás do dente. Este pacote é chamado filme odontológico e contém um pequeno pedaço de filme de raios X de 1-1/4 x 1-3/4 polegadas de tamanho. Ele é protegido contra a exposição à luz por ser lacrado em um recipiente de papel.
Visite o seu dentista (ir ao dentista por vontade própria pode dar início a uma nova tendência na história da odontologia!) E peça-lhe alguns pacotes. Os pacotes também podem ser obtidos em sua loja de suprimentos médicos. A AC Gilbert Company não pôde fornecer o filme ao Laboratório de Energia Atômica porque a exposição contínua às fontes radioativas embaçaria o filme.

                    Revelação do filme


A técnica de revelação do filme é muito simples e especialmente fácil para os experimentos com radioatividade. Se você não está familiarizado com a técnica, é aconselhável comprar alguns itens necessários para revelar o filme e experimentar o trabalho. Mas se você preferir não fazer isso, você pode ter seu filme revelado para você. O fotógrafo local irá revelar o filme para você ou você pode pedir ao seu dentista que os revele para você. O procedimento mais instrutivo, entretanto, é fazer o trabalho você mesmo.

           Uma fotografia com raios Gama


Pegue sua fonte Gama e coloque sob ela uma arruela de chumbo grosso (como os que usam os encanadores) ou algum objeto que você deseja fotografar. O objeto deve ser denso e não deve cobrir toda a superfície da embalagem odontológica. Coloque o pacote odontológico (alguns pacotes têm uma película fina de chumbo ao lado do filme; este lado deve ser colocado longe da fonte) sob a lavadora. Segure o sanduíche com um peso pesado ou num morsa. Pode ser bom para você fixar os três objetos no lugar, colando-os em uma pequena placa. Você também pode tirar duas fotos ao mesmo tempo, colocando outro objeto (como uma chave) e filme do outro lado, fazendo com que a fonte radioativa sirva de enchimento para um "sanduíche". Agora coloque o conjunto onde não será perturbado. Após 24 horas remova os pacotes odontológicos e revele-os. Você deve ver a sombra da arruela ou objeto impresso no negativo. Se você usar um filme que não seja do tipo raios X, sua exposição levará muito mais tempo.

                           Exposição


Para determinar a melhor exposição, você pode realizar mais dois experimentos. Em vez de uma arruela, use algumas pequenas folhas de chumbo ou de ferro, cada uma mais curta que a outra, de modo que os raios da fonte Gama tenham que viajar através de diferentes espessuras de metal para alcançar o filme. Em seguida, você deve obter uma fotografia de raios Gama mostrando etapas ao longo do filme que mostram a transmissão através das várias camadas de metal.
No que diz respeito ao tempo de exposição pode-se utilizar uma série de embalagens odontológicas, expondo-as por vários intervalos de tempo e observando o escurecimento que se obtém a cada tempo de exposição. Para obter resultados uniformes na comparação desses escurecimentos negativos, você deve revelar todos os seus filmes ao mesmo tempo. Caso contrário, você poderá produzir diferentes graus de escurecimento pelo super revelação ou sub revelação dos vários filmes.
Retratado na Figura 4-1 está uma fotografia de uma chave feita da mesma forma que você fez a sua. Esta foto foi feita colocando uma chave entre um filme e um pouco de minério de pitchblenda. Você pode ver bem como as partículas emitidas fotografam a chave. A Figura 4-2 é um exemplo do que pode ser feito com seu próprio Laboratório de Energia Atômica. Esta foto foi feita com a fonte Beta, um equipamento e um filme.

 



Figura 4.1. Como os raios penetram. Fotografia de uma sombra feita com raios penetrantes emitidos de uma pechblenda. minério retirado da mina Caribou. O negativo estava lacrado em um envelope preto, com uma chave colocada sobre ele e um pedaço de minério colocado em cima. Após três dias, o negativo foi revelado. Esta experiência duplica a que Becquerel realizou em 1896.
Foto cortesia de The Canadian Radium and Uranium Corp.


