Radiación nuclear

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Radiación nuclear

Radiación nuclear

La emisi√≥n de part√≠culas desde un n√ļcleo inestable se denomina desintegraci√≥n radiactiva. La desintegraci√≥n radiactiva solo sucede cuando hay un excedente de masa-energ√≠a en el n√ļcleo.

Contenido

Los tipos de desintegración

  • Alfa: Emisi√≥n de √°tomos con dos protones y dos neutrones. Estas part√≠culas son id√©nticas a n√ļcleos de helio (4He).
  • Beta: Hay dos tipos de desintegraci√≥n, beta positivo y beta negativo. El beta positivo es una emisi√≥n de un positr√≥n acompa√Īado de un neutrino. El beta negativo es la emisi√≥n de un electr√≥n acompa√Īado de un antineutrino.
  • Gamma: Es la emisi√≥n de fotones de frecuencia muy alta. El √°tomo radiactivo se conserva igual, pero con un estado de energ√≠a menor.

Leyes de Desintegración Radiactiva

Las leyes de desintegración radiactiva (descritas por Soddy y Fajans) son:

  • Cuando un √°tomo radiactivo emite una part√≠cula alfa, la masa del √°tomo resultante disminuye en cuatro unidades y el n√ļmero at√≥mico en dos.
  • Cuando un √°tomo radiactivo emite una part√≠cula beta, el n√ļmero at√≥mico aumenta en una unidad y la masa at√≥mica se mantiene constante.
  • Cuando un n√ļcleo excitado emite radiaci√≥n gamma, no var√≠an ni su masa ni su n√ļmero at√≥mico, solo pierde una cantidad de energ√≠a ‚Äúhv‚ÄĚ.

Las dos primeras leyes indican que cuando un átomo emite una radiación alfa o beta, se transforma en otro átomo de un elemento diferente. Este nuevo elemento puede ser radiactivo, transformándose en otro, y así sucesivamente, dando lugar a las llamadas series radiactivas.

Semiperiodo de un radioisótopo

Es el tiempo en que tarda en reducir su radioactividad a la mitad. El semiperiodo es siempre el mismo, sin importar el momento en que se empieza a contar. Al transcurrir una vida media, la radioactividad se reduce a la mitad, al transcurrir dos vidas medias, la radioactividad se reduce a un cuarto. En general si transcurren N vidas medias, la radioactividad se reduce a 1/2N.

Todos los isótopos tienen las mismas propiedades químicas. La producción de algunos radioisótopos utilizados en medicina nuclear se lleva a cabo colocando el isótopo estable en un reactor nuclear o bajo el haz de un acelerador de partículas y sometiéndolo a un bombardeo con neutrones u otras partículas.

Las substancias radiactivas por lo com√ļn no emiten neutrones, excepto algunos elementos pesados que sufren fisi√≥n espont√°nea. Las fuentes de neutrones se basan en inducir una reacci√≥n nuclear cuyo producto sea un neutr√≥n.

Interacción de la radiación con la materia

La radiación nuclear se emplea por ejemplo en la gammagrafía y en la medicina nuclear. La gammagrafía utiliza las interacciones de los rayos gamma al penetrar por los diferentes tejidos. La medicina nuclear elimina los tejidos malignos a partir de la radioactividad de elementos radiactivos introducidos en el paciente.

Los efectos de las radiaciones en los materiales son la ionización, la excitación atómica del material y la fisión. A estos le pueden seguir cambios químicos. Así por ejemplo, las partículas alfa, al penetrar en la materia, atraen a su paso eléctricamente a los electrones cercanos, produciendo la ionización de estos átomos.

Cuando un √°tomo radiactivo genera un positr√≥n, este se asocia temporalmente a un electr√≥n, formando un ‚Äú√°tomo‚ÄĚ llamado positronio, en el que el electr√≥n y el positr√≥n giran uno alrededor del otro. El positronio tiene una vida media de 10-10 segundos. Luego se aniquilan las dos part√≠culas emitiendo rayos gamma de 511 keV.

Los rayos gamma transfieren su energía al material que atraviesan de tres formas diferentes. Estas son el efecto fotoeléctrico, el efecto Compton y la producción de pares.

Efecto fotoeléctrico

El fotón se encuentra con un electrón del material en cuestión, transfiriéndole toda su energía, desapareciendo el fotón original.

Efecto Compton

El fotón choca contra un electrón, el electrón solo adquiere parte de la energía del fotón, el resto de la energía se la lleva otro fotón de menor energía y desviado.

