Una radiación ionizante es aquella radiación formada por fotones o partículas que al interaccionar con la materia producen iones. Esta definición es válida tanto si lo hacen de forma directa o indirecta.
Algunos ejemplos de radiaciones electromagnéticas ionizantes las radiaciones ultravioletas (UV) de mayor energía, los rayos X y los rayos gamma. Algunos ejemplos de radiaciones ionizantes corpusculares son la radiación alfa y la desintegración beta.
De acuerdo con la definición de radiación ionizante quedan excluidas las radiaciones ópticas, la luz visible, los rayos infrarrojos y las ondas radioeléctricas de radio.
A efectos de salud, dependiendo del tipo de radiación, la exposición a la radiación ionizante puede causar daño a los tejidos vivos y puede causar mutaciones, enfermedades por radiación aguda, cáncer y muerte.
La radiación ionizante es invisible y no es directamente perceptible por los sentidos humanos. Por esta razón, se necesitan instrumentos para detectar la radiación, como los contadores Geiger. Sin embargo, este tipo de radiación puede causar la emisión de luz visible inmediatamente después de la interacción con la materia, como en la radiación de Cherenkov y la radioluminiscencia.
¿Quién descubrió la radiación ionizante?
Estas radiaciones fueron descubiertas por Wilhelm Conrad Röntgen el 1.895.
Usos y aplicaciones
Las radiaciones ionizantes se utilizan en una gran variedad de aplicaciones, especialmente en medicina y en la industria.
En el ámbito de la medicina nuclear, la aplicación más conocida de los aparatos de rayos X. Estas fuentes o los aceleradores de partículas se utilizan en diagnóstico (gammagrafía) como en el tratamiento (radioterapia en oncología, por ejemplo).
Origen de las radiaciones ionizantes
Las radiaciones ionizantes pueden tener un origen natural o artificial. De forma natural, algunas sustancias radiactivas pueden emitir radiaciones de forma espontánea. Por otro lado, existen generadores artificiales, como los generadores de rayos X y los aceleradores de partículas.
Algunos elementos son más adecuados que otros para producir este tipo de reacciones, como el uranio-235. Este isótopo tiende a absorber cualquier neutrón que choque con él. Cuando esto ocurre, el uranio-235 acaba rompiéndose en varios fragmentos, liberan otros neutrones y energía nuclear.
Una persona normal también está expuesta a niveles bajos de radiación ionizante proveniente del sol, las rocas, el suelo, o otras fuentes naturales.
Diferencia entre radiación ionizante y no ionizante
Una propiedad importante de los campos electromagnéticos es la frecuencia y la longitud de onda. Unas partículas conocidas como cuantos de luz son las encargadas de transportar las ondas electromagnéticas. La energía que transportan estas ondas depende de la longitud de onda, es decir, cuánto mayor sea la longitud de onda, mayor energía.
En algunos casos, la energía que transportan las ondas electromagnéticas es tan alta que pueden arrancar electrones de un átomo e incluso romper los enlaces moleculares. Las radiaciones ionizantes són las que tienen suficiente energía para realizar estas alteraciones: los rayos X, los rayos cósmicos, y los rayos gamma que emiten los materiales radioactivos.
Por otro lado, las radiaciones no ionizantes son las que no tienen tanta energía para modificar las estructuras de las moléculas ni arrancar electrones.
Efectos físicos de las radiaciones ionizantes
Podemos clasificar los efectos físicos de las radiaciones ionizantes en:
1. Efectos nucleares
Los neutrones (partículas subatómicas), los rayos alfa y los rayos gamma extremadamente energéticos (> 20 MeV) pueden causar una alteración del núcleo de los átomos.
Si se producen una gran cantidad de estas alteraciones se puede cambiar las propiedades macroscópicas y hacer que los objetivos se vuelven radiactivos, incluso después de que se elimina la fuente original.
2. Efectos químicos
La radiación ionizante que interactúa con las moléculas puede conducir a:
La ruptura de enlaces químicos.
