Radioactividade na sala de aula Teach article

Traduzido por M.ª da Conceição Abreu. Luis Peralta, professor no Departamento de Física da Universidade de Lisboa, e Carmen Oliveira, professora de física e química na Escola Secundária de Casquilhos no Barreiro, perto de Lisboa, descrevem o Projecto Radiação Ambiente, no qual os…

O projecto Radiação Ambiente, que iniciou-se em 2007, realça a importância no dia a dia da radiação ionizante – radiação com energia suficiente para remover electrões dos átomos ou moléculas. Actualmente, envolve alunos (com idades entre 12 e 18 anos) e professores de 25 escolas básicas e secundárias espalhadas por Portugal Continental e Açores, recebendo apoio técnico e logístico dos departamentos de Física das Universidades de Lisboa e Beira Interior, e do Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas. A ideia do projecto surgiu quando estudantes de várias escolas secundárias visitaram a Universidade de Lisboa durante alguns dias no Verão de 2006 e, para eles foi organizado um primeiro passeio às minas de urânio na região de Mangualde. São sugeridas aos professores e alunos experiências tipo mãos na massa e a partilha dos resultados através da página do projecto^w1 (ver os gráficos abaixo) e num encontro anual de um dia, realizado numa das escolas participantes.

Este encontro inclui uma feira de ciência onde os alunos apresentam os resultados e trocam novas ideias, e os melhores trabalhos são premiados com prémios simbólicos. No final do dia, realiza-se um debate de prós e contra entre os alunos e cientistas convidados sobre assuntos relacionados com as radiações. O encontro é também um acontecimento social e atrai a atenção dos jornalistas e das rádios locais.

O projecto Radiação Ambiente proporciona também actividades extra curriculares. Em 2008, alunos e professores, acompanhados por dois geólogos, visitaram as minas de urânio perto de Nisa, uma pequena cidade situada a nordeste de Lisboa a cerca de 200 km. Esta é uma das localidades em Portugal onde a céu aberto se podem recolher rochas com alguma radioatividade natural. Os estudantes recolheram neste local cerca de 50kg de rocha, que foram posteriormente usadas nas escolas para fazer algumas das experiências. Na Europa existem regiões onde rochas deste tipo também podem ser recolhidas, como por exemplo, na República Checa.

O tópico escolhido para o projecto pode ser controverso, uma vez que colocamos jovens em contacto com radioactividade, mas todas as amostras usadas têm baixa actividade e, de facto, este aspecto negativo pode ser transformado em positivo, porque o projecto incentiva os alunos a desenvolverem uma cultura de protecção e boas práticas para situações da vida do dia a dia como seja o exemplo da radioprotecção em imagiologia médica. Por fim, o projecto tem na página web um fórum que promove a discussão entre os alunos sobre o tema das radiações e de tópicos com ele relacionados.

As experiências

A apresentação da radioactividade é feita através de várias situações. Por exemplo, a radiação proveniente do radão e do decaimento dos seus descendentes representa cerca de 50% do total da dose de radiação a que a população da Europa está exposta. Por sua vez, o radão provêm do declínio do urânio presente nas rochas, em geral graníticas e escapa-se do solo e através das fendas nas paredes, acumulando-se em divisões fechadas tais como adegas, ou caves dos edifícios, onde a sua presença pode ser detectada com experiências simples que os alunos podem fazer nas suas escolas.

As experiências propostas neste projecto são projectadas de modo a recorrer a um mínimo de material barato. A cada escola participante foi disponibilizado um kit com um contador Geiger, sementes irradiadas, filme dental para raio-X, e uma caixa com cerca de 2 kg de rochas recolhidas nas minas de urânio. As escolas têm que disponibilizar espaço de laboratório, computadores e o entusiasmo de alunos e professores.

