EcoLaMancha

noviembre 23, 2007

RADIOACTIVIDAD EN LA NATURALEZA

Filed under: CONTAMINACION — miguelangelgallego @ 10:49 am
El color indica el periodo de semidesintegración de los isótopos radiactivos conocidos, también llamado semivida y vida mitad.

El color indica el periodo de radiactivos conocidos, también llamado semivida y vida mitad.

La radiactividad o radioactividad es un fenómeno físico natural, por el cual algunas sustancias o elementos químicos llamados radiactivos, emiten radiaciones que tienen la propiedad de impresionar placas fotográficas, ionizar gases, producir fluorescencia, atravesar cuerpos opacos a la luz ordinaria, etc. Debido a esa capacidad se las suele denominar radiaciones ionizantes (en contraste con las no ionizantes). Las radiaciones emitidas pueden ser electromagnéticas en forma de rayos X o rayos gamma, o bien partículas, como pueden ser núcleos de Helio, electrones o positrones, protones u otras.

La radiactividad es una propiedad de los isótopos que son “inestables”. Es decir que se mantienen en un estado excitado en sus capas electrónicas o nucleares, con lo que para alcanzar su estado fundamental deben perder energía. Lo hacen en emisiones electromagnéticas o en emisiones de partículas con una determinada energía cinética. Esto se produce variando la energía de sus electrones (emitiendo Rayos X), sus nucleones (rayo gamma) o variando el isótopo (al emitir desde el núcleo electrones, positrones, neutrones, protones o partículas más pesadas), y en varios pasos sucesivos, con lo que un isótopo pesado puede terminar convirtiéndose en uno mucho más ligero, como el Uranio que con el transcurrir de los siglos acaba convirtiéndose en plomo.

Es aprovechada para la obtención de energía, usada en medicina (radioterapia y radiodiagnóstico) y en aplicaciones industriales (medidas de espesores y densidades entre otras).

La radiactividad puede ser:

  • Natural: manifestada por los isótopos que se encuentran en la naturaleza.
  • Artificial o inducida: manifestada por los radioisótopos producidos en transformaciones artificiales.

Smbolo utilizado tradicionalmente para indicar la presencia de radiactividad.

Símbolo utilizado tradicionalmente para indicar la presencia de radiactividad.

Nuevo smbolo de advertencia de radiactividad adoptado por la ISO en 2007 para fuentes que puedan resultar peligrosas. Estandard ISO #21482

Nuevo símbolo de advertencia de radiactividad adoptado por la ISO en 2007 para fuentes que puedan resultar peligrosas. Estandard ISO #21482

El 15 de febrero de 2007, la Agencia Internacional de la Energía Atómica dio a conocer un nuevo símbolo de advertencia de radiactividad con validez internacional. La imagen fue probada en 11 países.

Radiactividad natural

En 1896 Becquerel descubrió que ciertas sales de uranio emitían radiaciones espontáneamente, al observar que velaban las placas fotográficas envueltas en papel negro. Hizo ensayos con el mineral en caliente, en frío, pulverizado, disuelto en ácidos y la intensidad de la misteriosa radiación era siempre la misma. Por tanto, esta nueva propiedad de la materia, que recibió el nombre de radiactividad, no dependía de la forma física o química en la que se encontraban los átomos del cuerpo radiactivo, sino que era una propiedad que radicaba en el interior mismo del átomo.

El estudio del nuevo fenómeno y su desarrollo posterior se debe casi exclusivamente a los esposos Curie, quienes encontraron otras sustancias radiactivas como el torio, polonio y radio. La intensidad de la radiación emitida era proporcional a la cantidad de uranio presente, por lo que dedujo Marie Curie que la radiactividad era una propiedad atómica. El fenómeno de la radiactividad se origina exclusivamente en el núcleo de los átomos radiactivos. Se cree que la causa que lo origina es debida a la interacción neutrón-protón del mismo. Al estudiar la radiación emitida por el radio se comprobó que era compleja, pues al aplicarle un campo magnético parte de ella se desviaba de su trayectoria y otra parte no.

Radiactividad artificial

Se produce la radiactividad inducida cuando se bombardean ciertos núcleos estables con partículas apropiadas. Si la energía de estas partículas tiene un valor adecuado penetran dentro del núcleo bombardeado y forman un nuevo núcleo que, en caso de ser inestable, se desintegra después radiactivamente. Fue descubierta por los esposos Jean Frédéric Joliot-Curie e Irène Joliot-Curie, bombardeando núcleos de boro y aluminio con partículas alfa . Observaron que las sustancias bombardeadas emitían radiaciones después de retirar el cuerpo radiactivo emisor de las partículas de bombardeo. El estudio de la radiactividad permitió un mayor conocimiento de la estructura del núcleo atómico y de las partículas subatómicas. Se abre la posibilidad de convertir unos elementos en otros. Incluso el sueño de los alquimistas de transformar otros elementos en oro se hace realidad, aunque no resulte rentable.