               Radiografia com raios Beta


Agora, não é fácil para você fazer um radioautógrafo de verdade, pois envolveria o manuseio de materiais radioativos em uma solução que é proibitiva. Você pode, no entanto, fazer alguns experimentos com sua fonte Beta e pelo menos um pode simular um radioautógrafo.
Como um primeiro experimento comparativamente rudimentar, pegue uma ou duas tiras de algum metal (chumbo ou cobre servem), forme-as na forma de uma cruz sobre sua fonte Beta e, em seguida, coloque um pacote dental sobre a cruz. Use um pouco de fita adesiva para fixar o “sanduíche” firmemente no lugar e aguarde cerca de 24 horas para exposição. Em seguida, revele o filme como antes e observe que os raios Beta foram interrompidos pela cruz de chumbo, deixando um claro padrão cruzado no filme escurecido.
Não se surpreenda se o filme não ficar muito escuro, pois são necessárias cerca de 50.000 partículas Beta para produzir um escurecimento apreciável, mesmo em uma seção muito pequena do filme. Sua fonte Beta é extensa, com cerca de 20 cm quadrados de área e, por esta razão, leva um tempo considerável para que partículas Beta suficientes sejam emitidas para escurecer o filme. Repita o experimento usando sua fonte de raios Gama e compare seus resultados.

                        Radioautógrafos


É possível fazer filmes ou placas especialmente sensíveis aos raios Beta. Na verdade, uma radioautografia é simplesmente uma radiografia na qual a fonte de radiação é distribuída por toda parte o objeto é, portanto, um "autorretrato" radioativo.
Considere, por exemplo, a vida marinha que habita a Lagoa do Biquíni, onde uma bomba atômica explodiu abaixo da superfície da água. Alguns dos peixes que se alimentam de pequenos corpos marinhos acumularam vestígios de substâncias radioativas produtos da explosão da bomba.

 


Figura 4-2. Radiografia Beta de uma engrenagem. Esta foto foi feita com uma engrenagem, um filme e a fonte beta do seu Laboratório de Energia Atômica.


Figura 4-3. Fotografia e radioautografia de um peixe de Bikini.
(a) A foto superior é uma fotografia convencional de uma ficha de peixe donzela da lagoa Bikini.
(b) A foto inferior é tirada colocando o peixe em um pedaço de filme de raio X. Depósitos radioativos nos peixes aparecem claramente no negativo resultante. Fotos cortesia da Universidade de Washington


 A Figura 4-3 é uma fotografia real de um peixe donzela capturado na lagoa Bikini. Quando esse peixe foi colocado em uma folha de filme fotográfico, ele tirou sua própria imagem (daí o “auto” na palavra “radioautógrafo”), que é reproduzida na Figura 4-3.
A conclusão a tirar é que o peixe donzela concentrava material radioativo em seu trato digestivo. Manchas brancas menores nas nadadeiras superiores e na cauda indicam partículas radioativas nos peixes.
Na Figura 4-4 você verá como uma radiografia é feita comercialmente. Esta fotografia mostra como, usando uma fonte radioativa e uma chapa fotográfica, podem ser descobertos defeitos nos materiais.


Figura 4-4. Configuração para radiografia comercial. Uma fonte de radiocobalto-60 está suspensa no centro de um corpo de válvula. O filme fotográfico é colocado do lado de fora do corpo.
Cortesia da Comissão de Energia Atômica

         Detectando radiação com cristais


Discutiremos agora a ação da radiação sobre certos cristais. Desde os primeiros dias, foi reconhecido que uma tela revestida com uma camada de cristais especiais brilhava sob a ação dos raios X. O brilho é denominado fluorescência ou, frequentemente, luminescência , e é produzido apenas em certos cristais, como o sulfeto de zinco. Os mostradores dos relógios do tipo luminoso são revestidos com uma mistura de sulfeto de zinco e rádio.
Partículas Alfa emitidas pelo rádio ativam os minúsculos cristais e produzem um flash de luz visível. Podemos ver isso usando o Espintariscópio que é fornecido com o Laboratório de Energia Atômica.

