Radiación ionizante
La radiación ionizante ( radiación ionizante ) consiste en partículas subatómicas u ondas electromagnéticas que tienen energía suficiente para ionizar átomos o moléculas separando electrones de ellos. [1] Las partículas generalmente viajan a una velocidad superior al 1% de la de la luz , y las ondas electromagnéticas se encuentran en la parte de alta energía del espectro electromagnético .
Los rayos gamma , los rayos X y la parte ultravioleta superior del espectro electromagnético son radiación ionizante, mientras que la luz ultravioleta de menor energía , la luz visible , casi todos los tipos de luz láser , infrarrojos , microondas y ondas de radio son radiaciones no ionizantes . El límite entre la radiación ionizante y no ionizante en el área ultravioleta no está claramente definido, ya que diferentes moléculas y átomos se ionizan a diferentes energías , pero está entre 10 electronvoltios (eV) y 33 eV.
Las partículas subatómicas ionizantes típicas incluyen partículas alfa , partículas beta y neutrones . Estos se crean típicamente debido a la desintegración radiactiva , y casi todos son lo suficientemente energéticos como para ser ionizantes. Las partículas cósmicas secundarias producidas después de que los rayos cósmicos interactúan con la atmósfera de la Tierra e incluyen muones , mesones y positrones . [2] [3] Los rayos cósmicos también pueden producir radioisótopos en la Tierra (por ejemplo, carbono-14 ), que a su vez se desintegran y emiten radiación ionizante. Los rayos cósmicos y la desintegración de radiactivos.Los isótopos son las fuentes primarias de radiación ionizante natural en la Tierra, que contribuyen a la radiación de fondo . La radiación ionizante también se genera artificialmente mediante tubos de rayos X , aceleradores de partículas y fisión nuclear .
La radiación ionizante no es detectable por los sentidos humanos, por lo que se deben utilizar instrumentos como los contadores Geiger para detectarla y medirla. Sin embargo, intensidades muy altas pueden producir luz visible, como en la radiación de Cherenkov .
La radiación ionizante se utiliza en una amplia variedad de campos como la medicina , la energía nuclear , la investigación y la fabricación industrial, pero presenta un riesgo para la salud si no se toman las medidas adecuadas contra la exposición excesiva. La exposición a la radiación ionizante causa daño celular a los tejidos vivos . En dosis altas y agudas, provocará quemaduras por radiación y enfermedad por radiación , y dosis más bajas durante un tiempo prolongado pueden causar cáncer . [4] La Comisión Internacional de Protección Radiológica (CIPR) emite orientaciones sobre la protección contra las radiaciones ionizantes y los efectos de la absorción de dosis en la salud humana.
Radiación ionizante directa
La radiación ionizante puede agruparse como ionizante directa o indirectamente.
Cualquier partícula cargada con masa puede ionizar átomos directamente por interacción fundamental a través de la fuerza de Coulomb si lleva suficiente energía cinética. Tales partículas incluyen núcleos atómicos , electrones , muones , piones cargados , protones y núcleos cargados energéticamente despojados de sus electrones. Cuando se mueven a velocidades relativistas (cercanas a la velocidad de la luz , c) estas partículas tienen suficiente energía cinética para ionizarse, pero hay una considerable variación de velocidad. Por ejemplo, una partícula alfa típica se mueve aproximadamente al 5% de c, pero un electrón con 33 eV (lo suficiente para ionizar) se mueve aproximadamente al 1% de c.
Dos de los primeros tipos de radiación ionizante directa que se han descubierto son las partículas alfa, que son núcleos de helio expulsados del núcleo de un átomo durante la desintegración radiactiva, y los electrones energéticos, que se denominan partículas beta .
Los rayos cósmicos naturales están formados principalmente por protones relativistas, pero también incluyen núcleos atómicos más pesados como iones de helio e iones HZE . En la atmósfera, estas partículas a menudo son detenidas por moléculas de aire, y esto produce piones cargados de vida corta, que pronto se descomponen en muones, un tipo primario de radiación de rayos cósmicos que llega a la superficie de la tierra. Los piones también se pueden producir en grandes cantidades en aceleradores de partículas .
Partículas alfa
Las partículas alfa consisten en dos protones y dos neutrones unidos en una partícula idéntica a un núcleo de helio . Las emisiones de partículas alfa generalmente se producen en el proceso de desintegración alfa .
