Radiación ionizante
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La radiación ionizante son partículas o fotones procedentes de los átomos, ya sea desde su núcleo ya desde su corteza electrónica, con energía suficiente para ionizar la materia, desplazando los electrones de sus órbitas. De forma coloquial, a las radiaciones ionizantes se les llama simplemente radiaciones.
Las radiaciones ionizantes ya sean electromagnéticas o corpusculares poseen una energía, longitud de onda y frecuencia tales que al interaccionar con un medio le transfieren energía suficiente para separar a un electrón de su átomo. La ionización es, por lo tanto, la formación de un par de iones, el negativo (el electrón libre) y el positivo (el átomo sin uno de sus electrones).
La radiación ionizante suele ser un fenómeno de la radiactividad, que procede de los átomos y está compuesta principalmente por partículas alfa, beta y rayos gamma. También es posible su aparición debido a la excitación de los electrones en las cortezas atómicas mediante el calor o la aplicación de campos electromagnéticos intensos rayos X.
Las radiaciones ionizantes interaccionan con la materia viva, produciendo diversos efectos, siendo una inmensa mayoría perjudiciales para la vida. Del estudio de esta interacción y de sus efectos se encarga la radiobiología.
También son utilizados desde su descubrimiento por Becquerel en 1896 en aplicaciones médicas e industriales, siendo las más conocidas los aparatos de rayos X o las fuentes médicas oncológicas de Cobaltoterapia o con el uso de aceleradores de partículas.
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[editar] Clasificación de las radiaciones ionizantes
[editar] Según sean fotones o partículas
- Radiación electromagnética: Está formada por fotones con energía suficiente como para ionizar la materia (es decir, superior a unas decenas de electronvoltios). Según su origen y su energía se le clasifica en rayos ultravioleta, rayos X y rayos gamma.
- Radiación corpuscular: Incluye a las partículas alfa (núcleos de Helio), beta (electrones y positrones de alta energía), protones, neutrones y otras partículas que sólo se producen en los rayos cósmicos o en aceleradores de muy alta energía, como los piones o los muones.
[editar] Según la ionización producida
- Radiación directamente ionizante: Suele comprender a las radiaciones corpusculares formadas por partículas cargadas que interaccionan de forma directa con los electrones y el núcleo de los átomos de moléculas blanco o diana como el oxígeno y el agua. Suelen poseer una alta transferencia lineal de energía.
- Radiación indirectamente ionizante: Está formada por las partículas no cargadas como los fotones o los neutrones, que al atravesar la materia interaccionan con ella produciendo partículas cargadas siendo éstas las que ionizan a otros átomos. Suelen poseer una baja transferencia lineal de energía.
[editar] Según la fuente de la radiación ionizante
- Radiación natural: Las fuentes naturales de radiación proceden del aire, los alimentos, la corteza terrestre y el espacio. Son radiaciones no inventadas ni fabricadas por el hombre. Se estima que más del 70% de la exposición a radiaciones ionizantes a la que está expuesta la población en general proviene de fuentes naturales, que no pueden ser evitadas.
- Las radiaciones artificiales: Están producidas mediante ciertos aparatos inventados por el hombre como los aparatos utilizados en radiología o algunos empleados en radioterapia o por materiales radiactivos que no existen en la naturaleza pero el ser humano es capaz de sintetizar en reactores nucleares o aceleradores. La naturaleza física de las radiaciones artificiales son idénticas a las naturales, por ejemplo, los rayos X naturales y los rayos X artificiales son ambos rayos X (fotones u ondas electromagnéticas que proceden de la desexcitación de electrones atómicos y con unas frecuencias específicas). Ejemplos de fuentes artificiales de radiación son los aparatos de rayos X, de aplicación médica o industrial, los aceleradores de partículas de aplicaciones médicas, de investigación o industrial, o materiales obtenidos mediante técnicas nucleares, como ciclotrones, centrales nucleares y otras como el flúor-18, el cobalto-60 y otros.
[editar] Radiaciones ionizantes y salud
Los seres vivos están expuestos a niveles bajos de radiación ionizante procedente del sol, las rocas, el suelo, fuentes naturales del propio organismo, residuos radiactivos de pruebas de armas nucleares en el pasado, de ciertos productos de consumo y de materiales radiactivos liberados desde hospitales y desde plantas asociadas a la energía nuclear y a las de carbón.