 

Figura 4-5. Diagrama do Espintariscópio

                      O Espintariscópio
 

O pequeno instrumento tubular, com sua ocular de borracha, parece muito menos sensacional do que alguns dos outros instrumentos atômicos, mas na história da ciência desempenhou um papel importante. Lord Rutherford, o famoso físico britânico, realizou seus primeiros experimentos com a estrutura atômica usando telas fluorescentes como detectores de partículas Alfa.
Nosso Espintariscópio (veja a Figura 4-5) é um tubo de metal com uma tela de sulfeto de zinco em uma extremidade e uma lente no centro. Você será capaz de detectar a presença de partículas Alfa fazendo o experimento a seguir.

 

Figura 4.6. Garoto demonstrando o uso do Espintariscópio

                      Lampejos na tela


Para este experimento, é necessário que seus olhos estejam acostumados à escuridão quase total e, portanto, o experimento deve ser realizado em uma sala escura. Se você simplesmente desligar o interruptor da luz e tentar fazer esta experiência imediatamente, não obterá nenhum resultado, pois o olho demora um pouco para se ajustar à escuridão.
Você provavelmente deve ter notado, ao entrar em um teatro escuro, que a princípio não consegue ver nada (especialmente se você entrar na luz do dia) e então, gradualmente, as coisas começam a tomar forma e você pode ver muito bem. Talvez você também tenha notado que as pessoas mais velhas parecem tatear, incapaz de ver na escuridão, muito depois de as pessoas mais jovens se acostumarem com a falta de luz. Você perceberá que levará alguns minutos para que seu olho se ajuste, mas não se desanime se esse processo demorar muito mais, especialmente se você já tiver idade avançada.
Pegue sua fonte Alfa, coloque-a confortavelmente contra a extremidade da tela do Espintariscópio e, em seguida, olhe pela ocular. (Veja a Figura 4-6.) Se seu olho estiver bem adaptado à escuridão, você deverá ver uma série de minúsculos flashes esverdeados (cintilações) na tela. No início, pode ser difícil para você vê-los porque não está acostumado a focar os olhos na escuridão. Você deve tentar focar seus olhos na tela. Se você não vê nada, é possível que seus olhos precisem de mais adaptação e você deve esperar cinco ou dez minutos antes de tentar o experimento novamente.

Para ter certeza de que esses pequenos flashes são realmente produzidos pelas partículas Alfa da fonte Alfa, você pode deslizar um pedaço de papel entre a fonte e a tela. Os flashes devem parar, provando assim que as partículas alfa são responsáveis pelo efeito.
O
Espintariscópio também detectará a radiação Alfa de seus minérios radioativos. Para fazer isso, simplesmente siga o mesmo procedimento que você fez em seus outros experimentos, usando o Contador Geiger e o Eletroscópio.
Os raios Beta e Gama são menos eficientes em causar flashes no seu espintariscópio.


                             Seção V

                 O átomo a serviço da paz

 
Agora que estamos familiarizados com algumas das partículas emitidas por materiais radioativos, vamos explorar um pouco mais. Desta vez, você não estará fisicamente trabalhando com os instrumentos do seu Laboratório de Energia Atômica em busca dos elusivos raios alfa, beta e gama, mas sim explorando brevemente os campos da ciência onde essas pequenas partículas de radioatividade são usadas.
Veremos a aparência de um destruidor de átomos, como funciona um aparato de alta tensão e coisas do gênero. E então veremos como a energia atômica é empregada nos campos da medicina, agricultura e indústria.
Cientistas são pessoas que têm um zelo extraordinário por sondar os segredos da natureza e por descobrir o que encontram.O que você vê aqui não é o resultado do trabalho de um homem ou de um dia de trabalho, mas dos esforços de muitos homens ao longo de mil anos. Mesmo estes podem ser o início de outras coisas muito melhores. Mas agora vamos ver o que foi desenvolvido na ciência da energia atômica.
Os cientistas modernos, em sua busca por uma compreensão do átomo e do núcleo, estão se apoiando fortemente em aparatos altamente técnicos e complicados. Muitos de seus aparelhos são projetados para bombardear o átomo por meios artificiais.Eles estudam o efeito desse bombardeio no átomo e, ao fazê-lo, estão aprendendo os segredos do próprio átomo.

