Radioisótopos

Radioisótopos são os isótopos radioativos de um elemento químico cuja origem pode ser natural ou sintética. Os radioisótopos, portanto, apresentam a propriedade de sofrer decaimento nuclear, o que significa que seus núcleos sofrem decomposição com emissão de radiação. O tempo de decaimento de um radioisótopo é constante, sendo determinado pelo chamado tempo de meia-vida.

Radioisótopos são empregados em diversas áreas, principalmente na medicina, onde são utilizados para diagnósticos e tratamentos. Também são úteis na datação de fósseis e rochas, além de serem importantes na agricultura, seja para controle de pragas ou até mesmo irradiação de alimentos. Os radioisótopos também são importantes na produção de energia e para sistemas de segurança industriais e residenciais.

Leia também: Quais são os elementos radioativos da tabela periódica?

Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre radioisótopos
• 2 - O que são radioisótopos?
• 3 - Características dos radioisótopos
• 4 - Para que servem os radioisótopos?
  • Para datação isotópica
  • Como traçadores radioativos
  • Para diagnóstico por imagem na medicina nuclear
  • Para radioterapia
  • Para irradiação de alimentos e instrumentos
  • Para segurança residencial e industrial
  • Para produção de energia
• 5 - Exemplos de radioisótopos
• 6 - Radioisótopos usados na medicina
• 7 - Diferenças entre isótopos e radioisótopos

Resumo sobre radioisótopos

• Radioisótopos são os isótopos radioativos de um elemento químico.
• Podem ser naturais ou sintéticos (produzidos em laboratório).
• Os radioisótopos apresentam a propriedade de sofrerem decaimento nuclear, onde seus núcleos se decompõem com emissão de radiação.
• Na medicina, são usados para diagnósticos e tratamento de doenças, a exemplo do iodo-131, na cintilografia.
• São também empregados na datação de fósseis e rochas, como o carbono-14, o urânio-238 e o potássio-40.
• Na agricultura, são usados para descontaminar alimentos e fazer o controle de pragas.
• Radioisótopos físseis, como o urânio-235 e o plutônio-239, podem ser usados como fonte de energia para usinas nucleares.

O que são radioisótopos?

Radioisótopos são os isótopos radioativos de um determinado elemento químico. Os radioisótopos podem ser de origem natural ou sintética (produzidos em laboratório). São muito úteis, sendo usados na cura e diagnóstico de doenças, na preservação de alimentos, no acompanhamento de reações químicas e, até mesmo, como combustível de naves espaciais.

Características dos radioisótopos

Os radioisótopos sendo isótopos radioativos apresentam decaimento nuclear, o que quer dizer que seus núcleos sofrem decomposição, emitindo radiação (como partículas alfa, beta e radiação gama). Ao sofrerem decaimento, sofrem a chamada reação nuclear, uma vez que sofrem mudança de composição de seu núcleo.

\({}_{88}^{226}\mathrm{Ra} \;\rightarrow\; {}_{86}^{222}\mathrm{Rn} \;+\; {}_{2}^{4}\alpha\)                                   (decaimento alfa de um radioisótopo)

\({}_{6}^{14}\mathrm{C} \;\rightarrow\; {}_{7}^{14}\mathrm{N} \;+\; {}_{-1}^{0}\beta\)                                      (decaimento beta de um radioisótopo)

A velocidade de desintegração de um radionuclídeo apresenta uma constante chamada de tempo de meia-vida, que é caracterizada como sendo o tempo necessário para que sua quantidade decaia pela metade. O tempo de meia-vida é um parâmetro importante do radioisótopo. A tabela a seguir apresenta a meia-vida de alguns núcleos radioativos.

Alguns radioisótopos são físseis, ou seja, podem sofrer fissão nuclear, dividindo-se em núcleos menores mediante absorção de nêutrons.

\({}^{235}_{92}\mathrm{U} + {}^{1}_{0}\mathrm{n} \;\rightarrow\; {}^{142}_{56}\mathrm{Ba} + {}^{92}_{36}\mathrm{Kr} + 2\,{}^{1}_{0}\mathrm{n}\)                (fissão nuclear do urânio-235)

Veja também: Fusão nuclear x fissão nuclear — qual a diferença?

Para que servem os radioisótopos?

• Para datação isotópica

A partir dos tempos de meia-vida dos radioisótopos, é possível utilizá-los como alicerces para datação, seja de matéria orgânica (como é o caso do carbono-14) ou geológica (como é o caso do urânio-238 e o potássio-40).

Uma pequena parte do carbono presente nos seres vivos está na forma de carbono-14, o qual apresenta um decaimento beta com tempo de meia-vida de 5730 anos, numa proporção de fixa de cerca de 1 átomo de ¹⁴C para cada 10¹² átomos de ¹²C. Quando um ser vivo morre, o teor de carbono começa a cair e, dessa forma, há uma alteração na razão de átomos de carbono, a qual é utilizada para datar a matéria orgânica.