Producción de pares

Sucede cuando un fot√≥n se acerca al campo el√©ctrico de un n√ļcleo, el fot√≥n se convierte en un par electr√≥n-positr√≥n. El positr√≥n al final de su trayecto forma un positronio y luego se aniquilan produciendo dos fotones de aniquilaci√≥n. Los neutrones no tienen carga el√©ctrica, pero se ven afectados por la fuerza nuclear. Los neutrones no ionizan por no interaccionar con los electrones, el √ļnico efecto que pueden producir es incidir con los n√ļcleos, provocando reacciones nucleares o dispersiones el√°sticas.

Efectos biológicos de las radiaciones

Los efectos da√Īinos de la radiaci√≥n ionizante en un organismo vivo se deben principalmente a la energ√≠a absorbida por las c√©lulas y los tejidos que la forman. Esta energ√≠a es absorbida por ionizaci√≥n y excitaci√≥n at√≥mica, produce descomposici√≥n qu√≠mica de las mol√©culas presentes.

A menos de 100 mSv, no se espera ninguna respuesta cl√≠nica. Al aumentar la dosis, el organismo va presentando diferentes manifestaciones hasta llegar a la muerte. La dosis letal media es aquella a la cual cincuenta por ciento de los individuos irradiados mueren, esta es 4 Sv (4000 mSv). En ocasiones pueden aplicarse grandes dosis de radiaci√≥n a √°reas limitadas (como en la radioterapia), lo que provoca solo un da√Īo local.

Cuando la radiaci√≥n ionizante incide sobre un organismo vivo, las reacciones a nivel celular son principalmente en las membranas, el citoplasma y el n√ļcleo. La interacci√≥n en las membranas produce alteraciones de permeabilidad, lo que hace que puedan intercambiar fluidos en cantidades mayores de lo normal. La c√©lula no muere pero sus funciones de multiplicaci√≥n no se llevan a cabo. En el caso que la interacci√≥n sea en el citoplasma, cuya principal sustancia es el agua, al ser √©sta ionizada se forman radicales inestables. Algunos de estos radicales tender√°n a unirse para formar mol√©culas de agua y mol√©culas de hidr√≥geno (H), las cuales no son nocivas para el citoplasma. Otros se combinan para formar per√≥xido de hidr√≥geno (H2O2), el cual si produce alteraciones en el funcionamiento de las c√©lulas. La situaci√≥n m√°s cr√≠tica se presenta cuando se forma el hidronio (HO), el cual produce envenenamiento. Cuando la radiaci√≥n ionizante llega hasta el n√ļcleo de la c√©lula, puede producir alteraciones de los genes e incluso rompimiento de los cromosomas, provocando que cuando la c√©lula se divida lo haga con caracter√≠sticas diferentes a la c√©lula original.

Las células pueden sufrir aumento o disminución de volumen, muerte, un estado latente, mutaciones genéticas y cáncer. Estas propiedades radiactivas se pueden volver benéficas, es el caso de la radioterapia que utiliza altas dosis de radiación para eliminar tejidos malignos en el cuerpo. Sin embargo, por la naturaleza de la radiactividad, es inevitable afectar otros órganos sanos cercanos.

El da√Īo a las c√©lulas germinales resultar√° en da√Īo a la descendencia del individuo. Se pueden clasificar los efectos biol√≥gicos en som√°ticos y hereditarios. El da√Īo a los genes de una c√©lula som√°tica puede producir da√Īo a la c√©lula hija, pero ser√≠a un efecto som√°tico no hereditario. Un da√Īo gen√©tico es efecto de mutaci√≥n en un cromosoma o un gen, esto lleva a un efecto hereditario solamente cuando el da√Īo afecta a una l√≠nea germinal. El s√≠ndrome de la irradiaci√≥n aguda es el conjunto de s√≠ntomas que presentan las personas irradiadas de manera intensa en todo el cuerpo. Consiste en n√°usea, v√≥mito, anorexia, perdida de peso, fiebre y hemorragia intestinal.

Los efectos de la radiactividad en partes locales pueden ser eritema o necrosis de la piel, caída del cabello, necrosis de tejidos internos, la esterilidad temporal o permanente, la reproducción anormal de tejidos como el epitelio del tracto gastrointestinal, el funcionamiento anormal de los órganos hematopoyéticos (medula ósea y bazo), o alteraciones funcionales del sistema nervioso y de otros sistemas.