Formación de radicales libres altamente reactivos. Estos radicales pueden reaccionar químicamente con los elementos vecinos, restando un electrón de ellos, incluso después de que la radiación original se haya detenido.
Destrucción de las redes cristalinas, haciéndolas volverse amorfas.
Aceleración de reacciones químicas, como la polimerización, que ayuda a lograr la energía de activación requerida para la reacción.
Algunos elementos que son inmunes a los efectos químicos de la radiación ionizante, como los fluidos monoatómicos que no tienen enlaces químicos que romper y que no interfieren la red cristalina.
Por otro lado, los compuestos diatómicos simples con entalpía de formación muy negativa, como el ácido fluorhídrico, se reformarán rápida y espontáneamente después de la ionización.
3. Efectos eléctricos
La ionización de materiales aumenta temporalmente su conductividad afectando la electrónica de los átomos. Este es un peligro particular en la microelectrónica de semiconductores con el riesgo de corrientes retardadas que introducen errores de funcionamiento. La microelectrónica de semiconductores es utilizada en equipos electrónicos.
Cuando los dispositivos están destinados a entornos de alta radiación pueden fabricarse para resistir dichos efectos mediante el diseño, los materiales y los métodos de fabricación. Estos dispositivos se utilizan habitualmente en los equipos espaciales (extra-atmosféricos) y para la industria nuclear.
Efectos de radiaciones ionizantes en el ser humano
La radiación ionizante afecta a los tejidos biológicos y, por lo tanto, a la salud.
Los daños que puede causar a los tejidos biológicos son de varios tipos y se dividen en:
Daño somático determinista: los efectos determinísticos involucran altas dosis de radiación sobre porciones grandes del cuerpo.
Daño somático estocástico: los efectos no determinísticos ocurren a niveles bajos de exposición a la radiación. En este caso, el daño es estadístico, es decir, es posible predecir la proporción de una población dada de personas expuestas que será afectada, pero imposible saber cómo afectará a cada persona individualmente.
Daño genético estocástico: estos daños describen las alteraciones genotípicas hereditarias resultantes de mutaciones en los genes o cromosomas de células germinales.
El daño somático se refiere al daño ocurrido en los tejidos del individuo irradiado. Por otro lado, el daño genético se refiere al daño que afectará a las generaciones futuras.
Las regulaciones actuales contra la contaminación establecen límites estrictos a la exposición individual, que también implican la exposición a materiales de construcción comunes como la toba (que libera vapores de radón).
En las disciplinas profesionales donde el trabajador puede estar expuesto a material radiactivo, se debe tener un plan de prevención de riesgos laborales.
Efectos de la radiación alfa en la salud
Las partículas alfa tienen un bajo poder de penetración. Por lo tanto, se puede detener fácilmente por la capa superficial de la piel. En este sentido, la piel realiza una función de protección radiológica, por lo que no es peligrosa para los humanos en casos de radiación externa.
En cambio, la radiación alfa se vuelve peligrosa en situaciones donde la fuente radiactiva se inhala o se ingiere porque en este caso puede dañar directamente los tejidos radiosensibles.
Efectos de la radiación gamma en la salud
Por otro lado, la radiación gamma (fotones), que tiene un poder de penetración muy alto, puede ser peligrosa para los seres vivos incluso en situaciones de radiación externa. La cantidad de radiación absorbida por un cuerpo se llama dosis absorbida y se mide en gris.
Ejemplos de radiaciones ionizantes
Algunos ejemplos de fuentes de radiaciones ionizantes son los siguientes:
Fuentes naturales:
Desintegración radiactiva espontánea de radionucleidos.
Reacciones termonucleares, como las que se producen en el Sol.
Reacciones nucleares inducidas como resultado de la entrada en el núcleo de partículas elementales de alta energía o fusión nuclear.
Los rayos cósmicos.
Fuentes artificiales:
Radionucleidos artificiales.
Reactores nucleares.
Aceleradores de partículas que generan flujos de partículas cargadas, así como radiación de fotones bremsstrahlung.
Aparato de rayos X como un tipo de acelerador, el freno genera rayos X.