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Central nuclear de Isar, Alemania

Piscina de combustible nuclear gastado

Turbina de una central nuclear

Radiación electromagnética

Radiación electromagnética

En física, la radiación electromagnética (o radiación gamma γ) es la radiación de energía en el campo electromagnético. Es un fenómeno tanto ondulatorio como corpuscular:

El fenómeno de onda está dado por una onda en el campo eléctrico y en el campo magnético y se describe matemáticamente como una solución de la ecuación de onda, obtenida a su vez a partir de las ecuaciones de Maxwell según la teoría de la electrodinámica clásica.

la naturaleza corpuscular, o cuantificada, puede describirse en cambio como una corriente de fotones que, en el vacío viajan a la velocidad de la luz. Este hecho fue dado a conocer por los estudios modernos de física a principios del siglo XX, que reconocieron en el fotón el mediador asociado con la interacción electromagnética, según el Modelo estándar.

La radiación electromagnética puede propagarse en el vacío, como el espacio interplanetario, en medios menos densos, como la atmósfera, o en estructuras de guía, como las guías de ondas. Las aplicaciones tecnológicas que explotan la radiación electromagnética son variadas. En general, se pueden distinguir dos macro familias de aplicaciones: en la primera están las ondas electromagnéticas utilizadas para transportar información (comunicaciones de radio como radio, televisión, teléfonos móviles, satélites artificiales, radares, radiografías), en el segundo aquellos para transportar energía, como el horno de microondas.

Características de la radiación electromagnética

Las principales características de la radiación electromagnética se consideran frecuencia, longitud de onda y polarización.

La longitud de onda está directamente relacionada con la frecuencia a través de la velocidad de propagación (grupal) de la radiación. La velocidad de propagación grupal de la radiación electromagnética en el vacío es igual a la velocidad de la luz, en otros entornos esta velocidad es menor. La velocidad de fase de la radiación electromagnética en el vacío también es igual a la velocidad de la luz; en varios medios, puede ser menor o mayor que la velocidad de la luz.

La descripción de las propiedades y parámetros de la radiación electromagnética generalmente se trata mediante la electrodinámica, aunque ciertas secciones más especializadas de la física están involucradas en las propiedades de radiación de las regiones individuales del espectro (en parte esto sucedió históricamente, en parte debido a detalles significativos, especialmente en relación con la interacción de la radiación de diferentes rangos con la materia , y en parte también los detalles de los problemas aplicados ) Dichas secciones más especializadas incluyen óptica (y sus secciones) y radiofísica.

La física de alta energía se ocupa de la radiación electromagnética dura del extremo de onda corta del espectro; de acuerdo con los conceptos modernos, a altas energías, la electrodinámica deja de ser independiente, combinándose en una teoría con interacciones débiles y luego, a energías aún más altas, como se esperaba, con todos los demás campos de medición.

Existen teorías que difieren en detalles y grados de generalidad, lo que permite modelar y estudiar las propiedades y manifestaciones de la radiación electromagnética. La más fundamental de las teorías completas y verificadas de este tipo es la electrodinámica cuántica, a partir de la cual, a través de varias simplificaciones, es posible en principio obtener todas las teorías enumeradas a continuación, que se utilizan ampliamente en sus campos. Para describir la radiación electromagnética de frecuencia relativamente baja en la región macroscópica, como regla general, se utiliza la electrodinámica clásica basada en las ecuaciones de Maxwell, y hay simplificaciones en las aplicaciones aplicadas. Para la radiación óptica (hasta el rango de rayos X) se utilizan ópticas (en particular, la óptica de onda, cuando las dimensiones de algunas partes del sistema óptico están cerca de las longitudes de onda; óptica cuántica, cuando los procesos de absorción, emisión y dispersión de fotones son significativos; la óptica geométrica es el caso limitante de la óptica de onda, cuando la longitud de onda de radiación puede descuidarse).

La radiación gamma es a menudo el tema de la física nuclear, desde otras posiciones, médica y biológica, estudiamos el efecto de la radiación electromagnética en radiología. También hay una serie de áreas, fundamentales y aplicadas, como la astrofísica, la fotoquímica, la biología de la fotosíntesis y la percepción visual, una serie de áreas de análisis espectral para las cuales la radiación electromagnética (la mayoría de las veces de cierto rango) y su interacción con la materia juegan un papel clave. Todas estas áreas bordean e incluso se cruzan con las secciones de física descritas anteriormente.

Algunas características de las ondas electromagnéticas desde el punto de vista de la teoría de las oscilaciones y los conceptos de electrodinámica:

  • la presencia de tres mutuamente perpendiculares (en vacío) Vectores: vector de onda, el vector del campo eléctrico E y el vector del campo magnético de la intensidad H.
  • Las ondas electromagnéticas son ondas transversales en las que los vectores de fuerza de campo eléctrico y magnético oscilan perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda, pero difieren significativamente de las ondas de agua y el sonido en que pueden transmitirse desde una fuente a un receptor, incluso a través de un vacío.