Las partículas alfa son una forma de radiación fuertemente ionizante, pero cuando se emiten por desintegración radiactiva tienen un poder de penetración bajo y pueden ser absorbidas por unos pocos centímetros de aire o por la capa superior de la piel humana. Las partículas alfa más poderosas de la fisión ternaria son tres veces más energéticas y penetran proporcionalmente más lejos en el aire. Los núcleos de helio, que forman entre el 10 y el 12% de los rayos cósmicos, también suelen tener una energía mucho mayor que los producidos por la desintegración radiactiva y plantean problemas de protección en el espacio. Sin embargo, este tipo de radiación es absorbida significativamente por la atmósfera terrestre, que es un escudo de radiación equivalente a unos 10 metros de agua. [5]
Las partículas alfa reciben el nombre de la primera letra del alfabeto griego , α . El símbolo de la partícula alfa es α o α 2+ . Debido a que son idénticos a los núcleos de helio, a veces también se escriben como He2+
o 4
2Él2+
indicando un ion de helio con una carga de +2 (faltan sus dos electrones). Si el ion obtiene electrones de su entorno, la partícula alfa se puede escribir como un átomo de helio normal (eléctricamente neutro)4
2Él .
Partículas beta
Las partículas beta son electrones o positrones de alta energía y alta velocidad emitidos por ciertos tipos de núcleos radiactivos , como el potasio-40 . La producción de partículas beta se denomina desintegración beta . Están designados por la letra griega beta (β). Hay dos formas de desintegración beta, β - y β + , que dan lugar respectivamente al electrón y al positrón. [6] Las partículas beta son menos penetrantes que la radiación gamma, pero más penetrantes que las partículas alfa.
Las partículas beta de alta energía pueden producir rayos X conocidos como bremsstrahlung ("radiación de frenado") o electrones secundarios ( rayo delta ) a medida que atraviesan la materia. Ambos pueden causar un efecto de ionización indirecto. Bremsstrahlung es motivo de preocupación cuando se protegen los emisores beta, ya que la interacción de las partículas beta con el material de protección produce Bremsstrahlung. Este efecto es mayor con material de alto número atómico, por lo que el material con bajo número atómico se utiliza para el blindaje de la fuente beta.
Positrones y otros tipos de antimateria
El positrón o antielectrón es la antipartícula o la contraparte de antimateria del electrón . Cuando un positrón de baja energía choca con un electrón de baja energía, ocurre la aniquilación , lo que resulta en su conversión en la energía de dos o más fotones de rayos gamma (ver aniquilación electrón-positrón ). Como los positrones son partículas cargadas positivamente, pueden ionizar directamente un átomo a través de interacciones de Coulomb.
Los positrones se pueden generar por desintegración nuclear por emisión de positrones (a través de interacciones débiles ) o por producción de pares a partir de un fotón suficientemente energético . Los positrones son fuentes artificiales comunes de radiación ionizante que se utilizan en las tomografías por emisión de positrones (PET) médicas .
Núcleos cargados
Los núcleos cargados son característicos de los rayos cósmicos galácticos y los eventos de partículas solares y, a excepción de las partículas alfa (núcleos de helio cargados), no tienen fuentes naturales en la tierra. En el espacio, sin embargo, los protones de muy alta energía, los núcleos de helio y los iones HZE pueden detenerse inicialmente mediante capas relativamente delgadas de protección, ropa o piel. Sin embargo, la interacción resultante generará radiación secundaria y provocará efectos biológicos en cascada. Si solo un átomo de tejido es desplazado por un protón energético, por ejemplo, la colisión provocará más interacciones en el cuerpo. Esto se llama " transferencia de energía lineal " (LET), que utiliza la dispersión elástica .
LET se puede visualizar como una bola de billar que golpea a otra en la forma de conservación del impulso , enviando a ambas con la energía de la primera bola dividida entre las dos de manera desigual. Cuando un núcleo cargado golpea un núcleo de movimiento relativamente lento de un objeto en el espacio, se produce LET y los neutrones, partículas alfa, protones de baja energía y otros núcleos serán liberados por las colisiones y contribuirán a la dosis total absorbida de tejido. [7]
Radiación ionizante indirectamente
La radiación ionizante indirecta es eléctricamente neutra y no interactúa fuertemente con la materia, por lo tanto, la mayor parte de los efectos de ionización se deben a la ionización secundaria.