Os bombardeios atômicos e nucleares requerem alguns meios de obtenção de partículas em alta velocidade. Em geral, eles são obtidos por meio de tensões muito altas ou poderosos ímãs. Uma das primeiras dessas máquinas foi o Gerador Van de Graaff.

                Acelerador de partículas


O professor Van de Graaff, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, desenvolveu um meio muito inteligente de produzir alta tensão, que possui muitos recursos que o tornam um equipamento ideal para pesquisas físicas.
Uma fotografia e um diagrama de uma máquina Van de Graaff são mostrados nas Figuras 5-le 5-2. Por mais impressionante que esta máquina pareça, não é nada complicada em seu princípio de operação. Na verdade, é extremamente simples em teoria.Em uma máquina Van de Graaff típica, um grande cilindro de porcelana (isolante) é usado para apoiar uma esfera de metal no topo.
Dentro dessa estrutura há uma longa correia sem fim que sobe e desce por duas polias. Essas polias são giradas por motores de alta velocidade e fazem com que a correia de tecido isolante gire em torno delas a 70 milhas por hora.


Figuras 5-1, 5-2. Fotografia e esboço de um acelerador de partículas da Westinghouse. À esquerda é mostrado um esboço, desenho da máquina que aparece à direita.
Cortesia de Westinghouse Research Laboratories


Na verdade, a correia nada mais é do que um transportador de carga elétrica. A correia coleta uma carga negativa na parte inferior (pulverizada sobre ela por um gerador de carga) e a carrega para o topo, onde é capturada por um conjunto especial de escovas de descarga. A carga negativa é distribuída por uma grande esfera enquanto a carga positiva desce do outro lado da correia e aterram. Desta forma, grandes quantidades de cargas negativas se acumulam na esfera e, como consequência, a máquina carrega até uma alta tensão.

                Acelerador de elétrons


Máquinas como o Gerador Van de Graaff em conjunto com outros aparelhos são frequentemente usadas para acelerar elétrons a velocidades próximas à velocidade da luz.
Um elétron viajando a 99,9 % da velocidade da luz não tem mais a mesma massa que tinha quando permanecia parado.Seu novo peso é 22 vezes maior que seu peso normal. Não se trata de um aumento de peso imaginário nem do sonho de algum físico teórico; é uma coisa muito real.
O aumento de massa pode realmente ser medido com precisão, e essas medições mostram que quanto mais rápido um objeto vai, mais ele pesa. Com os objetos comuns de nossa experiência diária, como um trem em alta velocidade, o efeito não é perceptível, pois a velocidade do trem representa uma velocidade mínima em comparação com a da luz.
É apenas quando invadimos o reino das partículas atômicas que encontramos o que é chamado de aumento de massa relativística. A Teoria da Relatividade do Professor Einstein prevê que as partículas atômicas de alta velocidade devem aumentar em massa. Não devemos tentar entrar nessa teoria; é suficiente se pudermos entender que o aumento de massa é real e apresenta uma barreira na aceleração de partículas a altíssima energia em um ciclotron.

Você pode estar interessado em saber que em seu aparelho de televisão os elétrons que atingem a tela fluorescente são cerca de 5% mais pesados quando mordem a tela do que quando começam a partir do filamento aquecido dentro do tubo. Os elétrons que são acelerados em um tubo de raios X de 500.000 volts, na verdade, pesam cerca de duas vezes mais quando colidem com o alvo do tubo do que quando partem do filamento.
A Figura 5-3 é uma fotografia do enorme super ciclotron de 184 polegadas, chamado de sincro-ciclotron, que foi construído no alto de uma colina com vista para a Baía de São Francisco. A máquina grande tem um ímã do tipo culatra, assim como os ciclotrons menores, e tem enormes bobinas de ímã para fornecer o campo magnético. A distância entre as peças polares é tão grande que é possível caminhar entre elas.
Quando a máquina está funcionando, há uma grande quantidade de radiação penetrante produzida e todo o aparelho deve ser blindado com concreto para proteger o pessoal nas proximidades. Enormes blocos de concreto são usados para esse propósito.