Rochas podem ter seu tempo de existência estimada a partir de seu esmagamento sob vácuo. O potássio-40 lá presente é convertido em argônio-40. Após o esmagamento, um espectrômetro de massa é capaz de medir os níveis de argônio liberados. Tal técnica serviu para estimar a idade das rochas da superfície da Lua, por exemplo.

• Como traçadores radioativos

É possível marcar moléculas com radioisótopos, podendo assim acompanhar mudanças e determinar posições, permitindo o monitoramento desses compostos em diversos sistemas, inclusive em seres vivos. Na agricultura, o uso de traçadores radioativos permite o acompanhamento do metabolismo das plantas, verificando o que é necessário para seu crescimento, o que está sendo absorvido pelas raízes e pelas folhas, além de se observar a retenção de determinados elementos químicos.

Traçadores são aplicados em insetos para acompanhar o seu comportamento, como no caso de formigas, em que se descobre seu formigueiro de origem e, no caso de abelhas, as flores de sua preferência. A marcação de insetos com radioisótopos permite a eliminação de pragas, uma vez que é possível, dessa forma, identificar qual predador irá se alimentar do inseto indesejável, evitando o uso de inseticidas.

Os traçadores também são úteis para determinação do mecanismo das reações químicas. Por exemplo, é possível marcar o átomo de oxigênio da água com um radioisótopo desse elemento (¹⁸O, por exemplo) e monitorando o mesmo ao longo do processo reacional, como no caso da fotossíntese:

6 CO₂ (g) + 6 H₂¹⁸O (l) → C₆H₁₂O₆ (s) + 3 O₂ (g) + 3 ¹⁸O₂ (g)

Graças a tal técnica, foi possível demonstrar que o oxigênio produzido na fotossíntese vem das moléculas de água, e não das moléculas de dióxido de carbono.

• Para diagnóstico por imagem na medicina nuclear

Os radiofármacos são compostos radioativos, sem atividade farmacológica, que são usados para diagnóstico ou terapia em medicina nuclear. Os radiofármacos, além do radioisótopo, apresentam também um carreador (ou ligante) que apresenta afinidade biológica por um órgão, tecido ou sistema. Dessa forma, o radiofármaco é transportado até seu alvo via afinidade biológica, ao passo que é monitorado pela emissão de radiação. Isso permitiu o desenvolvimento de técnicas de diagnóstico e de terapia mais sensíveis e precisas.

É o caso da cintilografia. Para avaliação, por exemplo, de distúrbios na tireoide, pode-se fazer com que o paciente faça a ingestão de uma solução de iodo-131, a qual é absorvida pela glândula tireoide. O iodo-131 é um emissor beta e gama e, com isso, a região da glândula tireoide é posta em frente a um detector (cintilômetro), permitindo a obtenção de uma imagem da glândula.

• Para radioterapia

A radioterapia consiste no tratamento por meio da utilização de fontes radioativas, como césio-137 ou cobalto-60, com a finalidade de destruir células tumorosas, as quais são mais sensíveis à radiação do que os tecidos normais. Na radioterapia, o paciente é exposto a um feixe de radiação, o qual é concentrado sobre a região que será tratada, por meio de irradiação (exposição de um corpo à radiação).

• Para irradiação de alimentos e instrumentos

Alimentos podem ser irradiados (expostos a uma fonte radioativa) objetivando uma maior conservação. Batatas irradiadas, por exemplo, podem ser armazenadas por mais de um ano sem murcharem ou brotarem, o que facilita, inclusive, no controle de custos. Vale lembrar que a irradiação não contamina os alimentos, uma vez que, para haver contaminação, deve haver a presença do material indesejado no alimento, o que não ocorre.

A indústria farmacêutica também utiliza fontes radioativas para esterilização de seringas, luvas cirúrgicas, gaze e materiais descartáveis. Isso impede a utilização de esterilização com altas temperaturas, o que poderiam causar deformações ou outros danos nos materiais, impedindo seu uso subsequente.

• Para segurança residencial e industrial

Detectores de fumaça podem utilizar o radioisótopo amerício-241, o qual ioniza as partículas de fumaça e, assim, permite a passagem de corrente elétrica capaz de acionar o alarme.

Na indústria, é comum a utilização da gamagrafia, que consiste na impressão de radiação gama em filmes fotográficos, técnica também chamada de radiografia de peças metálicas. No caso, são aplicados radioisótopos em peças metálicas, a fim de observar se há defeitos ou rachaduras no corpo das peças. Essa técnica também pode ser utilizada por empresas de aviação, para investigar se há fadiga nas partes metálicas e soldas essenciais no corpo do avião.

Detectores de níveis de líquidos em tanques podem empregar radioisótopos. No caso, uma fonte emite radiação para um detector que se encontra no lado oposto. Quando o líquido atinge um nível suficiente, boa parte da radiação deixa de chegar ao detector, indicando que o mesmo chegou à altura indicada.