Radiación de fotones
Aunque los fotones son eléctricamente neutros, pueden ionizar átomos indirectamente a través del efecto fotoeléctrico y el efecto Compton . Cualquiera de esas interacciones provocará la expulsión de un electrón de un átomo a velocidades relativistas, convirtiendo ese electrón en una partícula beta (partícula beta secundaria) que ionizará otros átomos. Dado que la mayoría de los átomos ionizados se deben a las partículas beta secundarias , los fotones son radiación ionizante indirectamente. [8]
Los fotones irradiados se denominan rayos gamma si son producidos por una reacción nuclear , desintegración de partículas subatómicas o desintegración radiactiva dentro del núcleo. Se llaman rayos X si se producen fuera del núcleo. El término genérico "fotón" se utiliza para describir ambos. [9] [10] [11]
Los rayos X normalmente tienen una energía más baja que los rayos gamma, y una convención más antigua era definir el límite como una longitud de onda de 10-11 m (o una energía fotónica de 100 keV). [12] Ese umbral se debió a las limitaciones históricas de los tubos de rayos X más antiguos y al escaso conocimiento de las transiciones isoméricas.. Las tecnologías y los descubrimientos modernos han mostrado una superposición entre las energías de rayos X y gamma. En muchos campos son funcionalmente idénticos, diferenciándose para los estudios terrestres solo en el origen de la radiación. Sin embargo, en astronomía, donde el origen de la radiación a menudo no se puede determinar de manera confiable, la antigua división de energía se ha conservado, con rayos X definidos como entre 120 eV y 120 keV, y rayos gamma como de cualquier energía por encima de 100 a 120 keV. , independientemente de la fuente. Se sabe que la mayoría de la " astronomía de rayos gamma " astronómica no se origina en procesos radiactivos nucleares sino que, más bien, resulta de procesos como los que producen rayos X astronómicos, excepto impulsados por electrones mucho más energéticos.
Absorción fotoeléctrica es el mecanismo dominante en materiales orgánicos para energías de fotones por debajo de 100 keV, típicos de tubo de rayos X clásica originado rayos X . A energías superiores a 100 keV, los fotones ionizan la materia cada vez más a través del efecto Compton , y luego indirectamente a través de la producción de pares a energías superiores a 5 MeV. El diagrama de interacción adjunto muestra dos dispersiones de Compton que ocurren secuencialmente. En cada evento de dispersión, el rayo gamma transfiere energía a un electrón, y continúa su camino en una dirección diferente y con energía reducida.
Límite de definición para fotones de menor energía
La energía de ionización más baja de cualquier elemento es 3.89 eV, para el cesio . Sin embargo, el material de la Comisión Federal de Comunicaciones de EE. UU. Define la radiación ionizante como aquella con una energía fotónica superior a 10 eV (equivalente a una longitud de onda ultravioleta lejana de 124 nanómetros ). [13] Aproximadamente, esto corresponde tanto a la primera energía de ionización del oxígeno como a la energía de ionización del hidrógeno, ambas alrededor de 14 eV. [14] En algunas referencias de la Agencia de Protección Ambiental , se hace referencia a la ionización de una molécula de agua típica a una energía de 33 eV [15]como el umbral biológico adecuado para la radiación ionizante: este valor representa el llamado W-valor , el nombre familiar para el ICRU 's energía media gastada en un gas por par ion formado , [16] que combina energía de ionización más la energía perdida a otros procesos como la excitación . [17] A una longitud de onda de 38 nanómetros para la radiación electromagnética , 33 eV está cerca de la energía en la transición de longitud de onda convencional de 10 nm entre la radiación ultravioleta extrema y la radiación de rayos X, que ocurre a aproximadamente 125 eV. Por lo tanto, la radiación de rayos X siempre es ionizante, pero solo la radiación ultravioleta extrema puede considerarse ionizante en todas las definiciones.