Um largo conjunto de experiências, com diversos graus de complexidade, podem ser realizadas para introduzir e explorar o tema da radioactividade. Por exemplo, os alunos podem usar detectores Geiger para medir o valor da radiação na escola e no meio envolvente, e criar mapas de radiação local usando coordenadas GPS que podem ser encontradas no Google Earth^w2. Outras experiências simples que só envolvem o detector Geiger são a detecção de radiação nos sais usados na preparação dos alimentos, como seja o cloreto de potássio e nas rochas; em experiências mais complexas os alunos podem colocar pedaços de metais de diferentes espessuras e composição (chumbo, alumínio) entre o material radioactivo e o detector Geiger, descobrindo como a radiação diminui quando passa pelo metal.

As experiências do projecto Radiação Ambiente também incluem a captura, numa sala pouco usada, de poeiras radioactivas por balões: esfrega-se bem o balão com um pano pouco condutor para criar electricidade estática que atrai a poeira, pendura-se o balão durante 30 minutos numa sala fechada que em geral não é utilizada, esvazia-se o balão e usamos um detector Geiger para medir a radiação emitida a partir do balão. Os alunos podem também recrear a experiência histórica de Becquerel, que conduziu à descoberta da radioactividade. Nesta experiência rochas radioactivas são colocadas sobre filme para raio-X dental e uma vez reveladas mostram a autoradiografia produzida.

Explicações detalhadas de todas as experiências e discussões no fórum sobre radioactividade (em português) podem ser vistas na página do projecto^w1.

Com o protocolo dado a seguir, os alunos podem explorar uma aplicação comercial da radioactividade. Esta experiência tem sido realizada com sucesso por estudantes entre os 13 e 20 anos, mas também é acessível a mais jovens, se a realização (medições e gráficos) for correctamente adaptada.

Apesar da radiação ionizante ser um risco para as pessoas, por poder danificar o DNA e outras estruturas celulares, pode também ser – e frequentemente é – usada para nosso benefício. A radiação ionizante é usada para matar todos os micróbios nos instrumentos cirúrgicos, esterilizando-os e é também empregue de modo semelhante para aumentar o tempo de conservação de alimentos e ainda na agricultura, onde se usa para eliminar parasitas das sementes. Em Portugal, a irradiação de sementes está a ser feita somente para fins de pesquisa, mas nos USA, é uma prática corrente. É obvio, que isto pode causar danos na própria estrutura da semente. Contudo, as sementes são em geral muito mais resistentes às radiações que os microorganismo que as parasitam. Assim, é uma questão de encontrar o balanço justo: a quantidade de radiação a que submetemos as sementes, deve ser suficientemente forte para matar os parasitas, mas não demasiada de modo a não prejudicar as sementes.

Os alunos podem observar os efeitos das radiações na germinação e crescimento das plantas seguindo o desenvolvimento das sementes sujeitas a diferentes doses de radiação.

Nesta experiência, o projecto Radiação Ambiente, irradiou as sementes recorrendo a uma instalação experimental de raio-X existente no departamento de física da Universidade de Lisboa e a uma empresa que esteriliza material cirúrgico. Instituições idênticas podem ser contactadas nos vossos países se quiserem irradiar sementes.

Equipamento e materiais para grupos de 2-4 alunos

• Vários tabuleiros (todos da mesma forma e tamanho)
• Sementes de planta previamente sujeitas a diferentes (mas conhecidas) doses de radiação (o ideal é que sejam entre 0 –400Gy)
• Recomendamos, se possível, o uso de sementes de trigo, mas podem ser usadas sementes de alpista que é mais fácil de encontrar.

  O factor determinante é a uniformidade da dose aplicada (i.e. quando irradiadas, todas as sementes de um dado grupo deve receber a mesma quantidade de radiação). Usámos na irradiação um tubo de raios-X Philips de potência elevada. As sementes (no início um volume de cerca de 0,5l ) foram colocadas num copo de plástico, a 0.5 m da janela do tubo de raios-X. Para controlar a dose de radiação depositada, uma câmara de ionização PTW Farmer, foi colocada dentro do copo, no meio das sementes. Quando uma dada dose é atingida, parte das sementes são tiradas do copo e colocadas em sacos com etiquetas. Deste modo a dose tem um efeito cumulativo para as sementes que ficam no copo.

  Um dos problemas desta irradiação é que as sementes mais próximas da janela do tubo recebem uma maior dose, mesmo quando o copo é rodado de 180º entre irradiações. Para o futuro, a melhor solução é colocar o copo numa base que rode (como seja num velho gira discos).