• Para produção de energia

Reações de fissão nuclear liberam muita energia. A energia liberada na fissão de 1,0 grama de urânio-235 supera em milhões de vezes a energia liberada na combustão de 1,0 grama de metano. Por isso, radioisótopos físseis, como o urânio-235 e o plutônio-239, podem ser usados como fonte de energia para usinas nucleares. A imensa energia produzida é utilizada para o aquecimento de grandes massas de água, que, assim, produzirão grandes quantidades de vapor, utilizadas para movimentação de turbinas e consequente produção de energia elétrica.

Essa energia também pode ser empregada em espaçonaves, como é o caso da sonda Voyager 2, a qual já saiu do nosso sistema solar e, por conta disso, utiliza radioisótopos de meias-vidas longas como combustível.

Exemplos de radioisótopos

• Carbono-14: usado na datação de fósseis e outras matérias orgânicas.

• Potássio-40: usado na datação de rochas.

• Amerício-241: usado em detectores de fumaça.

• Urânio-235: utilizado como combustível nuclear.

• Plutônio-239: utilizado como combustível nuclear.

• Oxigênio-18: utilizado como traçador radioativo.

Radioisótopos usados na medicina

Os principais radioisótopos usados na medicina são:

• Tecnécio-99 metaestável (^99mTc): é o mais utilizado, estando presente em mais de 80% de procedimentos de medicina nuclear, como diversos tipos de cintilografia e linfocintilografia.

• Tálio-201: usado em cintilografia de perfusão miocárdica, sendo importante na detecção de doença coronária arterial.

• Flúor-18: usado na técnica de tomografia por emissão de pósitrons, que apresentam imagens melhores que as cintilografias convencionais, embora seja uma técnica mais cara. Útil nos diagnósticos de cardiologia, oncologia e neurologia.

• Sódio-24: usado como traçador radioativo, serve para monitorar o fluxo sanguíneo.

• Boro-10: usado no tratamento de câncer, sendo incorporado a um composto que é absorvido preferencialmente pelos tumores. Não é radioativo, mas quando bombardeado por nêutrons emite partículas alfa com alto poder destrutivo, o qual cessa com o fim do bombardeamento de nêutrons.

• Iodo-125: usado em braquiterapia para câncer de próstata em estágio inicial. O paládio-103 é uma alternativa.

• Iodo-131: usado para tratamento de lesões identificadas por radiodiagnóstico da tireoide, que também utiliza o mesmo isótopo, porém em doses menores.

• Samário-153: usado em pacientes com metástase óssea, como paliativo para dor. O estrôncio-89 e o rênio-186 são alternativas.

• Lutécio-177: usado para tratar tumores como neuroendócrinos, além de ser efetivo onde outros tratamentos falham. Também é usado em radioterapia.

• Ítrio-90: usado em radioterapia para tratamento de câncer, principalmente linfomas não Hodgkin e de fígado. Também é usado no tratamento da artrite.

• Césio-137: usado para esterilização por irradiação de raios gama, em geral, bolsas de sangue para transfusão e outras aplicações médicas.

• Cobalto-60: usado para esterilização por irradiação de raios gama, em geral, materiais descartáveis como seringas, gaze e luvas, entre outros. Também é aplicado em radioterapia, na chamada técnica “navalha gama”, que destrói tumores em locais onde não é possível acessar via cirurgia.

Saiba mais: Por que o lixo radioativo é perigoso e onde ele deve ser descartado?

Diferenças entre isótopos e radioisótopos

Isótopos são espécies atômicas diferentes de um mesmo elemento químico (pois possuem o mesmo número atômico). Se tais espécies atômicas forem radioativas, estas serão consideradas como sendo radioisótopos. Dessa forma, radioisótopos são isótopos radioativos.

Isótopos e radioisótopos diferentes de um mesmo elemento químico sofrem, essencialmente, as mesmas reações químicas, mas com diferenças no comportamento dos seus núcleos. Enquanto os isótopos são estáveis, os radioisótopos sofrem reações nucleares, como um decaimento, onde haverá emissão de radiação e decomposição nuclear, com conseguinte alteração da composição do núcleo atômico do radioisótopo.

Fontes

AFONSO, Júlio Carlos. Radioisótopos na medicina. Ciência Hoje. Rio de Janeiro, v. 56, n. 333, p. 32-37, jan./fev. 2016. Disponível em: https://cienciahoje.org.br/artigo/radioisotopos-na-medicina/.

ATKINS, P.; JONES, L.; LAVERMAN, L. Princípios de Química: questionando a vida e o meio ambiente. 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2018.

CARDOSO, Eliezer de Moura. Aplicações da Energia Nuclear. Colaboradores: Ismar Pinto Alves, Claudio Braz, Sonia Pestana. Rio de Janeiro: Comissão Nacional de Energia Nuclear, [202-?]. Disponível em: https://fiocruz.br/biosseguranca/Bis/manuais/radioprotecao/Aplicaes%20da%20Energia%20Nuclear.pdf.

VITAL, K. D. et al. Radiofármacos e suas aplicações. Brazilian Journal of Health and Pharmacy, [s. l.], v. 1, n. 2, p. 57-69, 2019. Disponível em: https://bjhp.crfmg.org.br/crfmg/article/view/80/47.

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