Neutrones
Los neutrones tienen una carga eléctrica neutra que a menudo se malinterpreta como carga eléctrica cero y, por lo tanto, a menudo no causan ionización directa en un solo paso o interacción con la materia. Sin embargo, los neutrones rápidos interactuarán con los protones en el hidrógeno a través de LET , y este mecanismo dispersa los núcleos de los materiales en el área objetivo, provocando la ionización directa de los átomos de hidrógeno. Cuando los neutrones chocan contra los núcleos de hidrógeno, se produce la radiación de protones (protones rápidos). Estos protones se ionizan en sí mismos porque son de alta energía, están cargados e interactúan con los electrones de la materia.
Los neutrones que chocan contra otros núcleos además del hidrógeno transferirán menos energía a la otra partícula si ocurre LET. Pero, para muchos núcleos golpeados por neutrones, se produce una dispersión inelástica . El hecho de que se produzca una dispersión elástica o inelástica depende de la velocidad del neutrón, ya sea rápido o térmico o en algún punto intermedio. También depende de los núcleos que golpea y de su sección transversal de neutrones .
En la dispersión inelástica, los neutrones se absorben fácilmente en un tipo de reacción nuclear llamada captura de neutrones y se atribuye a la activación neutrónica del núcleo. Las interacciones de neutrones con la mayoría de los tipos de materia de esta manera suelen producir núcleos radiactivos . El abundante núcleo de oxígeno-16 , por ejemplo, sufre activación de neutrones, se descompone rápidamente por una emisión de protones formando nitrógeno-16 , que se descompone en oxígeno-16. La desintegración del nitrógeno-16 de corta duración emite un poderoso rayo beta. Este proceso se puede escribir como:
16 O (n, p) 16 N (captura de neutrones rápidos posible con neutrones> 11 MeV)
16 N → 16 O + β - (Decaimiento t 1/2 = 7.13 s)
Esta alta energía β - más interacciona rápidamente con otros núcleos, que emiten γ de alta energía a través de Bremsstrahlung
Si bien no es una reacción favorable, la reacción de 16 O (n, p) 16 N es una fuente importante de rayos X emitidos por el agua de enfriamiento de un reactor de agua a presión y contribuye enormemente a la radiación generada por un reactor nuclear enfriado por agua mientras operando.
Para el mejor blindaje de neutrones, se utilizan hidrocarburos que tienen abundancia de hidrógeno .
En los materiales fisibles , los neutrones secundarios pueden producir reacciones nucleares en cadena , provocando una mayor cantidad de ionización de los productos hijos de la fisión.
Fuera del núcleo, los neutrones libres son inestables y tienen una vida media de 14 minutos y 42 segundos. Los neutrones libres se desintegran mediante la emisión de un electrón y un antineutrino electrónico para convertirse en un protón, un proceso conocido como desintegración beta : [18]
En el diagrama adyacente, un neutrón choca con un protón del material objetivo y luego se convierte en un protón de retroceso rápido que se ioniza a su vez. Al final de su trayectoria, el neutrón es capturado por un núcleo en una reacción (n, γ) que conduce a la emisión de un fotón de captura de neutrones . Estos fotones siempre tienen suficiente energía para calificar como radiación ionizante.
Efectos físicos
Efectos nucleares
La radiación de neutrones, la radiación alfa y la gamma extremadamente enérgica (> ~ 20 MeV) pueden causar transmutación nuclear y radiactividad inducida . Los mecanismos relevantes son la activación de neutrones , la absorción alfa y la fotodisintegración . Una cantidad suficientemente grande de transmutaciones puede cambiar las propiedades macroscópicas y hacer que los objetivos se vuelvan radioactivos, incluso después de que se elimine la fuente original.
Efectos quimicos
La ionización de moléculas puede provocar radiólisis (ruptura de enlaces químicos) y formación de radicales libres altamente reactivos . Estos radicales libres pueden reaccionar químicamente con materiales vecinos incluso después de que la radiación original se haya detenido. (p. ej., agrietamiento por ozono de polímeros por ozono formado por ionización del aire). La radiación ionizante también puede acelerar las reacciones químicas existentes, como la polimerización y la corrosión, al contribuir a la energía de activación requerida para la reacción. Los materiales ópticos se deterioran bajo el efecto de la radiación ionizante.
La radiación ionizante de alta intensidad en el aire puede producir un resplandor de aire ionizado visible de un color púrpura azulado revelador. El resplandor se puede observar, por ejemplo, durante accidentes de criticidad , alrededor de nubes en forma de hongo poco después de una explosión nuclear , o en el interior de un reactor nuclear dañado como durante el desastre de Chernobyl .