Los efectos generales de las radiaciones sobre el ser humano son los siguientes:
Cantidad Efecto
0mSv-250mSv Ninguna lesión detectable.
.5Sv (500mSv) Posibles alteraciones de la sangre, pero ninguna lesi√≥n grave. Ning√ļn otro efecto detectable.
1Sv Náuseas y fatiga con posibles vómitos. Alteraciones sanguíneas marcadas con restablecimiento diferido. Probable acortamiento de la vida. Ninguna incapacitación.
2Sv N√°useas y v√≥mitos en las primeras veinticuatro horas. A continuaci√≥n un periodo latente de una semana, ca√≠da del cabello, p√©rdida del apetito, debilidad general y otros s√≠ntomas como irritaci√≥n de garganta y diarrea. Posible fallecimiento al cabo de dos a seis semanas de una peque√Īa fracci√≥n de los individuos irradiados. Restablecimiento probable de no existir complicaciones a causa de poca salud anterior o infecciones. Posible incapacitaci√≥n.
4Sv Náuseas y vómitos al cabo de una a dos horas. Tras un periodo latente de una semana, caída del cabello, pérdida del apetito y debilidad general con fiebre. Inflamación grave de boca y garganta en la tercera semana. Síntomas tales como palidez, diarrea, epíxtasis y rápida atenuación hacia la cuarta semana. Algunas defunciones a las dos a seis semanas. Mortalidad probable del cincuenta por ciento..
6Sv Náuseas y vómitos al cabo de una a dos horas. Corto periodo latente a partir de la náusea inicial. Diarrea, vómitos, inflamación de boca y garganta hacia el final de la primera semana. Fiebre y rápida extenuación y fallecimiento incluso en la segunda semana. Fallecimiento probable de todos los individuos irradiados..

Protección radiológica

Artículo principal: Protección radiológica

El ser humano siempre ha estado expuesto a la radiactividad ambiental, proveniente de fuentes naturales. De media recibimos 2.4 mSv al a√Īo (aunque en ciertos lugares del planeta se alcanzan varias decenas de mSv) por estas radiaciones naturales. Una de estas fuentes naturales es la radiaci√≥n c√≥smica, que nos llega de fuera del planeta. La atm√≥sfera sirve de blindaje para la mayor parte de ella, pero de cualquier manera las personas reciben una dosis de 0,3 a 1 mSv al a√Īo. En un viaje trasatl√°ntico de Europa a EE.UU., se reciben de 30 a 45 microSv.[1] La fuente m√°s importante de estas radiaciones es la inhalaci√≥n de rad√≥n, gas natural que se emite por todos los materiales, con valores de dosis efectiva de 0,2 a 10 mSv al a√Īo.

Véase también: Radiación natural

También existen fuentes de radiaciones creadas por el hombre, como pueden ser los reactores nucleares y los aparatos para usos médicos e industriales.

Las partículas pueden afectar al hombre de forma externa e interna. Las partículas alfa no pueden afectar de forma externa, ya que solo penetran unas micras de la piel. Los emisores de partículas beta son más importantes por el poder de penetración en el tejido, unos cuantos milímetros. Los emisores gamma, y los neutrones son las fuentes que pueden afectar de forma externa, debido a su poder de penetración, por lo tanto pueden afectar a cualquier órgano.

La radiación interna se presenta cuando la fuente radiactiva se encuentra dentro del organismo. Esa fuente puede ingresar al cuerpo por ingestión, inhalación, absorción a través de la piel o por contacto con una herida abierta. La permanencia de la sustancia en el cuerpo queda determinada por los mecanismos naturales de eliminación de los elementos químicos. Por ejemplo, una sustancia química que se elimina con la orina sólo permanecerá unas cuantas horas, pero una que se fija en los huesos permanecerá durante toda la vida del individuo.

En el manejo de fuentes radiactivas se generan residuos,como algodones, papel de filtro absorbente, etc., que quedan contaminados. Estos desechos radiactivos son concentrados en unos lugares controlados llamados almacenes de material radiactivo.

Los organismos encargados de proteger a las personas de las radiaciones ionizantes han fijado un l√≠mite de dosis considerada como asumible, de 20 mSv al a√Īo para los trabajadores profesionalmente expuestos (categor√≠a laboral otorgada por el ministerio de Industria en Espa√Īa) (aunque en un solo a√Īo pueden recibir 50) y 1 mSv al a√Īo para las personas que no trabajan en la industria que genera radiaciones.

Véase también

Referencias

Obtenido de "Radiaci%C3%B3n nuclear"

Wikimedia foundation. 2010.

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