radiación ionizante
Para explicar lo que es la radiación ionizante, empezaremos con una discusión acerca de los átomos, de como adquieren radioactividad y como emiten radiación ionizante. En seguida, explicaremos de donde proviene la radiación. Finalmente, describiremos los tipos de radiación más importantes a los que usted puede estar expuesto. En este resumen se tratarán los tres tipos principales de radiación ionizante (radiación alfa, beta y gama) y sus fuentes.
El átomo. Antes de definir a la radiación ionizante, es útil describir el átomo. Los átomos son el bloque básico de todos los elementos. Existen modelos del átomo basados en mediciones experimentales. Un átomo consiste de un núcleo, formado por protones y neutrones, y muchas partículas más pequeñas llamadas electrones. Normalmente los electrones giran alrededor del núcleo tal como los planetas o cometas giran alrededor del sol. El número de protones en el núcleo de un átomo determina la identidad del elemento. Por ejemplo, un átomo con un protón es el elemento hidrógeno y un átomo con 27 protones es el elemento cobalto. Cada protón tiene una carga positiva, y las cargas positivas tratan de alejarse unas de otras. Los neutrones neutralizan esta acción y actúan como un tipo de pegamento que mantiene a la protones juntos en el núcleo. El número de protones en un átomo de un elemento es siempre el mismo, pero el número de neutrones puede variar. Los neutrones contribuyen al peso de un átomo, de manera que un átomo de cobalto que tiene 27 protones y 32 neutrones es conocido como cobalto-59, ya que 27 más 32 es 59. Si se añade un neutrón más a este átomo, se llamaría cobalto-60. El cobalto-59 y el cobalto-60 son isótopos del cobalto. Los isótopos son formas de un mismo elemento que difieren en el número de neutrones en el núcleo. Como el cobalto-60 es radiactivo, constituye un radionucleido. Todos lo isótopos de un elemento, incluso aquellos que son radiactivos, reaccionan de manera químicamente similar. Los átomos tienden a combinarse con otros átomos para formar moléculas (por ejemplo, el hidrógeno y el oxígeno se combinan para formar agua). Los átomos radiactivos que pasan a formar parte de una molécula no afectan el comportamiento químico de la molécula dentro del cuerpo.
Lo que constituye radiación ionizante. La radiación ionizante es energía transportada por varios tipos de partículas y rayos emitidos por material radiactivo, aparatos de rayos X y por elementos combustibles en reactores nucleares. La radiación ionizante incluye a las partículas alfa, partículas beta, rayos X y rayos gama. Las partículas alfa y beta son esencialmente pequeños fragmentos de átomos que se mueven rápidamente. Los rayos X y rayos gama son tipos radiación electromagnética. Estas partículas y rayos poseen una cantidad tal de energía que pueden desplazar electrones de moléculas como por ejemplo agua, proteínas, y ácidos nucleicos, con las que interactúan. Este proceso se conoce con el nombre de ionización, de donde viene el nombre de radiación ionizante. La radiación ionizante no se puede sentir, de manera que se deben usar instrumentos especiales para determinar si estamos expuestos a ella y para medir el nivel de exposición. Los otros tipos de radiación electromagnética incluyen a las radioondas, microondas, ultrasonido, radiación infrarroja, luz visible y luz ultravioleta. Estos tipos de radiación no poseen energía suficiente para producir ionización y se les llama radiación no ionizante.
Lo que no constituye radiación ionizante. La radiación ionizante no es una sustancia como la sal, el aire, el agua, o una sustancia química peligrosa que se puede comer, respirar o beber, o que puede derramarse sobre la piel. Sin embargo, muchas sustancias pueden ser contaminadas con material radiactivo, y la gente puede exponerse a la radiación ionizante que proviene de estos contaminantes radiactivos.