• Terra ( serve terra de jardim)
• Água
• Uma régua
• Opcional: sensores de temperatura, luz, pH e humidade.

Procedimento

1. Colocar em cada tabuleiro quantidades iguais de terra.
2. Dividir os tabuleiros em áreas iguais (uma zona para cada dose de radiação), etiquetar convenientemente e, semear as sementes que receberam uma dada dose na respectiva zona. Assegurar-se que semeiam um número idêntico de sementes (50-100) em cada zona e registar esse número! Se possível semear em grelha – facilita quando no fim se tem de medir e contar as plantas individualmente.
3. Cobrir as sementes com uma camada de terra com 2-3 mm (se puser mais, levam mais tempo a germinar).
4. Regar regularmente as sementes com o mesmo tipo e quantidade de água.
5. Conservar os tabuleiros sempre no mesmo local durante a experiência, para assegurar que as condições de crescimentos são as mesmas.
6. Se tiver o equipamento conveniente, medir e registar regularmente as condições ambientais (temperatura, luz, pH e humidade). Se for uma actividade extra-curricular os alunos podem fazer isto diariamente. Caso contrário, deve ser feito nas horas lectivas.
7. Para cada dose de radiação, contar quantas sementes germinam. Podem também, tomar nota de quais germinam primeiro.

   O tempo de germinação depende das condições do local. Observámos diferenças da ordem da semana entre as escolas da rede. A luz e a temperatura são os factores mais importantes, tal como a profundidade a que as sementes foram enterradas. Numa das escolas havia plantas ao fim de 4 dias enquanto em outras levavam 12 dias a germinar. Em geral, podemos fazer a primeira medida quando as plantas atingirem 4-5 cm de altura.

8. Medir a altura de cada planta 8 e 12 dias após germinação e registá-la. Como o crescimento é variável, isto é apenas uma sugestão. Cada planta deve ser medida individualmente, o que para 50 plantas é uma a tarefa que leva cerca de 15 minutos. Esta tarefa é mais fácil se semearmos as sementes em grelha.
9. Para cada dose de radiação, agrupar as alturas medidas em intervalos de 0.5 cm, e fazer um histograma que mostre o número de plantas em cada grupo de alturas (ver o histograma do exemplo).
10. Calcular a altura média das plantas 8 e 12 dias depois da germinação, para cada dose de radiação.
11. Registar os resultados em tabelas e traçar um gráfico que mostre como a altura média varia com a dose de radiação.
12. Calcular para cada dose, a percentagem de sementes que germinaram (em função do número das sementes plantadas por dose). Mostrar os resultados num gráfico que evidencie como a dose de radiação afecta a percentagem de sementes germinadas (ver o gráfico do exemplo).

Discussão

• A dose de radiação influencia o número de sementes germinadas? Como?
• A dose de radiação influencia a altura das plantas? Afecta a rapidez com que crescem?
• Qual a dose de radiação que permite um maior número de germinação de sementes? Qual a dose correcta para obter as plantas mais altas?

Os alunos podem concluir que com alguma dose de radiação a percentagem de sementes germinadas e a altura das plantas aumenta até um certo nível acima do qual a radiação causa danos às sementes e o número das sementes germinadas e a altura das plantas diminui. A nossa experiência diz-nos que dependendo do tipo da planta, acima de 300 – 400Gy, a maioria das sementes não germina e, as que germinam apresentam problemas, por exemplo, apodrecem ao fim de alguns dias.

Os coordenadores do projecto Radiação Ambiente estão frequentemente em contacto com biólogos e professores de biologia para que esta experiência seja uma acção multidisciplinar, a qual permita aos alunos uma interpretação dos efeitos da radiação ao nível celular e genético. Os professores interessados podem contactar os coordenadores através do fórum na página do projecto.

Agradecimentos

Este projecto foi financiado pelo Ciência Viva, a Agência Nacional para a Cultura Cientifica e Tecnológica, pelo Programa para a Ciência e Inovação 2010 e, pelo ERDF (Fundo para o Desenvolvimento Regional Europeu).

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