Los fluidos monoatómicos, por ejemplo, el sodio fundido , no tienen enlaces químicos que romper ni una red cristalina que perturbar, por lo que son inmunes a los efectos químicos de la radiación ionizante. Los compuestos diatómicos simples con entalpía de formación muy negativa , como el fluoruro de hidrógeno, se reformarán rápida y espontáneamente después de la ionización.
Efectos electricos
La ionización de materiales aumenta temporalmente su conductividad, permitiendo potencialmente niveles de corriente dañinos. Este es un peligro particular en la microelectrónica de semiconductores empleada en equipos electrónicos, con corrientes posteriores que introducen errores de funcionamiento o incluso dañan permanentemente los dispositivos. Los dispositivos destinados a entornos de alta radiación, como la industria nuclear y las aplicaciones extraatmosféricas (espaciales), pueden hacer que la radiación sea difícil de resistir tales efectos a través de métodos de diseño, selección de materiales y fabricación.
La radiación de protones que se encuentra en el espacio también puede causar alteraciones de un solo evento en los circuitos digitales. Los efectos eléctricos de la radiación ionizante se aprovechan en detectores de radiación llenos de gas, por ejemplo, el contador Geiger-Muller o la cámara de iones .
Efectos en la salud
La mayoría de los efectos adversos para la salud de la exposición a las radiaciones ionizantes pueden agruparse en dos categorías generales:
- efectos deterministas (reacciones tisulares nocivas) debidos en gran parte a la muerte o al mal funcionamiento de las células después de altas dosis de quemaduras por radiación .
- efectos estocásticos, es decir, cáncer y efectos hereditarios que implican el desarrollo de cáncer en individuos expuestos debido a la mutación de las células somáticas o la enfermedad hereditaria en su descendencia debido a la mutación de las células reproductivas (germinales). [19]
El impacto más común es la inducción estocástica de cáncer con un período de latencia de años o décadas después de la exposición. Por ejemplo, la radiación ionizante es una de las causas de la leucemia mielógena crónica , [20] [21] [22] aunque la mayoría de las personas con CML no han estado expuestas a la radiación. [21] [22] El mecanismo por el cual esto ocurre es bien conocido, pero los modelos cuantitativos que predicen el nivel de riesgo siguen siendo controvertidos. [ cita requerida ]
El modelo más ampliamente aceptado, el modelo lineal sin umbral (LNT), sostiene que la incidencia de cánceres debidos a la radiación ionizante aumenta linealmente con la dosis de radiación efectiva a una tasa del 5,5% por sievert . [23] Si esto es correcto, entonces la radiación de fondo natural es la fuente de radiación más peligrosa para la salud pública en general, seguida por las imágenes médicas en un cercano segundo lugar. Otros efectos estocásticos de la radiación ionizante son la teratogénesis , el deterioro cognitivo y las enfermedades cardíacas . [ cita requerida ]
Aunque el ADN siempre es susceptible de dañarse por radiación ionizante, la molécula de ADN también puede dañarse por radiación con suficiente energía para excitar ciertos enlaces moleculares para formar dímeros de pirimidina . Esta energía puede ser menos ionizante, pero cercana a ella. Un buen ejemplo es la energía del espectro ultravioleta que comienza en aproximadamente 3,1 eV (400 nm) cerca del mismo nivel de energía que puede causar quemaduras solares en la piel desprotegida, como resultado de las fotorreacciones en el colágeno y (en el UV-Brango) también daño en el ADN (por ejemplo, dímeros de pirimidina). Por lo tanto, el espectro electromagnético ultravioleta medio e inferior es dañino para los tejidos biológicos como resultado de la excitación electrónica en moléculas que no llega a la ionización, pero produce efectos no térmicos similares. Hasta cierto punto, se ha demostrado que la luz visible y también el ultravioleta A (UVA), que es el más cercano a las energías visibles, dan como resultado la formación de especies reactivas de oxígeno en la piel, que causan daños indirectos, ya que se trata de moléculas excitadas electrónicamente que pueden infligir daños reactivos. aunque no provocan quemaduras solares (eritema). [24] Al igual que el daño por ionización, todos estos efectos en la piel van más allá de los producidos por simples efectos térmicos. [ cita requerida ]
Medida de radiacion
La siguiente tabla muestra las cantidades de radiación y dosis en unidades SI y no SI.