 
             Usos da energia atômica


Em grande escala, a explosão da bomba atômica U235 é extremamente sensacional; ainda assim, em uma escala muito pequena, a explosão de pequenas quantidades de radioisótopos é igualmente sensacional para os cientistas.
Quando um radioisótopo, como o radiofósforo, se desintegra e emite radiação, fornece ao físico, químico, biólogo ou técnico uma ferramenta muito poderosa para rastrear os segredos da natureza. é nas ciências da vida que os radioisótopos têm encontrado mais aplicação.

               Medicina usa o átomo


Considere como exemplo o traçado de uma amostra de cloreto de sódio injetada no corpo humano. Ao marcar a molécula de NaCl com radiossódico (o radiossódico tem meia-vida de 14,8 horas e emite raios beta e gama) e medindo a radiação emitida do radiossódico, pode-se rastrear o cloreto de sódio por todo o corpo.
 


Figura 5-3. O sincro-ciclotron de 184 polegadas de Berkeley. Foto cortesia do Laboratório de Radiação, Universidade da Califórnia

Os fisiologistas descobriram que o sal assim injetado no corpo vai para as veias, para as células do corpo, e é convertido em suor pelas glândulas sudoríparas do corpo. Ele aparece na superfície da pele no surpreendente tempo de menos de um minuto.Somente por causa dos átomos de sódio marcados pode-se rastrear um processo de reação tão rápido.
Como outro exemplo do uso do átomo no campo da medicina, o radiossódio é utilizado para rastrear a circulação do loiro pelo corpo. Isso é especialmente útil nos casos em que a circulação é obstruída. A Figura 5-4 ilustra graficamente a técnica usada para rastrear a circulação sanguínea.

                 A indústria usa o átomo


O uso de radioisótopos não se limita à medicina. Na indústria, os radioisótopos são usados não apenas como um meio de estudar um processo industrial, mas frequentemente são usados para controlar esse processo. Muitos estudos sobre a estrutura, corrosão, liga e fricção de metais foram realizados. Por exemplo, o rádio-ferro produzido em um anel de pistão tem sido usado para análise de fricção de um pistão em movimento. Ao usar a radiação facilmente absorvida emitida a partir de isótopos Beta ativos, espessuras de filmes e folhas podem ser medidas sem tocar o material.

 
Figura 5-4. Energia atômica em medicina, detecção de circulação sanguínea.
 
A indústria do aço tem encontrado uso de radioisótopos no estudo de controle de processo do ferro-gusa. Na indústria de impressão, os radioisótopos podem ser usados para medir a quantidade de tinta aplicada ao papel.
Os cientistas do petróleo também descobriram um uso extensivo de radioisótopos. Usando radiocarbono, a Shell Oil Company e a California Research Corporation foram capazes de acompanhar as mudanças no petróleo à medida que ele passa por um refinador moderno. Fontes seladas de materiais radioativos são usadas para determinar o nível de líquidos dentro de recipientes sem janelas (Figura 5-5). Os técnicos até conseguiram determinar a taxa de fluxo de certos líquidos através de tubos de metal usando técnicas de radiação.

               A agricultura usa o átomo


Os radioisótopos estão se tornando cada vez mais importantes na pesquisa agrícola e no processamento de alimentos. Por exemplo, estudos extensivos foram feitos sobre a eficiência de fertilizantes como fonte de alimento vegetal. Todos os anos, os agricultores americanos gastam mais de meio bilhão de dólares em fertilizantes, por isso é extremamente importante saber como as plantas utilizam os fertilizantes.
 

Figura 5-5. Energia atômica na indústria, medidor de nível de líquido. Cortesia da Comissão de Energia Atômica

 
 
Figura 5-6. Estudando o efeito dor raios Gama no crescimento da planta.