¿Cómo un átomo se hace radiactivo? Un átomo es estable (no radiactivo) o inestable (radiactivo). La proporción de neutrones a protones dentro del núcleo determina si un átomo es estable. Si hay demasiados o muy pocos neutrones, el núcleo es inestable, y se dice que el átomo es radiactivo. Hay varias maneras a través de las cuales un átomo puede transformarse en radiactivo. Un átomo puede ser naturalmente radiactivo, procesos naturales del ambiente pueden hacerlo radiactivo, o la actividad humana puede hacerlo radiactivo. Los materiales radiactivos naturales como el potasio-40 y el uranio-238 han existido desde que la tierra se formó. Otros materiales radiactivos naturales como el carbono- 14 y el hidrógeno- 3 (tritio) se forman cuando radiación proveniente del sol y las estrellas bombardea la atmósfera de la tierra. Los elementos más pesados que el plomo son naturalmente radiactivos porque originalmente se formaron con demasiados neutrones. La industria genera materiales radiactivos a través de dos procesos. En el primero, un átomo de uranio o plutonio captura un neutrón y se divide (por fisión nuclear) en dos fragmentos radiactivos más dos o tres neutrones. En un reactor nuclear, uno de estos neutrones es capturado por otro átomo de uranio, y el proceso de fisión se repite sucesivamente. En el segundo proceso, átomos estables son bombardeados por neutrones o protones a los que se les confiere una cantidad alta de energía en un aparato llamado acelerador. Los átomos estables capturan estas partículas y se hacen radiactivos. Por ejemplo, el cobalto-59 estable, que se encuentra en el acero que rodea a un reactor nuclear es golpeado por neutrones provenientes del reactor y puede transformarse en cobalto-60 radiactivo. Todo material que contiene átomos radiactivos es un material radiactivo.
¿Cómo emite radiación ionizante un átomo radiactivo? Debido a que un átomo radiactivo es inestable, en algún momento se transformará a otro elemento al cambiar el número de protones en el núcleo. Esto es el resultado de una de varias reacciones que tienen lugar en el núcleo con el propósito de estabilizar la proporción de neutrones a protones. Si el átomo contiene demasiados neutrones, un neutrón se transforma en un protón y emite una partícula negativa beta. Si el átomo contiene demasiados protones, normalmente un protón se transforma en neutrón y emite una partícula beta positiva. Algunos átomos de mayor masa que el plomo, por ejemplo el radio, se transforman emitiendo una partícula alfa. Todo el exceso de energía que queda puede ser liberada en forma de rayos gama, que es lo mismo que rayos X. También pueden ocurrir otras reacciones, pero el objetivo final es transformar un átomo radiactivo en un átomo estable de un elemento diferente. Por ejemplo, todos lo átomos del cobalto-60 son radiactivos debido a que tienen demasiados neutrones. En algún momento, uno de sus neutrones se transformará en un protón. A medida que el átomo se transforma, el átomo emite su radiación, que consiste de una partícula beta negativa y dos rayos gama. Debido a que ahora el átomo tiene 28 protones en vez de 27, se ha transformado de cobalto a níquel. De esta manera, los átomos inestables del cobalto-60 radiactivo emiten radiación a medida que se transforman en átomos estables de níquel-60.
¿Durante cuánto tiempo puede el material radiactivo emitir radiación ionizante? En teoría, puede emitir radiación ionizante indefinidamente. Sin embargo, en la práctica, después de 10 vidas-medias, quedará menos del 0.1% de la radioactividad original y el material radiactivo emitirá solamente cantidades pequeñísimas de radiación ionizante. La vida-media es el tiempo en el que la mitad de los átomos radiactivos se transforman a otro elemento, el que puede ser o no ser radiactivo. Después de 1 vida-media, solamente queda la mitad de los átomos radiactivos; después de 2 vidas-medias, un cuarto de los átomos, luego un octavo, y así sucesivamente. La vida-media puede ser tan breve como una fracción de segundo o tan larga como billones de años. Cada tipo de átomo radiactivo, o radionucleido, tiene su vida-media característica. Por ejemplo, el tecnecio-99m y el iodo-131, ambos usados en medicina nuclear, tienen vidas-medias de 6 horas y 8 días, respectivamente. El radionucleido del uranio que ocurre naturalmente, el uranio-235, usado en reactores nucleares, tiene una vida-media de 700 millones de años. El potasio-40, que ocurre naturalmente y que se encuentra presente en el cuerpo, tiene una vida-media de 13 billones de años y experimenta aproximadamente 266,000 transformaciones radioactivas por minuto en el cuerpo. Así, el tecnecio-99m permanecerá radiactivo durante 60 horas, y el iodo-131 permanecerá radiactivo durante 3 meses. Por otra parte, el uranio y el potasio, que poseen vidas-medias muy largas, permanecerán radiactivos prácticamente para siempre.
¿Cuáles son los tres tipos de radiación? Los tres tipos principales de radiación ionizante se conocen como radiación alfa, beta y gama. Estos nombres se derivan de las letras del alfabeto griego a (alfa), ß (beta) y ? (gama).