Los seres humanos expuestos a mayor cantidad de radiaciones son los pilotos, asistentes de vuelo, astronautas, personal médico o de rayos X, o los que trabajan en una instalación radiactiva o nuclear. Además se recibe una exposición adicional con cada examen de rayos X y de medicina nuclear, y la cantidad depende del tipo y del número de exploraciones.
No se ha demostrado que la exposición a bajos niveles de radiación ionizante del medio ambiente afecte la salud de seres humanos. Incluso existen estudios (hormesis) que afirman que son beneficiosas. Sin embargo, los organismos dedicados a la protección radiológica utilizan la hipótesis conservadora de que incluso en dosis muy bajas o moderadas, las radiaciones ionizantes aumentan la probabilidad de contraer cáncer, y que esta probabilidad aumenta con la dosis recibida (hipótesis Lineal Sin Umbral). A los efectos producidos a estas dosis bajas se les suele llamar efectos probabilistas, estadísticos o estocásticos.
La exposición a altas dosis de radiación ionizante puede causar quemaduras de la piel, caída del cabello, náuseas, enfermedades y la muerte. Los efectos dependerán de la cantidad de radiación ionizante recibida y de la duración de la irradiación, y de factores personales tales como el sexo, edad a la que se expuso, y del estado de salud y nutrición. Aumentar la dosis produce efectos más graves.
Está demostrado que una dosis de 3 a 4 Sv produce la muerte en el 50 % de los casos. A los efectos producidos a altas dosis se les denomina deterministas o no estocásticos en contraposición a los estocásticos.
[editar] Utilidad de las radiaciones ionizantes
Las radiaciones ionizantes tienen aplicaciones muy importantes en la industria y en la medicina. En la industria, las radiaciones ionizantes pueden ser útiles para la producción de energía, para la esterilización de alimentos, para conocer la composición interna de diversos materiales y para detectar errores de fabricación y ensamblaje. En el campo de la medicina, las radiaciones ionizantes también cuentan con numerosas aplicaciones beneficiosas para el ser humano. Con ellas se pueden realizar una gran variedad de estudios diagnósticos (Medicina Nuclear y Radiología) y tratamientos (Medicina Nuclear y Radioterapia).
[editar] Interacción de la radiación con la materia
Las partículas cargadas como los electrones, los positrones, muones, protones, iones u otras, interaccionan directamente con la corteza electrónica de los átomos debido a la fuerza electromagnética.
Los rayos gamma interaccionan con los núcleos de la materia con tres mecanismos distintos.
- Absorción fotoeléctrica: Es una interacción en la que el fotón gamma incidente desaparece. En su lugar, se produce un fotoelectrón de una de las capas electrónicas del material absorbente con una energía cinética procedente de la energía del fotón incidente, menos la energía de ligadura del electrón en su capa original.
- Efecto Compton: Es una colisión elástica entre un electrón ligado y un fotón incidente, siendo la división de energía entre ambos dependiente del ángulo de dispersión.
- Producción de pares: El proceso ocurre en el campo de un núcleo del material absorbente y corresponde a la creación de un par electrón - positrón en el punto en que desaparece el fotón gamma incidente. Debido a que el positrón no es una partícula estable, una vez que su energía cinética se haga despreciable se aniquilará o se combinará con un electrón del material absorbente.
Los neutrones interaccionan con los núcleos de la materia mediante los siguientes efectos:
- Activación: Es una interacción inelástica de los neutrones con los núcleos, mediante la cual el neutrón es absorbido produciendo un isótopo diferente. Es la base de la transmutación producida en los ADS's.
- Fisión: Mediante esta interacción los neutrones se unen a un núcleo pesado (como el uranio-235) excitándole de forma tal que provoca su inestabilidad y desintegración posterior en dos núcleos más ligeros y otras partículas. Es la base de los reactores nucleares.
- Colisión elástica: En esta interacción el neutrón colisiona con el núcleo cediendo una parte de su energía, con lo que el resultado es un neutrón y un núcleo excitado que normalmente emite radiaciones ionizantes más tarde.
[editar] Unidades de medida de la radiación ionizante
Los seres humanos no poseen ningún sentido que perciba las radiaciones ionizantes. Existen diversos tipos de instrumentos que pueden captar y medir la cantidad de radiación ionizante que absorbe la materia.
Existen varias unidades de medida de la radiación ionizante, unas tradicionales y otras del sistema internacional de unidades (SI).
- Unidades tradicionales: Son el Roentgen, el Rad, el rem.
- Unidades del sistema internacional: Son las más utilizadas el Culombio/kg, el Gray (Gy) y el Sievert (Sv).