 
No centro do campo, uma forte fonte de radiocobalto é colocada em um poste. As safras são plantadas em [fileiras] circulares ao redor da fonte para que recebam diferentes doses de radiação gama.
Foto cortesia do Laboratório Nacional de Brookhaven
Um estudo mostrou que o milho aproveita ao máximo o fósforo do fertilizante durante o período inicial de crescimento.Outra investigação mostrou que as batatas usam fósforo ao longo da estação de crescimento. Ainda outros estudos revelam que a maneira de aplicar o fertilizante muitas vezes é muito importante. O fósforo, por exemplo, parece retardar o crescimento das plantas de batata quando é colocado muito próximo às batatas de semente.
O Departamento de Agricultura está muito interessado em aprender como as doenças e pragas das plantas se desenvolvem e atacam as plantações. Nesse sentido, radioisótopos estão sendo usados em fungicidas marcados, como enxofre e DDT, para determinar como esses compostos agem.
Ao mesmo tempo, investigações estão sendo realizadas com rastreadores para aprender como leite, ovos e carne podem ser produzidos com mais eficiência. As estações experimentais do governo trabalhando com unidades de pesquisa universitárias estão fazendo avanços consideráveis nessas pesquisas.

         Exposição de plantas à radiação


Ainda outra linha de investigação no campo dos estudos de plantas reside na exposição das plantas aos raios diretos de fontes radioativas. Os trabalhadores do Laboratório Nacional de Brookhaven montaram uma fonte intensa de radiocobalto em um campo (veja a Figura 5-8) e plantaram safras a distâncias variáveis da fonte. O radiocobalto é colocado em um poste no centro do campo e as plantas são dispostas em padrões circulares regulares. Desta forma, algumas plantas próximas à fonte recebem grandes quantidades de radiação, enquanto aquelas mais distantes recebem quantidades proporcionalmente menores. As plantas podem então ser estudadas quanto ao efeito da radiação em comparação com aquelas na borda do campo que recebem muito poucos raios gama.

Figura 5-7. A primeira pilha atômica. Construída em uma quadra de squash na Universidade de Chicago, a primeira reação em cadeia do mundo ocorreu em 2 de dezembro de 1942. A figura acima é a montagem cúbica de blocos de grafite em que estavam embutidos urânio metálico e óxido de urânio. Uma haste de controle é vista à direita do degrau superior da escada.
Fotografia do Exército dos EUA, cortesia do Departamento de Defesa.

                           Avanços na ciência básica


Hoje, avanços altamente significativos estão sendo feitos em nossa compreensão da física fundamental das partículas nucleares. Em grande parte, o que conhecemos como pesquisa básica foi negligenciado durante a guerra. Antes da guerra, a bomba da ciência tinha sido preparada com fatos fundamentais o suficiente para que o desenvolvimento e a engenharia pudessem ser enfatizados. Os produtos finais, como a bomba atômica, o fusível de proximidade e o radar, todos tiveram sua origem no conhecimento básico adquirido antes da guerra.
Como resultado dessa formação fundamental, físicos, químicos e engenheiros tinham uma base bastante boa para prosseguir.No entanto, o ritmo da pesquisa e do desenvolvimento do tempo de guerra tornou-se tão grande que muitas vezes os cientistas eram obrigados a ficar no escuro por falta de conhecimento fundamental.


                       Central nuclear


Podemos esperar que as primeiras usinas nucleares práticas sejam usadas como unidades estacionárias para demonstrar a praticabilidade desta nova fonte de energia. Tanto a Marinha quanto a Força Aérea colocarão em alta prioridade os pedidos de usinas que podem ser usadas para propulsão. A Marinha dos Estados Unidos já fechou contrato com a Westinghouse Corporation e diz-se que concluiu o projeto inicial de um reator nuclear para abastecer uma embarcação naval. Provavelmente levará de 2 a 5 anos para que a pilha de propulsão naval seja revelada.
Se uma unidade de propulsão confiável for desenvolvida, podemos esperar que a Marinha queira usar estacas para alimentar sua frota submarina. O submarino é muito limitado pelos métodos convencionais de propulsão, mas com o reator nuclear como fonte de energia, um verdadeiro submarino poderia ser construído.
Por um verdadeiro submarino, queremos dizer um que pode ficar submerso quase indefinidamente e acelerar ao longo do mar.Esse submarino teria uma vantagem verdadeiramente grande sobre um movido a unidades diesel-elétricas. Um submarino moderno com uma pilha de energia de 25.000 quilowatts como a principal fonte de energia poderia navegar por meses sem ter que reabastecer e possuiria a alta velocidade subaquática necessária para táticas de batalha bem-sucedidas.

