RADIAÇÕES IONIZANTES: UMA PROPOSTA PARA INSERÇÃO NO ENSINO MÉDIO

## RADIAÇÕES IONIZANTES: UMA PROPOSTA PARA INSERÇÃO NO ENSINO MÉDIO

## Silvoney Jesus dos Santos

IFBA/Instituto de Física/silvoney@uol.com.br

## Resumo

Há quase duas décadas iniciou-se a discussão sobre a inserção de tópicos sobre Física Moderna e Contemporânea (FMC) no Ensino Médi o e depois de estabelecido um consenso sobre a questão, tornou-se imperativo disc utir quais seriam os tópicos apropriados para tal. Nesta perspectiva, este trabalho defende as Radiações Ionizantes (RI) como tema relevante, devido a sua atualidade, seu caráter int erdisciplinar, suas inúmeras aplicações no cotidiano e sua potencialidade nas discussões sobre CTSA, ilustrando alguns conceitos fundamentais sobre RI e destacando não só as suas d iversas aplicações na pesquisa científica, na medicina e na indústria, mas também s seus impactos sociais e riscos o associados ao seu uso. Este trabalho também propõe outras linhas de pesquisa sobre o assunto e defende que a abordagem de elementos históricos das RI é capaz de reforçar nos estudantes a ideia de construção coletiva da ciênci a e desmistificar as visões do cientista como gênio e dos conceitos científicos como inquest onáveis e imutáveis. i

Palavras-chave : Radiações ionizantes, Ensino de Física.

## Introdução

No início deste século, as discussões sobre a inser ção de conceitos de Física Moderna e Contemporânea (FMC) no Ensino Médi o foram intensificadas entre os pesquisadores especializados em Ensino de Física (OSTERMANN E MOREIRA, 2000; OSTERMANN E RICCI, 2002; OLIVEIRA E VIANNA, 2007; MONTEIRO E NARDI, 2009).

De acordo com Silva (2011), foi estabelecido um consenso acerca da necessidade de mudanças no currículo do ensino médi o, impulsionadas pela Lei de Diretrizes e Bases (LDB) de 1996 e os Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN) de 1997. Em seguida, tornou-se necessário discutir com o se daria esta inserção e quais seriam os tópicos apropriados para tal. No cenário apresentado, defendemos as radiações ionizantes (RI) como tema relevante da FM C para inserção no ensino médio.

Conhecemos por Radiação o transporte de energia emi tida por uma fonte no vácuo ou em meio material. (YOSHIMURA, 2009; OKUNO, 2013; MEDEIROS E SANTOS, 2011). Quanto à energia transportada, as radiações são classificadas como ionizantes ou não ionizantes.

As radiações não ionizantes são ondas eletromagnéti cas (OEM) de baixa frequência e energia que no espectro eletromagnétic estão situadas desde as o ondas de rádio até a região do ultravioleta, sendo predominantes na natureza em relação às radiações ionizantes (RI). (OKUNO E YOSH IMURA, 2010). As RI são OEM ou partículas de alta energia que são capazes de ionizar a matéria, ou seja, arrancar elétron do átomo.

As radiações não ionizantes possuem reconhecida imp ortância no cotidiano. Segundo Gonçalves, Farias e Gonçalves (2008), OEM como a luz, calor e ondas de

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rádio são formas comuns de radiações não ionizantes sem as quais não poderíamos apreciar um programa de TV em nossos lares ou cozinhar em nosso forno de microondas. Contudo, apesar da sua importância e da sua predominância na natureza em relação às RI, as radiações não ionizan tes não serão objeto deste estudo que se limitará apenas à abordagem das RI.

