Central nuclear de Isar, Alemania

Piscina de combustible nuclear gastado

Turbina de una central nuclear

Radioactividad

Radioactividad

Definimos radioactividad como la emisión espontánea de partículas (partículas alfa, partículas betaneutrones) o radiaciones (gama, captura K), o de ambas a la vez, procedentes de la desintegración de determinados nucleidos que las forman, por causa de un arreglo en su estructura interna.

La desintegración radioactiva ocurre en núcleos atómicos inestables, es decir, aquellos que no tienen suficiente energía de enlace para mantener el núcleo unido debido a un exceso de protones o neutrones.

La radioactividad puede ser natural o artificial. En la radioactividad natural, la sustancia ya la posee en el estado natural. En la radioactividad artificial, la radioactividad le ha sido inducida por irradiación.

Tipos de radiaciones

Entre los elementos ligeros, las radiaciones más frecuentes son:

  • Radiaciones beta b-, que son electrones procedentes del núcleo
  • Radiaciones beta b+, que son positrones procedentes del núcleo
  • Rayos gamma (g), que son ondas electromagnéticas de alta energía
  • Captura electrónica (desintegraciones K)

Las radiaciones a son características de los elementos pesados.

Cada tipo de emisión radioactiva tiene distinto poder de penetración en la materia y distinto poder de ionización (capacidad de arrancar electrones de los átomos o moléculas con las que colisiona). Pueden causar graves daños en los seres vivos.

Partícula alpha

Las partículas alfa (α) o rayos alfa son una forma de radiación de alta energía corpuscular ionizante y con una baja capacidad de penetración debido a la alta sección transversal. Consisten en dos protones y dos neutrones unidos por una fuerza fuerte. Las partículas alfa pertenecen a la familia elion. La decadencia beta está mediada por una fuerza débil, mientras que la descomposición alfa está mediada por una fuerza fuerte.

Las partículas alfa son típicamente emitidas por núclidos radiactivos elementos pesados, por ejemplo, los isótopos de uranio, el plutonio de torio, de la radio, etc., en un proceso denominado desintegración alfa. A veces, esta descomposición deja a los núcleos en un estado excitado y, en consecuencia, el exceso de energía se puede eliminar con la emisión de rayos gamma.

Los rayos alfa, debido a su carga eléctrica, interactúan fuertemente con la materia y, por lo tanto, son absorbidos fácilmente por los materiales y pueden viajar solo unos pocos centímetros en el aire. Pueden ser absorbidos por las capas más externas de la piel humana y, por lo tanto, no son potencialmente mortales a menos que la fuente se inhale o ingiera. En este caso, los daños serían, en cambio, mayores que los causados por cualquier otra radiación ionizante. Si la dosis fuera lo suficientemente alta, aparecerían todos los síntomas típicos de envenenamiento por radiación.

Partícula beta

La radiación beta es una forma de radiación ionizante emitida por ciertos tipos de núcleos radiactivos.

La radiación beta toma la forma de partículas beta (β), que son partículas de alta energía, expulsadas de un núcleo atómico en un proceso conocido como desintegración beta. Hay dos formas de desintegración beta, β - y β +, que respectivamente emiten un electrón o un positrón.

En la desintegración β-, un neutrón se convierte en un protón, un electrón y un antineutrino de electrones.

En la desintegración β + (observable en los núcleos ricos en protones), un protón interactúa con un antineutrino electrónico para obtener un neutrón y un positrón (aún no se ha observado la desintegración directa del protón en el positrón).

La interacción de las partículas beta con la materia generalmente tiene un rango de acción diez veces mayor y un poder ionizante igual a una décima en comparación con la interacción de las partículas alfa. Están completamente bloqueados con unos pocos milímetros de aluminio.

Rayos gamma

Los rayos gamma son radiaciones electromagnéticas producidas por la radioactividad. Estabilizan el núcleo sin cambiar su contenido de protones. Normalmente la radiación suele acompañar a otro tipo de emisión. Penetran más profundamente que la radiación a o b beta, pero son menos ionizantes.

Los rayos gamma pueden causar grave daño al núcleo de las células, por lo que son usados para esterilizar equipos médicos y alimentos.

Radionucleidos

Un radionucleido es el conjunto de los núcleos radioactivos de una misma especie. Todos los núcleos radioactivos que forman un radionucleido tienen una radiactividad bien definida, común a todos ellos, que los identifica; de la misma forma que un tipo de reacción química identifica los elementos que participan.

Radioactividad - partículas emitidas

Cuantitativamente, la radioactividad es un fenómeno estadístico. Por este motivo, para valorarlo hay que observar el comportamiento de un conjunto de núcleos de la misma especie. Por la ley de los grandes números, se define una constante radioactiva λ como la probabilidad de desintegración de un núcleo por unidad de tiempo.

Con esta definición, el número N de núcleos radioactivos de una misma especie que se encuentran en una sustancia en un instante t es dado por N = No · e-λt, donde No es el número de núcleos radioactivos que había antes de que transcurriera el tiempo t. En realidad, difícilmente una sustancia radioactiva es formada por un solo radionucleido, aunque cada uno de sus componentes en desintegrarse se transforma en un núcleo diferente que, a su vez, puede ser también radioactivo.