Efectos biológicos de la radiación electromagnética

Los efectos de las radiaciones electromagnéticas sobre los seres vivos dependen sobre todo de dos factores principales: la frecuencia de la radiación y el tipo de exposición a la radiación (intensidad de la radiación, duración de la exposición, parte del cuerpo expuesta, etc.) que determinarán la dosis absorbida. La cantidad de radiación absorbida se mide en grays, un gray correspondería a la absorción de un joule de energía irradiada por un kilogramo de materia.

En cuanto a la frecuencia de la radiación suele diferenciar entre radiación ionizante y no ionizante.

Radiación ionizante

Las radiaciones ionizantes son aquellas que tienen una frecuencia lo suficientemente grande para ionizar los átomos o las moléculas de las sustancias expuestas. Este tipo de radiación son capaces de modificar la estructura química de las sustancias sobre las que inciden y pueden producir efectos biológicos a largo plazo sobre los seres vivos, un ejemplo sería la modificación del ADN de las células, estas mutaciones del DNA pueden derivar en cáncer. Los rayos X y la radiación gamma serían dos ejemplos de radiaciones electromagnéticas altamente ionizantes.

Radiación no ionizante

Las radiaciones no ionizantes son aquellas que no tienen suficiente frecuencia para provocar la ionización de los materiales expuestos. Como ejemplo de radiaciones no ionizantes se pueden citar las microondas o las ondas de radio. Este tipo de radiación no tienen la energía suficiente para provocar directamente mutaciones del DNA y, por tanto, probablemente no pueden iniciar la carcinogénesis pero podrían ser promotores. Hoy en día se habla de contaminación electromagnética para referirse a la exposición de los seres vivos o los aparatos a un campo electromagnético y se discute sobre los efectos de esta exposición sobre la salud o la fertilidad.

Desde el punto de vista de sus efectos sobre la salud, las radiaciones no ionizantes se pueden clasificar en tres grandes grupos:

  • Campos electromagnéticos de baja frecuencia (ELF): intervalo de 3 a 30.000 Hz).
  • Campos de radiofrecuencia y microondas: intervalo de 30 kHz - 300 GHz.
  • Radiación óptica: desde la luz infrarroja hasta la luz ultravioleta.

Aquí sólo se comentarán los efectos biológicos de los dos primeros grupos, dado que los efectos biológicos del último grupo están desarrollados en los artículos correspondientes (efectos biológicos de la luz infrarroja y efectos biológicos de la luz ultravioleta).

En los efectos sobre la salud de la exposición a los campos electromagnéticos de baja frecuencia, se debe diferenciar entre el campo eléctrico y el magnético. No se han descrito efectos sobre la salud por estar expuesto a campos eléctricos de esta frecuencia y, además, la penetrabilidad es baja y, por ejemplo, no pueden atravesar las paredes. En cuanto a los efectos de los campos magnéticos no estáticos, sus efectos sobre la salud son controvertidos. Por una parte hay un consenso entre los epidemiólogos que los niños expuestos a campos magnéticos no estáticos presentan más riesgo de desarrollar una leucemia pero, por otra parte, no existe ningún mecanismo ampliamente aceptado que explique cómo estos campos pueden inducir o promover cáncer. La fuente de exposición más importante es la generación, transporte, distribución, transformación y utilización de la electricidad.

En 2002, el Centro internacional de investigación sobre el cáncer, publicó la evaluación de los campos electromagnéticos de baja frecuencia como posibles cancerígenos. Sus conclusiones fueron:

  • Los campos magnéticos de frecuencia extremadamente baja son posibles cancerígenos en humanos (Grupo 2B).
  • Los campos eléctricos de frecuencia extremadamente baja no se pueden considerar cancerígenos en humanos (Grupo 3).
  • Los campos magnéticos y eléctricos estáticos tampoco se pueden considerar cancerígenos en humanos (Grupo 3).
  • Los primeros se clasificaron como posibles cancerígenos debido a fundamentadas sospechas que se asocian con un posible incremento en el riesgo de leucemia infantil.

En cuanto a los campos electromagnéticos de radiofrecuencia y microondas (30 kHz - 300 GHz), la fuente de exposición actualmente más frecuente para la población general son los teléfonos móviles y sus torres de distribución. Sus efectos sobre la salud pueden ser de dos tipos:

  • Térmicos: elevación de la temperatura central del cuerpo.
  • Atérmicos: fundamentalmente, cáncer. Es un efecto controvertido.

Al igual que los campos magnéticos de frecuencia extremadamente baja, hay pruebas de estudios epidemiológicos que apuntan a un aumento moderado del riesgo de cáncer para los sujetos que han utilizado un teléfono móvil más de 10 años (pero débilmente sostenida por experimentos con animales a largo plazo e investigaciones in vitro), pero las pruebas no son todavía lo suficientemente fuertes para convencer a la comunidad científica ya las autoridades que se deben tomar medidas inmediatas.

En 2011 el Centro internacional de investigación sobre el cáncer, reunió a los principales expertos mundiales sobre el tema para que evaluaran el posible efecto cancerígeno de las radiaciones de radiofrecuencia y microondas (30 kHz - 300 GHz). De acuerdo con las conclusiones del grupo de expertos, el Centro clasificó a este tipo de radiaciones dentro también del Grupo 2B (posibles cancerígenos en humanos). No se afirma que la exposición sea cancerígena, pero tampoco se descarta que lo sea.

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Última revisión: 29 de agosto de 2019