Menu

Central nuclear de Isar, Alemania

Piscina de combustible nuclear gastado

Turbina de una central nuclear

Radiación ionizante

Radiación ionizante

Una radiación ionizante es aquella radiación formada por fotones o partículas que al interaccionar con la materia producen iones, tanto si lo hacen directa como indirectamente.

Ejemplos de radiaciones electromagnéticas ionizantes:

  1. Los rayos ultravioletas de mayor energía.
  2. Los rayos X y los rayos gamma

Ejemplos de radiaciones ionizantes corpusculares:

  1. La radiactividad alfa.
  2. La desintegración beta.

No son radiaciones ionizantes la luz visible, ni los rayos infrarrojos, Ni las ondas radioeléctricas de radio.

Estas radiaciones fueron descubiertas por por Wilhelm Conrad Röntgen el 1.895. Desde entonces, son utilizadas en aplicaciones médicas e industriales. A pesar de la variedad de usos, la radiación ionizante  presenta un riesgo para la salud si no se toman las medidas correctas contra la exposición no deseada. La exposición a la radiación ionizante causa daño a los tejidos vivos y puede causar mutaciones, enfermedades por radiación aguda, cáncer y muerte.

En el ámbito de la medicina nuclear, la aplicación más conocida de los aparatos de rayos X, o el uso de fuentes de radiación en el ámbito médico, tanto en diagnóstico (gammagrafía) como en el tratamiento (radioterapia en oncología, por ejemplo) mediante el uso de fuentes o aceleradores de partículas.

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, puede causar la emisión de luz visible inmediatamente después de la interacción con la materia, como en la radiación de Cherenkov y la radioluminiscencia.

¿Cuál es el 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. Es el caso del uranio-235, con tendencia a absorber cualquier neutrón que choque con él. Cuando esto ocurre, el uranio-235 aumenta de peso, se vuelve más inestable y acaba rompiéndose en varios fragmentos, liberando otros neutrones.

Si estos neutrones son absorbidos, a su vez, por otros átomos de uranio-235 se libera una energía suficiente como para generar más reacciones. Entonces, se produce una secuencia de reacciones en cadena. Estas divisiones del núcleo de los átomos se llama fisión nuclear y generan cantidades importantes de radiactividad y de energía.

En realidad, estas reacciones de fissión nuclear son las que se generan en los reactores nucleares para que el resto de la central nuclear pueda convertir esta energía en electricidad.

¿Qué es la radiobiología?

La radiobiología es el campo interdisciplinario de la ciencia que comprende las consecuencias biológicas de la radiación ionizante y no ionizante de todo el espectro de las ondas electromagnéticas. Dentro de este campo se incluye la radiactividad (alfa, beta y gamma), rayos X, rayos ultravioleta, luz visible, microondas y las ondas de radio.

Además, la radiobilolgía estudia la radiación de baja frecuencia (como se usa en transmisión eléctrica alterna , radiación térmica de ultrasonido (calor) y modalidades relacionadas. El área fue fundada por Louis Harold Gray .

En resumen, la radiobiología estudia como las radiaciones ionizantes interaccionan con la materia viva y los efectos que produce.

¿Cuáles son los efectos físicos de las radiaciones ionizantes?

Podemos clasificar los efectos físicos de las radiaciones ionizantes en:

  • Efectos nucleares
  • Efectos químicos
  • Efectos eléctricos

Efectos nucleares

Los neutrones (partículas subatómicas), los rayos alfa y los rayos gamma extremadamente energéticos (> 20 MeV) pueden causar transmutación nuclear. Los mecanismos relevantes son la activación de neutrones y la fotodesintegración.

Un número bastante grande de transmutaciones puede cambiar las propiedades macroscópicas y hacer que los objetivos se vuelvan radiactivos, incluso después de que se elimina la fuente original.

Efectos químicos

La radiación ionizante que interactúa con las moléculas puede conducir a:

  • Radiolisis (ruptura de enlaces químicos)
  • Formación de radicales libres altamente reactivos. Estos radicales libres, que tienen un electrón no apareado, 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.

En cambio, hay 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 interfiere la red cristalina.

En cambio, los compuestos biatómicos simples con entalpía de formación muy negativa, como el ácido fluorhídrico, se reformarán rápida y espontáneamente después de la ionización.

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 microeletrónica de semiconductores se utilizada en equipos electrónicos.

En el caso de flujos altos, el dispositivo en sí está dañado permanentemente. La radiación de protones existente en el espacio también puede cambiar significativamente el estado de los circuitos digitales.

Los dispositivos destinados a entornos de alta radiación pueden fabricarse para resistir dichos efectos mediante el diseño, la selección de materiales y los métodos de fabricación. Estos dispositivos se utilizan habitualmente en los equipos espaciales (extra-atmosféricos) y para la industria nuclear.

En realidad, los circuitos más complejos que utilizan el software logran compensar los errores debidos a la irradiación.

¿Qué efectos provoca la radiación sobre la salud?

La radiación ionizante puede afectar 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 demutaciones 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 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).

    Efectos de la radiación alfa en la salud

    La radiación alfa tiene un bajo poder de penetración, por lo tanto, es fácilmente detenida por la capa superficial de células muertas 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 (radiación interna) 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.

    ¿Cuáles son las fuentes de radiación ionizante?

    Fuentes naturales:

    • Desintegración radiactiva espontánea de radionucleidos.
    • Reacciones termonucleares, como 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 (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.

    Radioactividad inducida

    Como resultado de la irradiación y la reacción nuclear inducida correspondiente, muchos átomos estables se convierten en isótopos inestables.

    Como resultado de dicha irradiación, una sustancia estable se vuelve radiactiva y el tipo de radiación ionizante secundaria diferirá de la exposición inicial. Este efecto es más pronunciado después de la irradiación de neutrones.

    La cadena de transformaciones nucleares

    En el proceso de desintegración nuclear o síntesis, surgen nuevos nucleidos, que también pueden ser inestables. El resultado es una cadena de transformaciones nucleares.

    Cada transformación tiene su propia probabilidad y su propio conjunto de radiación ionizante. Como resultado, la intensidad y la naturaleza de la radiación de una fuente radiactiva puede variar significativamente con el tiempo.

    Referencias

    Efectos biológicos de las radiaciones - Dosimetría (es - pdf)

    Autor:

    Fecha publicación: 28 de noviembre de 2019
    Última revisión: 21 de marzo de 2020