Uma pilha de energia de 25.000 quilowatts não seria excessivamente pesada e poderia ser instalada em um submarino sem problemas desnecessários. A Figura 5-8 é um modelo da concepção artística de um submarino com propulsão nuclear.
No campo da energia nuclear para a produção de eletricidade, grandes avanços estão sendo feitos. No entanto, talvez se passem vários anos antes que o combustível nuclear possa competir com o carvão. Além disso, uma vez que o principal custo para o consumidor de eletricidade é o custo de transmissão da eletricidade da usina ao consumidor, nenhuma grande economia resultará, mesmo que uma usina nuclear seja viável.

                                  No futuro


As estimativas do que pode acontecer no futuro da ciência muitas vezes podem ser precedidas do pedido de desculpas de que o "Inesperado normalmente acontece". Muitas vezes o leigo é levado a acreditar que um cientista com dinheiro suficiente pode produzir qualquer coisa que seja desejada. As pessoas apontam para o Projeto Manhattan como um exemplo e acho que o gasto de dois bilhões de dólares produziu a bomba atômica.
 


Figura 5-8. Modelo de um submarino com alimentação nuclear. Cortesia de POPULAR SCIENCE MENSAL, julho de 1949


Dinheiro e esforço concentrado podem ajudar em um projeto de engenharia de desenvolvimento, mas não podem remover automaticamente os limites físicos impostos pela natureza. Por exemplo, a equação de Einstein E = MC^2 mostra que a quantidade de energia em um átomo U235 é de 230 bilhões de elétron-volts de energia. Isso é mais de mil vezes a energia liberada na fissão do U235. No entanto, essa energia mil vezes mais abundante não pode ser aproveitada, não importa quantos bilhões de dólares gastemos.
Os cientistas podem realizar o que para o leigo pode parecer milagres, mas estão para sempre obrigados a obedecer às leis da natureza. Assim, ao fazer previsões sobre o que esperar no futuro, é bom lembrar que a natureza é um capataz severo.
A ciência não é uma caixa negra mágica da qual se evoca milagres à vontade. Em vez disso, devemos dizer que a ciência é uma arca do tesouro que transborda com os ingredientes básicos para desenvolver coisas úteis para a humanidade. Os ingredientes básicos são as descobertas duramente conquistadas por físicos, químicos e cientistas da vida. Munidos de conhecimentos básicos, outros cientistas e tecnólogos podem aplicar-se à tarefa de conectar ideias em ferramentas práticas para o benefício do homem. A ciência é uma coisa tão imprevisível que nunca se sabe exatamente onde surgirão os maiores benefícios.