- O estudo das RI no ensino médio tem a sua importânc ia fundamentada na necessidade de formação de sujeitos autônomos e críticos, capazes de compreender e atuar sobre o contexto social no qual estão inseridos. Sobre isso, os Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN) pontuam que

Trata-se de construir uma visão da Física voltada para a formação de um cidadão contemporâneo, atuante e solidário, com ins trumentos para compreender, intervir e participar na realidade. Nesse sentido, mesmo os jovens que, após a conclusão do ensino médio, não v enham a ter mais qualquer contato escolar com o conhecimento em Físi ca, em outras instâncias profissionais ou universitárias, ainda t erão adquirido a formação necessária para compreender e participar do mundo e m que vivem. (BRASIL, 2002, p. 56).

Segundo Prestes, Cappelletto e Santos (2008), apesar da sua ínfima utilização, o estudo das RI é um tema de FMC que poderia ser facilmente inserido no ensino médio, tendo sua relevância corroborada p ela sua atualidade, seu forte viés interdisciplinar, sua presença em várias aplicções do cotidiano (Pesquisa a científica, indústria, medicina diagnóstica, etc.) e sua capacidade de fomentar discussões extremamente importantes e atuais sobre CTSA (Saúde, contaminação ambiental, energia e armas nucleares, riscos radioativos, etc.).

## Radiações Ionizantes

Antes de iniciarmos a apresentação dos fundamentos conceituais associados ao tema, é importante salientar que a in serção de alguns elementos históricos, sociais e políticos no ensino de Física nos permite perceber a Ciência como uma construção humana, não linear e crítica do conhecimento. Segundo Silva (2011), a discussão histórica e sociopolítica é cap az de favorecer a contextualização do ensino de Física, fazendo com que o estudante se liberte de uma visão ahistórica e concluída de ciência, construída por gês e distante do seu alcance. nio

## Conceitos importantes sobre RI

As RI podem ser eletromagnéticas, quando se propaga m no vácuo com a velocidade da luz (3x10 m/s), ou corpusculares, quando possuem massa de 8 repouso.

As radiações eletromagnéticas transportam energia através do espaço combinando campos elétricos e magnéticos e também pdem ser descritas como o um feixe de fótons. (MEDEIROS E SANTOS, 2011). De acordo com Okuno (2013), os raios X e γ (gama) são as únicas radiações de todo o espectro eletromagnético com energia suficiente para ionizar átomos.

Raios X são OEM de alta energia e poder de penetraç ão que não sofrem desvio de trajetória por ação de campos elétricos ou magnéticos. Possuem larga

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utilização na medicina em razão de sua capacidade d e enegrecer películas fotográficas e causar fluorescência em alguns sais etálicos. Os raios X são m produzidos de forma artificial a partir da aceleração de elétrons, utilizando alta tensão, contra um material metálico e de alto ponto de fusão. De acordo com Okuno e Yoshimura (2010), são usados tungstênio e molibdêio, cujos pontos de fusão são n 3.695ºK e 2.896ºK, respectivamente.

Existem dois processos de obtenção de raios X, dife renciados pelo tipo de interação entre os elétrons acelerados e o alvo. Sã o eles os raios X de freamento e os raios X característicos.

Os raios X de freamento (bremsstrahlung) são obtido s quando elétrons carregados interagem com o núcleo de átomos de alto número atômico, sendo desviados de sua trajetória devido à força coulumbiana. (OKUNO, CALDAS E CHOW, 1982). Este desvio resulta em perda de energia cinética, que é emitida em raios X. De acordo com Medeiros e Santos (2011, p. 26), 'A energia dos raios X gerados por frenagem varia desde valores muito baixos até um valor máximo, igual à energia cinética da partícula incidente'. A energia dos raios X de freamento depende do grau de aproximação entre o elétron e o núcleo e da energia cinética do elétron incidente, seu espectro de energia é contínuo. (OKU NO E YOSHIMURA, 2010).