| Cantidad | Detector | Unidades CGS | Unidades SI | Otras unidades |
|---|---|---|---|---|
| Tasa de desintegración | curie | becquerel | ||
| Flujo de partículas | Contador Geiger , contador proporcional , centelleador | cuentas / cm 2 · segundo | cuentas / metro 2 · segundo | recuentos por minuto , partículas por cm 2 por segundo |
| Fluencia energética | dosímetro termoluminiscente , dosímetro de placa de película | MeV / cm 2 | julio / metro 2 | |
| Haz de energía | contador proporcional | electronvoltio | joule | |
| Transferencia de energía lineal | cantidad derivada | MeV / cm | Joule / metro | keV / μm |
| Kerma | cámara de ionización , detector de semiconductores , dosímetro de fibra de cuarzo , medidor de lluvia radiactiva Kearny | esu / cm 3 | gris ( julio / kg ) | roentgen |
| Dosis absorbida | calorímetro | rad | gris | reps |
| Dosis equivalente | cantidad derivada | movimiento rápido del ojo | sievert ( julio / kg × W R ) | |
| Dosis efectiva | cantidad derivada | movimiento rápido del ojo | sievert ( julio / kg × W R × W T ) | BRET |
| Dosis comprometida | cantidad derivada | movimiento rápido del ojo | sievert | dosis equivalente de banana |
Usos de la radiación
La radiación ionizante tiene muchos usos industriales, militares y médicos. Su utilidad debe equilibrarse con sus peligros, un compromiso que ha cambiado con el tiempo. Por ejemplo, en un momento, los asistentes de las zapaterías usaban rayos X para verificar la talla del zapato de un niño , pero esta práctica se detuvo cuando se comprendieron mejor los riesgos de la radiación ionizante. [25]
La radiación de neutrones es esencial para el funcionamiento de los reactores nucleares y las armas nucleares . El poder de penetración de los rayos X, gamma, beta y radiación de positrones se utiliza para imágenes médicas , pruebas no destructivas y una variedad de medidores industriales. Los trazadores radiactivos se utilizan en aplicaciones médicas e industriales, así como en química biológica y de radiación . La radiación alfa se utiliza en eliminadores de estática y detectores de humo . Los efectos esterilizantes de la radiación ionizante son útiles para limpiar instrumentos médicos, irradiación de alimentos y la técnica de los insectos estériles . Medidas decarbono-14 , se puede utilizar para fechar los restos de organismos muertos hace mucho tiempo (como la madera que tiene miles de años).
Fuentes de radiacion
La radiación ionizante se genera a través de reacciones nucleares, desintegración nuclear, por temperaturas muy altas o mediante la aceleración de partículas cargadas en campos electromagnéticos. Las fuentes naturales incluyen el sol, los rayos y las explosiones de supernovas. Las fuentes artificiales incluyen reactores nucleares, aceleradores de partículas, y los tubos de rayos x .
El Comité Científico de las Naciones Unidas sobre los Efectos de las Radiaciones Atómicas (UNSCEAR) enumeró los tipos de exposición humana.
| Expuesto al público | ||
| Fuentes naturales | Ocurrencias normales | Radiación cósmica |
| Radiación terrestre | ||
| Fuentes mejoradas | Minería y fundición de metales | |
| Industria del fosfato | ||
| Minería de carbón y producción de energía a partir del carbón. | ||
| Perforación de petróleo y gas | ||
| Industrias de tierras raras y dióxido de titanio | ||
| Industrias de circonio y cerámica | ||
| Aplicación de radio y torio | ||
| Otras situaciones de exposición | ||
| Fuentes artificiales | Propósitos pacíficos | Producción de energía nuclear |
| Transporte de material nuclear y radiactivo | ||
| Aplicación distinta de la energía nuclear | ||
| Propósitos militares | Ensayos nucleares | |
| Residuos en el medio ambiente. Secuela nuclear | ||
| Situaciones históricas | ||
| Exposición por accidentes | ||
| Exposición a la radiación ocupacional | ||
| Fuentes naturales | Exposiciones a rayos cósmicos de la tripulación aérea y la tripulación espacial | |
| Exposiciones en industrias extractivas y de procesamiento | ||
| Industrias de extracción de gas y petróleo | ||
| Exposición al radón en lugares de trabajo distintos a las minas | ||
| Fuentes artificiales | Propósitos pacíficos | Industrias de energía nuclear |
| Usos médicos de la radiación | ||
| Usos industriales de la radiación | ||
| Usos varios | ||
| Propósitos militares | Otros trabajadores expuestos | |
| Fuente UNSCEAR 2008 Anexo B recuperado 2011-7-4 | ||
La Comisión Internacional de Protección Radiológica gestiona el Sistema Internacional de Protección Radiológica, que establece límites recomendados para la absorción de dosis.