Clases de radiación

Se comprobó que la radiación puede ser de tres clases diferentes:

  1. Radiación alfa: son flujos de partículas cargadas positivamente compuestas por dos neutrones y dos protones (núcleos de Helio). Son desviadas por campos eléctricos y magnéticos. Son poco penetrantes aunque muy ionizantes. Y son muy energéticos.
  2. Radiación beta: son flujos de electrones (beta negativas) o positrones (beta positivas) resultantes de la desintegración de los neutrones o protones del núcleo cuando este se encuentra en un estado excitado. Es desviada por campos magnéticos. Es más penetrante aunque su poder de ionización no es tan elevado como el de las partículas alfa. Por lo tanto cuando un átomo expulsa una partícula beta aumenta o disminuye su número atómico una unidad (debido al protón ganado o perdido).
  3. Radiación gamma: son ondas electromagnéticas. Es el tipo más penetrante de radiación. Al ser ondas electromagnéticas de longitud de onda corta, tienen mayor penetración y se necesitan capas muy gruesas de plomo u hormigón para detenerlos.

Las leyes de desintegración radiactiva, descritas por Soddy y Fajans, son:

  • Cuando un átomo radiactivo emite una partícula alfa, la masa del átomo resultante disminuye en 4 unidades y el número atómico en 2.
  • Cuando un átomo radiactivo emite una partícula beta, el número atómico aumenta en una unidad y la masa atómica se mantiene constante.
  • Cuando un núcleo excitado emite radiación gamma no varía ni su masa ni su número atómico, solo pierde una cantidad de energía (donde “h” es la constante de Planck y “nu” es la frecuencia de la radiación emitida).

Las dos primeras leyes indican que cuando un átomo emite una radiación alfa o beta se transforma en otro átomo de un elemento diferente. Este nuevo elemento puede ser radiactivo, transformándose en otro, y así sucesivamente, dando lugar a las llamadas series radiactivas.

Causa de la radiactividad

En general son radiactivas las sustancias que no presentan un balance correcto entre protones o neutrones, tal como muestra el gráfico al inicio del artículo. Cuando el número de neutrones es excesivo o demasiado pequeño respecto al número de protones se hace más dificil que la fuerza nuclear fuerte debida al efecto del intercambio de piones pueda mantenerlos unidos. Eventualmente el desequilibrio se corrige mediante la liberación del exceso de neutrones o protones, en forma de partículas α que son realmente núcleos de Helio, partículas ß que pueden ser electrones o positrones. Estas emisiones llevan a dos tipos de radiactividad mencionados:

  • Radiación α, que aligera los núcleos atómicos en 4 unidades másicas, y cambia el número atómico en dos unidades.
  • Radiación ß, que no cambia la masa del núcleo, ya que implica la conversión de un protón en un neutrón o viceversa, y cambia el número atómico en una sóla unidad (positiva o negativa, según la partícula emitida sea un electrón o un positrón).

La radiación por su parte se debe a que el núcleo pasa de un estado excitado de mayor energía a otro de menor energía, que puede seguir siendo inestable y dar lugar a la emisión de más radiación de tipo α, β o γ. La radiación γ es por tanto un tipo de radiación electromagnética muy penetrante ya que tiene una alta energía por fotón emitido.

Contador Geiger

Contador Geiger

Contador Geiger

Cuando una partícula radiactiva se introduce en un contador Geiger, produce un breve impulso de corriente eléctrica. La radiactividad de una muestra se calcula por el número de estos impulsos.

Periodo de semidesintegración radiactiva

Se llama constante de desintegración radiactiva (λ) a la constante de proporcionalidad entre el número de desintegraciones por segundo y el número de átomos radiactivos (λ = A / N).

Se llama vida media de un radioisótopo al tiempo promedio de vida de un átomo radiactivo antes de desintegrarse. Es igual a la inversa de la constante de desintegración radiactiva (τ = 1 / λ).

Al tiempo que transcurre hasta que la cantidad de núcleos radiactivos de un isótopo radiactivo se reduzca a la mitad de la cantidad inicial, se lo llama periodo de semidesintegración, período, semiperiodo, semivida o vida mitad (T1 / 2 = ln(2) / λ). Al fin de cada período la radiactividad se reduce a la mitad de la radiactividad inicial. Cada radioisótopo tiene un semiperiodo característico, en general diferente del de otros isótopos.

Ejemplos:

Isótopo Periodo Emisión
Uranio-238 4510 millones de años Alfa
Carbono-14 5730 años Beta
Cobalto-60 5,271 años Gamma
Radón-222 3,82 días Alfa

Velocidad de desintegración

La velocidad de desintegración o actividad radiactiva se mide en Bq, en el SI. Un becquerel vale 1 desintegración por segundo. También existen otras unidades como el rutherford, que equivale a 106 desintegraciones por segundo, o el curio, que equivale idénticamente a 3,7 · 1010 desintegraciones por segundo (unidad basada en la actividad de 1 g de Radio que es cercana a esa cantidad).