Hoje estamos testemunhando uma enxurrada de contribuições benéficas da ciência e da tecnologia, e tão grande é a enchente que não temos como destacar qualquer campo da ciência como a fonte desses benefícios. Assim como uma inundação surge da simultaneidade de muitos pequenos riachos, o mesmo acontece com a atual abundância de drogas maravilhosas, radioisótopos, aviões a jato e um milhão de outros desenvolvimentos resultam das contribuições individuais de muitos campos diversos da ciência.
Um microscópio eletrônico desenvolvido como uma ferramenta científica é considerado essencial para isolar um vírus biológico. O radar desenvolvido para aplicações em tempo de guerra é adaptado à navegação marítima. A lista de tais exemplos é muito longa para detalhar, mas ilustra a magnitude dos benefícios em tempos de paz que são possíveis para o desenvolvimento científico.
Trabalhando, como você fez, com fontes radioativas e com os instrumentos para medir suas radiações, você foi apresentado a apenas um campo da ciência. É um campo empolgante e básico de empreendimento e seus rebentos entram em quase todos os outros campos da ciência.
De nossa perspectiva atual, parece que não haverá um único desenvolvimento atômico que constitua o maior benefício para a humanidade. Em vez disso, a totalidade dos muitos aspectos da energia atômica será mais significativa. É nas ciências da vida que o estímulo da energia atômica provavelmente terá seu maior impacto. Aqui podemos esperar que as ferramentas e técnicas modernas da ciência atômica contribuam substancialmente para a pesquisa biológica e médica. Com essas ferramentas afiadas, o ataque às doenças do homem, ao câncer, à paralisia infantil, à tuberculose e a outras terríveis aflições se intensificará e terá êxito. Se os benefícios da ciência e da tecnologia modernas forem usados de forma construtiva, o homem terá ao seu alcance a obtenção de uma vida verdadeiramente mais abundante.


Figura 5-9. Vista aérea de uma fabrica de plutônio de Hanford. Localizada a 15 milhas a noroeste de Pasco, Washington, no poderoso rio Columbia, a fábrica de Hanford compreende várias fábricas de plutônio, conforme mostrado acima. A chaminé central (da qual nunca sai fumaça) é usada para liberar gases radioativos na atmosfera. Isso é feito sem causar danos ao pessoal da planta.
Fotografia do Exército dos EUA, Cortesia do Departamento de Defesa


Figura 5-10. Um "Canuon de Concreto" em Hanford, Washington. Aqui, as partículas intensamente radioativas de urânio são processadas para remover o plutônio. Todas as operações dentro da fábrica são controladas remotamente por trás de grossas paredes de concreto. O concreto total utilizado nesta estrutura é suficiente para a rodovia de 30 milhas. À esquerda está uma pilha de 200 pés para o descarte de gases residuais.
Foto cortesia da Comissão de Energia Atômica


Figura 5-11. Unidade de alta tensão no Bureau Nacional de Normas. As duas primeiras colunas têm quase 12 metros de altura e consistem em dez seções de unidades transformador-retificadoras. A coluna da extrema direita contém um tubo de raios X de dez seções. O potencial é transferido para o tubo de raios X pelos tubos horizontais.
Cortesia da Seção de raios X, National Bureau of Standards, Washington, DC


 
IMPORTANTE!
As fontes radioativas contidas em seu Laboratório de Energia Atômica Gilbert não durarão indefinidamente e, em um período que varia de 1 a 50 anos, precisarão ser substituídas.
A vida da fonte Alfa é de aproximadamente 50 anos, enquanto as fontes Beta e Gama permanecerão radioativas por cerca de 2 a 3 anos. A fonte da Câmara de Nuvem Gilbert se deteriorará em cerca de 1 ano.
Quando a substituição dessas fontes for necessária, escreva para The AC Gilbert Company, New Haven 6, Connecticut e informe onde e quando você adquiriu o conjunto e quais fontes radioativas são necessárias. Você será informado sobre o envio, custo, etc.
Os instrumentos com defeito ou danificados devem ser devolvidos à The AC Gilbert Company para reparo. Uma estimativa será fornecida antes que os reparos sejam realizados.


Ver também:
 
Índice do Blog
https://potassio-40.blogspot.com/2017/11/blog-post.html

Fonte deste Manual:
https://www.dangerouslaboratories.org/e_GILBERT.pdf 

Kit acervo do "Museum of Science and Industry"

https://www.youtube.com/watch?v=zeyoJGqKbOQ

Atenção, ainda estou corrigindo erros e melhorando o texto !










Comentários

Postagens mais visitadas deste blog

#042 - Radioatividade do filamento da Magnétron #1

#037 - A radioatividade do Granito

#034 - Índice do Blog

#023 - Joule Thief

#038 - Chumbo na fumaça

#046 - Kit de Química da John Adams

#052 - Impressora Jato de Tinta