El radionucleido inicial es llamado padre, y el derivado, hijo. Esta situación puede continuar a lo largo de múltiples filiaciones y el conjunto de todas es llamado familia o serie radioactiva. En este caso, la relación que da el número de núcleos radioactivos presentes es más compleja porque, además de tener en cuenta el número de cada uno de ellos en el instante inicial, hay que considerar que, por desintegración de unos, se forman otros.

El problema se simplifica cuando se quiere conseguir el equilibrio radioactivo (dicho también equilibrio secular en las series radiactivas naturales), que es cuando ha pasado un tiempo suficientemente largo desde que se ha iniciado el proceso de filiación, porque entonces el ritmo de las desintegraciones es impuesto por el radionucleido que tiene la constante radioactiva más pequeña.

Nucleidos radioactivos naturales

En la naturaleza se encuentran unos 300 nucleidos diferentes, de los cuales 25 son radioactivos con un período suficientemente largo para que haya aún hoy en día; otros 35 tienen un período mucho más corto y se crean y se desintegran continuamente en las series radiactivas.

Nucleidos radioactivos artificiales

Han sido creados e identificados más de 1000 radionucleidos artificiales. Las series radioactivas reciben el nombre del nucleido padre de períodos más largo. Hay cuatro. Tres de estas series radioactivas son naturales: la del torio, la del uranio y la del actinio, que terminan en sus propios isótopos estables del plomo.

Estos isótopos tienen respectivamente los números de masa 208, 206 y 207. Respecto a la serie del neptunio, como los radionucleidos que la componen tienen un período corto comparado con la duración de las eras geológicas, no se encuentra en la naturaleza y ha sido obtenida artificialmente. El último nucleido de esta serie es el isótopo 209 del bismuto.

Origen de la radioactividad

La radioactividad fue descubierta en 1896 por Antoine-Henri Becquerel, el cual, al hacer estudios sobre la fosforescencia de las sustancias, observó que un mineral de uranio era capaz de velar unas placas fotográficas que eran guardadas a su lado.

Los efectos de la radioactividad sobre la salud humana

Hay dos efectos principales en la salud causados por la radiación, que actúan a corto y largo plazo y también a distancias más cortas y más grandes.

La radiación causa problemas de salud al matar las células en el cuerpo, y la cantidad y el tipo de daño causado dependen de la dosis de radiación recibida y el tiempo durante el cual se extiende la dosis.

En caso de un accidente nuclear los trabajadores de emergencia pueden recibir un máximo de 100 milisieverts (mSv) para una actuación para salvar bienes. Si la acción de emergencia es para salvar vidas, se admite una exposición a la radiación de un máximo de 250 mSv.

Si una persona recibe entre 250 milisieverts (mSv) y 1 sievert ( Sv) en un único día provablemente la exposición radioactiva provoque síntomas de envenenamiento por radiación. Estos síntomas de envenenamiento por radiación pueden ser náuseas, daños en los ganglios linfáticos y daños a la médula ósea.

Si la dosis radioacticva se aumenta hasta 3 Sv, estos mismos efectos son más graves con una probabilidad de contraer infecciones debido a un número reducido de glóbulos blancos en el cuerpo; con tratamiento, la supervivencia es probable pero no está garantizada.

Las dosis más grandes, además de los síntomas mencionados anteriormente, causarán hemorragia, esterilidad y desprendimiento de la piel; una dosis no tratada de más de 3.5 Sv será fatal, y se espera la muerte incluso con tratamiento para dosis de más de 6 Sv.

El nivel de radiación disminuye con el cuadrado de la distancia desde su fuente, por lo que alguien que se encuentre dos veces más alejado de una fuente externa recibirá una cuarta parte de la radiación.

Por lo general, recibir una dosis alta en menos tiempo causa un daño más agudo, ya que las dosis más altas matan a más células, mientras que el cuerpo puede haber tenido tiempo para reparar algún daño con el transcurso de más tiempo entre dosis.

Sin embargo, el material radioactivo que se propaga a un área más amplia puede causar efectos a largo plazo para la salud a través de la exposición prolongada, especialmente si entran a la cadena alimenticia o si se inhalan o ingieren directamente.

Llevar materiales radiactivos al cuerpo también presenta el mayor peligro de los átomos que sufren la descomposición alfa, ya que las partículas alfa no son muy penetrantes y son absorbidas fácilmente por unos pocos centímetros de aire. Fue polonio-210 emisor de alfa que se utilizó para asesinar a Alexander Litvinenko en 2006.

Los isótopos radiactivos del yodo, que sufren un decaimiento beta, pueden acumularse en la glándula tiroides y causar cáncer de tiroides. Los intentos para prevenir esto involucran la distribución de píldoras que incluyen yodo no radiactivo 127 y que inundan la tiroides, evitando la absorción de yodo radioactivo.

Para dosis únicas, como las de las exploraciones médicas, el riesgo de desarrollar cáncer más tarde se estima en alrededor de 1 en 20000 por mSv recibido.

Se estima que la absorción de una dosis acumulada de 1 Sv durante un período de tiempo más largo puede causar cáncer en el 5% de las personas.

Sin embargo, hay desacuerdo sobre si las dosis muy pequeñas, comparables al nivel de radiación de fondo, contribuyen realmente a los efectos sobre la salud.

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Última revisión: 15 de diciembre de 2018

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