La actividad radiactiva decrece exponencialmente de acuerdo con la siguiente ecuación:

A_t = A_0 \cdot e^{-\lambda \cdot t}

Notación:

  • At es la actividad radiactiva en el instante t
  • A0 es la actividad radiactiva inicial (cuando t = 0)
  • e es la base de los logaritmos neperianos
  • t es el tiempo transcurrido
  • λ es la constante de desintegración radiactiva, que es propia de cada radioisótopo

Ley de la radiosensibilidad [editar]

La ley de la radiosensibilidad (también conocida como ley de Bergonie y Tribandeau) dice que los tejidos y órganos más sensibles a las radiaciones son los menos diferenciados y los que exhiben alta actividad reproductiva. Como ejemplo, tenemos:

  1. Tejidos altamente radiosensibles: epitelio intestinal, órganos reproductivos (ovarios, testículos), médula ósea
  2. Tejidos medianamente radiosensibles: tejido conectivo
  3. Tejidos altamente radioresistentes: neuronas, hueso

Consecuencias para la salud de la exposición a las radiaciones ionizantes

Los efectos de la radiactividad sobre la salud son complejos. Dependen de la dosis absorbida por el organismo. Como no todas las radiaciones tienen la misma nocividad, se multiplica cada radiación absorbida por un coeficiente de ponderación, para tener en cuenta las diferencias. Esto se llama dosis equivalente, que se mide en sieverts, ya que el becquerel mide mal la peligrosidad de un elemento puesto que considera como idénticas los tres tipos de radiaciones (alfa, beta y gamma). Una radiación alfa o beta es relativamente poco peligrosa fuera del cuerpo. En cambio, es extremadamente peligrosa cuando se inhala. Por otro lado, las radiaciones gamma son siempre dañinas puesto que se las neutraliza con dificultad.

Véase también: Radiación ionizante

Riesgos para la salud

El riesgo para la salud no sólo depende de la intensidad de la radiación y la duración de la exposición, sino también del tipo de tejido afectado y de su capacidad de absorción, por ejemplo, los órganos reproductores son 20 veces más sensibles que la piel.


Dosis aceptable de irradiación

En general se considera que el medio ambiente natural (alejado de cualquier fuente radiactiva) es inofensivo: emite una radiación inferior a 0,00012 mSv/h o 0,012 mrem/h.

Si se tiene que poner un umbral mínimo de inocuidad, la dosis se vuelve peligrosa a corto plazo a partir de los 0,002 mSv/h o 0,2 mrem/h aunque, como en el caso de las radiografías, todo depende del tiempo durante el cual se expone a la persona a las radiaciones.

Las palabras clave son: “Tiempo, Blindaje, Distancia”. Puede estar bajo una radiación con una dosis de 50 mSv/h sin arriesgar su vida si no está más de 5 s expuesto a la fuente, puesto que la dosis recibida es muy débil.

Por ejemplo, aquí se muestran las dosis actualmente toleradas en los diferentes sectores de una central nuclear:

Zona Dosis
Zona azul de 0,0025 a 0,0075 mSv/h
Zona verde de 0,0075 a 0,02 mSv/h
Zona amarilla de 0,02 a 2 mSv/h
Zona naranja de 2 a 100 mSv/h
Zona roja > 100 mSv/h

Dosis máxima permitida

Se trata de una dosis acumulada, una exposición continua a las radiaciones ionizantes durante un año que tiene en cuenta ciertos factores de ponderación. Hasta 1992 los valores variaban de un factor 4 entre Europa y Estados Unidos. Hoy estas dosis están estandarizadas y son periódicamente revisadas, a la baja.

La dosis acumulada de una fuente radiactiva artificial es peligrosa a partir de 500 mSv o 50 rem, donde se empiezan a notar los primeros síntomas de alteración sanguínea. En 1992 la dosis máxima permitida para una persona que trabajara bajo radiaciones ionizantes se fijaba en 15 mSv sobre los 12 últimos meses en Europa (CERN e Inglaterra) y en 50 mSv sobre los 12 últimos meses en Estados Unidos. Desde agosto de 2003 la dosis máxima permitida ha pasado a 20 mSv sobre los 12 últimos meses.

En un escáner médico recibimos aproximadamente 150 mSv en media jornada. En una central nuclear ese valor indicaría zona roja. Para evitar todo síntoma de alteración sanguínea, pueden limitarse a un máximo de tres exámenes de este tipo por año.

Ejemplos de isótopos radiactivos naturales

Ejemplos de isótopos radiactivos artificiales

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