Os raios X característicos são obtidos quando os elétrons incidentes colidem com elétrons localizados nas camadas mais internas dos átomos do alvo. Os elétrons incidentes transferem energia para estes e létrons orbitais, fazendo com que eles sejam ejetados e deixem uma lacuna. A falta de elétrons na camada mais interna deixa o átomo instável, fazendo com que eléns localizados em uma órbita tro mais externa passem para uma órbita mais interna para ocupar as lacunas, emitindo fótons de raios-X. O nome de raios X característico s é assim explicado por Medeiros e Santos (2011, p. 27),

Este processo de reorganização pode ocorrer numa única onda eletromagnética emitida ou em transições múltiplas (emissão de vários fótons de Raios X de menor energia). Sabendo que os níveis de energia dos elétrons são únicos para cada elemento, característ cos de cada elemento, i os Raios X decorrentes deste processo também são ún icos e, portanto, característicos de cada elemento (material).

Portanto, diferentemente dos raios X de freamento, os característicos dependem do material do qual é feito o alvo e não podem assumir qualquer valor de energia, ou seja, seu espectro de energia é discret o. (OKUNO E YOSHIMURA, 2010).

Os raios γ são OEM, assim como os raios X, o que os diferenci a a origem. De acordo com Okuno, Caldas e Chow (1982), os raios X são originados fora do núcleo, enquanto os raios gama têm origem no interi r do núcleo de átomos o radioativos. Os raios gama são extremamente penetra ntes, interagem com a matéria por efeito fotoelétrico, efeito Compton ou produção de pares e perdem toda ou quase toda sua energia em uma única interação.

Os átomos possuem em seu núcleo prótons e nêutrons, nde o seu número o de prótons é específico para cada elemento. Um dado elemento pode ter variações em seu número de nêutrons e a estes elementos com d erentes números de if

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nêutrons chamamos de isótopos, que podem ser estáve ou instáveis. Núcleos is atômicos instáveis, ou seja, em nível excitado, na usca por estabilidade energética b emitem de forma espontânea algumas partículas ou fótons de radiação gama, retornando a um estado menos excitado ou fundamental. Este processo é conhecido por desintegração ou decaimento radioativo. (OKUNO, CALDAS E CHOW, 1982; MEDEIROS E SANTOS, 2011). Os isótopos instáveis são conhecidos como radioisótopos e estas partículas emitidas de forma espontânea podem ser alfa, elétrons ou pósitrons.

Partículas alfa são núcleos de Hélio (He) e têm orim do decaimento de ge elementos pesados como o Urânio e o Rádio e por pos suir carga elétrica podem sofrer desvio de campos magnéticos. Devido ao peso do núcleo de He ser elevado em relação ao elétron, o poder de penetração dessa radiação é bem menor do que o das radiações x e gama. De acordo com Okuno, Caldas e Chow (1982), a partícula alfa não é capaz de penetrar na pele humana, porém a ingestão de uma fonte transmissora pode causar sérios danos à saúde.

Partículas beta são elétrons ( -) e pósitrons ( β β +) e por serem mais leves do que as partículas alfa possuem um poder de penetraç ão maior, porém não comparável às radiações x e gama. (OKUNO, CALDAS E CHOW, 1982). Ocorrem normalmente em núcleos de pequena massa com excesso de nêutrons ou de prótons em relação à estrutura estável correspondente.

## Relevância do estudo das RI

As aplicações dos conhecimentos sobre RI têm se int ensificado desde a descoberta dos raios X no final do século XIX. Segu ndo Okuno, Caldas e Chow (1982), o diagnóstico a partir da radiologia e, posteriormente, a inspeção de materiais com raios X foram as primeiras aplicações entre muitas outras que se seguiram. Radiografia e gamagrafia, utilizadas para detectar descontinuidades e heterogeneidades nos materiais, medidas de espessura, nível e vazamento, conservação de alimentos, esterilização de materiai s cirúrgicos, controle de pragas, estudo da poluição do ar e datação de fósseis são a penas algumas das aplicações das RI na indústria, na agricultura e na pesquisa. (OKUNO, CALDAS E CHOW, 1982). De acordo com Lucena et. al. (2017), o crescente uso das radiações ionizantes em diversas áreas torna necessário esclacer a população sobre os re riscos e benefícios associados e a escola é o local propício para disseminar estes conhecimentos. As Diretrizes Curriculares Nacionais para o Ensino Médio (DCNEM) apontam que 'é preciso reconhecer que a escola se c onstitui no principal espaço de acesso ao conhecimento sistematizado, tal como ele foi produzido pela humanidade ao longo dos anos'. (BRASIL, 2013, p. 167)