Radiación alfa (o partículas alfa). Este tipo de radiación se conoce como radiación alfa o partículas alfa. La radiación alfa es una partícula que consiste de dos protones y dos neutrones y que se moviliza muy rápido y por lo tanto posee una gran cantidad de energía cinética o energía motora. Los dos protones y neutrones hacen a la partícula alfa idéntica a un átomo de helio, pero sin los electrones. Aunque es demasiado pequeña para poder verse con el más poderoso de los microscopios, es grande comparada a una partícula beta. Los protones le confieren una fuerte carga positiva que atrae fuertemente a los electrones de otros átomos de los que pasa cerca. Cuando la partícula alfa pasa cerca de un átomo, excita a sus electrones y puede remover un electrón de este átomo, lo que constituye el proceso de ionización. Este proceso ocurre cada vez que una partícula alfa remueve un electrón de un átomo que se encuentra en su camino. Con cada ionización, la partícula alfa pierde cierta energía y velocidad. Finalmente remueve dos electrones de otro átomo al final de su destino y se transforma en un átomo de helio. El helio no tiene ningún efecto en el cuerpo. Debido a la enorme masa y carga eléctrica, las partículas alfa ionizan fuertemente al tejido. Si la partícula alfa proviene de un material radiactivo fuera del cuerpo, perderá toda su energía antes de atravesar la capa más externa de la piel. Esto significa que usted puede exponerse a radiación alfa solamente si incorpora radiación alfa en el cuerpo (por ejemplo, si la respira o la ingiere en los alimentos o el agua). Una vez dentro de su cuerpo, este material radiactivo puede mezclarse con el contenido del estómago y los intestinos, pasar a la corriente sanguínea, incorporarse a una molécula, y finalmente depositarse en tejido como por ejemplo los huesos. Las partículas alfa generadas por este material radiactivo pueden dañar a este tejido.
Radiación beta (o partículas beta). Este tipo de radiación se conoce como radiación beta o partículas beta. Las partículas beta son electrones de alta energía que algunos materiales radiactivos emiten cuando se transforman. Las partículas beta se forman de una de dos maneras, dependiendo del material radiactivo que las genera. Como resultado, tendrán ya sea una carga positiva o una carga negativa. La mayoría de las partículas beta están cargadas negativamente. Son mucho más livianas y penetrantes que las partículas alfa. Su poder de penetración depende de su energía. Algunas, como por ejemplo el tritio, poseen muy poca energía, y no son capaces de atravesar la capa más externa de la piel. La mayoría tiene suficiente energía como para atravesar la capa externa de la piel e irradiar el tejido que está debajo. Usted también puede estar expuesto a la radiación beta desde el interior del cuerpo si el radionucleido que emite la radiación pasa al interior del cuerpo. Una partícula beta pierde su energía cuando excita y ioniza a los átomos que encuentra en su camino. Cuando ha usado toda su energía cinética, una partícula beta (negatrón) se transforma en un electrón común y no tiene ningún efecto en el cuerpo. Una partícula beta positiva (positrón) choca con un electrón con carga negativa de la cercanía y este par, electrón/positrón, se convierte en un par de rayos gama llamados radiación de aniquilamiento, que puede interactuar con otras moléculas en el cuerpo.
Radiación gama (o rayos gama). Este tipo de radiación es conocida como radiación gama o rayos gama. A diferencia de la radiación alfa y beta, la radiación gama no es una partícula, sino que es un rayo. Es el tipo de luz que usted no puede ver, como las ondas de radio, luz infrarroja, luz ultravioleta y los rayos X. Cuando un átomo radiactivo se transforma emitiendo partículas alfa o beta, puede que también emita uno o más rayos gama para liberar cualquier exceso de energía. Los rayos gama son paquetes de energía que no poseen carga o masa. Esto les permite viajar distancias muy largas a través del aire, tejidos corporales y otros materiales. Se movilizan una distancia tanto más larga que las partículas alfa o beta que la fuente de rayos gama no necesita estar localizada en el interior del cuerpo o cerca de la piel. La fuente de rayos gama puede estar relativamente lejos, por ejemplo en forma de materiales radiactivos en materiales de construcción que están cerca, en el suelo o el asfalto. Un rayo gama puede atravesar el cuerpo sin hacer contacto con nada, o puede que choque con un átomo y le dé al átomo toda o parte de su energía. Normalmente esto remueve un electrón del átomo (y lo ioniza). Este electrón usa la energía que recibió del rayo gama para ionizar a otros átomos removiendo también electrones de ellos. Debido a que un rayo gama es puramente energía, una vez que pierde toda su energía, deja de existir.