Embora o estudo das RI possua grande destaque na medicina, indústria, agricultura e pesquisa científica, em razão da relevância das suas aplicações, a importância do conhecimento sobre RI está para além das demandas mercadológicas com suporte em ciência e tecnologia. Tão ou mais importante do que discutir as RI em uma perspectiva biomédica ou industrial, é compreender a sua relevância para a contemporaneidade, a partir de seus impactos políticos e sociais. De acordo com Medeiros e Santos (2011), a grande quantidade de mitos e medos relacionados às radiações, criados e fomentados por bibliografias desqualificadas, cinema e mídia, justifica o estudo das RI no ensino médio. No acidente radiológico de Goiânia, em 1986, onde várias pessoas foram cont aminadas devido à violação da

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uma cápsula de Césio 137, Lucena et. al. (2017, p. 2) afirma que 'a reação da 1 população face o acidente foi bastante estimulada p elos meios de comunicação e pelos boatos'. Desta forma, podemos perceber que a falta de conhecimento do cidadão foi determinante para o estado de pânico in staurado. Ainda segundo Lucena et. al. (2017, p. 13),

O reflexo da falta de informação prévia, que levou a população ao medo e ao pânico, pôde ser observado em diferentes setores daquela sociedade. Foram relatados diversos episódios de preconceito e discriminação, tais como, cancelamento de reservas de hotéis, rejeição de hospedagens em outros estados, exigência de atestado de não contam inação, redução de vendas nos comércios locais, fechamento de lojas, r edução nos preços de imóveis, queda no turismo, etc.

Diante do exposto, reiteramos que o estudo das RI no ensino médio traria um ganho significativo para a sociedade, já que de acordo com Prestes, Cappellette e Santos (2008), os estudantes têm apenas ideias vaas e desarticuladas sobre g radiações.

Mesmo entre os profissionais, o nível de conhecimen to sobre radiações é preocupante. Segundo Silva (2011), em relação à uti lização de equipamentos emissores de RI existe um desacordo entre o conhecimento tecnológico relacionado e seus riscos. O que dá a entender que mesmo no usoprofissional das RI são detectados alguns problemas. Ainda segundo Silva (2011, p. 11),

Se o diagnóstico entre profissionais mostra um grau significativo de desconhecimento sobre o tema em questão, podemos su por que os cidadãos, de maneira geral, desconhecem os conceito s básicos sobre RI e seus reais efeitos deletérios. Nesse momento a esco la exerce um papel fundamental. Ela é um dos locais mais importantes p ara a formação do cidadão. Deste modo, precisamos rever como a escola se enquadra na formação do cidadão compatível com a sociedade contemporânea.

Podemos concluir, portanto, que estudar sobre RI permite ao cidadão entender as implicações de alguns procedimentos rad iológicos, bem como, refletir criticamente sobre notícias que envolvam radiações.

Outros alguns fatores determinantes para justificar a inserção das RI no ensino médio são a atualidade do tema, a interdisciplinaridade e a sua capacidade de fomentar discussões sobre CTSA.

As tensões recentes no mundo por conta das ameaças nucleares da Coréia do Norte têm merecido um especial destaque na mídia Segundo Silva (2001, p. 38), .

Essa tensão que permeia o mundo contemporâneo é reflexo do poder devastador das armas nucleares que o mundo conheceu após os Estados Unidos lançarem a primeira bomba nuclear, em território habitado, nas cidades de Hiroshima e Nagasaki logo após o fim da Segunda Grande Guerra.

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Os riscos de uma nova guerra são reais, por isso é imperativo que o cidadão esteja instrumentalizado para compreender, analisar criticamente e discutir as implicações sociais e políticas da situação que se desenha. De acordo com Freire Jr (2004 apud SILVA, 2011, p. 37) uma visão descontext ualizada e socialmente neutra da ciência contribui muito pouco para a formação do cidadão.

Assim, é possível constatar que a utilização da ciêcia para fins bélicos é um n tema muito atual e que discutir sobre ele é de extr ema importância na perspectiva de formação cidadã.

A maciça presença das RI no estudo das ciências natrais favorece uma u abordagem interdisciplinar do tema. Okuno, Caldas e Chow (1982) alerta para o fato de que o estudo das ciências biológicas está se tor ando cada vez mais quantitativo n em termos teóricos e experimentais, reflexo do uso de métodos e conceitos fundamentais da Física, Química e Matemática. Além as pesquisas relativas às RI d na Física, várias publicações sobre ao assunto pode m ser encontradas no campo da Química e da Biologia. O que nos permite afirmar qu e existe uma tendência natural ao uso das RI com um viés interdisciplinar.

Quanto às discussões CTSA acerca das RI, um tema ba stante discutido atualmente é o uso da energia nuclear, principalmen te quando se fala na situação crítica da matriz energética brasileira, motivada pla diminuição da oferta de geração e hidráulica em razão da falta de chuvas. De acordo c om Lucena et. al. (2017, p. 2),

Ao final de 2014, o número de instalações controladas pela Comissão Nacional de energia Nuclear (CNEN) no Brasil era: 5007 instalações radiativas, 9 reatores nucleares e 15 instalações d o ciclo do combustível nuclear. Atualmente, duas usinas nucleares estão em operação com capacidade para gerar 2.007 megawatts de energia e está em construção a terceira usina nuclear, Angra III.

Recentemente a comissão de finanças e tributação da câmara dos deputados rejeitou o Projeto de Decreto Legislativo 225/11, do deputado Ricardo Izar (PP-SP), que autorizava a realização de plebis cito sobre a continuidade ou não do uso de fontes de energia nuclear. O projeto foi apresentado após o acidente na usina de Fukushima no Japão em 2011 e questiona a f alta de transparência relacionada aos gastos com a construção e operação das usinas Angra I e II, bem como a paralisação da construção de Angra III. Embo ra as preocupações do deputado sejam pertinentes, o nível de conhecimento científico do cidadão brasileiro para discutir sobre o assunto é questionável. Diant dos argumentos apresentados, e entendemos ser relevante promover o estudo das RI no ensino médio. Para

## Considerações finais

Apesar dos argumentos que corroboram para a relevância de se estudar RI no ensino médio a sua efetiva inserção nas escolas parece estar longe de ocorrer, porém acreditamos que a realização de mais pesquisas sobre o assunto e a produção de material didático qualificado são ações importantes para atenuar este quadro.

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As discussões sobre RI no contexto escolar são rela tivamente recentes e configuram como uma promissora área de pesquisa. Po r ainda haver muito a discutir sobre o assunto, sugerimos as seguintes linhas de pesquisa:

- · A análise dos livros didáticos do PNLD, verifican o se eles discutem d sobre RI e de que forma eles abordam o tema. Se eles têm fundamento em alguma teoria de ensino e de aprendizagem, se utilizam elementos históricos na sua abordagem, entre outras questões.
- · A análise dos noticiários de diversas mídias sobr acidentes e radioativos, pesquisando impressos e audiovisuais para levantar as concepções equivocadas que são reproduzidas nos meios de comun icação.
- · A construção de uma sequência didática destinada a futuros profissionais da área médica, onde o foco estaria ns riscos e na proteção o radiológica.

Estudar as RI no Ensino Médio atende a uma necessid ade de conhecimento que tem demanda não só no cidadão comum, mas também em profissionais da área de radiologia e entender os conceitos, as aplicaçõe s e as implicações sociais do uso das RI confere ao estudante uma visão de ciência não neutra e não imune às necessidades e anseios de quem a financia.

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