Radiación de fondo
La radiación de fondo proviene tanto de fuentes naturales como artificiales.
La exposición media global de los seres humanos a la radiación ionizante es de unos 3 mSv (0,3 rem) por año, el 80% de los cuales procede de la naturaleza. El 20% restante es el resultado de la exposición a fuentes de radiación artificiales, principalmente de imágenes médicas . La exposición media provocada por el hombre es mucho mayor en los países desarrollados, principalmente debido a las tomografías computarizadas y la medicina nuclear .
La radiación de fondo natural proviene de cinco fuentes primarias: radiación cósmica, radiación solar, fuentes terrestres externas, radiación en el cuerpo humano y radón .
La tasa de fondo de la radiación natural varía considerablemente con la ubicación, siendo tan baja como 1,5 mSv / a (1,5 mSv por año) en algunas áreas y más de 100 mSv / a en otras. El nivel más alto de radiación puramente natural registrado en la superficie de la Tierra es de 90 µGy / h (0,8 Gy / a) en una playa negra brasileña compuesta de monacita . [26] La radiación de fondo más alta en un área habitada se encuentra en Ramsar , principalmente debido a la piedra caliza naturalmente radiactiva utilizada como material de construcción. Unos 2000 de los residentes más expuestos reciben una dosis de radiación promedio de 10 mGy por año, (1 rad / año) diez veces más que el límite recomendado por la CIPR para la exposición del público a partir de fuentes artificiales.[27] Se encontraron niveles récord en una casa donde la dosis de radiación efectiva debido a la radiación externa fue de 135 mSv / a (13,5 rem / año) y la dosis comprometida de radón fue de 640 mSv / a (64,0 rem / año). [28]Este caso único es más de 200 veces mayor que la radiación de fondo promedio mundial. A pesar de los altos niveles de radiación de fondo que reciben los residentes de Ramsar, no hay pruebas convincentes de que experimenten un mayor riesgo para la salud. Las recomendaciones de la ICRP son límites conservadores y pueden representar una representación excesiva del riesgo real para la salud. Generalmente, la organización de seguridad radiológica recomienda los límites más conservadores asumiendo que es mejor pecar de cauteloso. Este nivel de precaución es apropiado, pero no debe usarse para crear temor sobre el peligro de la radiación de fondo. El peligro de radiación de la radiación de fondo puede ser una amenaza grave, pero es más probable que sea un riesgo general pequeño en comparación con todos los demás factores del medio ambiente.
Radiación cósmica
La Tierra, y todos los seres vivos que hay en ella, son bombardeados constantemente por la radiación del exterior de nuestro sistema solar. Esta radiación cósmica consta de partículas relativistas: núcleos cargados positivamente (iones) desde protones de 1 amu (alrededor del 85%) hasta 26 núcleos de hierro amu e incluso más. (Las partículas de alto número atómico se denominan iones HZE ). La energía de esta radiación puede superar con creces la que los humanos pueden crear, incluso en los aceleradores de partículas más grandes (ver rayo cósmico de energía ultra alta ). Esta radiación interactúa en la atmósfera para crear radiación secundaria que llueve, incluidos rayos X , muones , protones , antiprotones , partículas alfa , piones , electrones , positrones y neutrones .
La dosis de radiación cósmica proviene principalmente de muones, neutrones y electrones, con una tasa de dosis que varía en diferentes partes del mundo y se basa en gran medida en el campo geomagnético, la altitud y el ciclo solar. La tasa de dosis de radiación cósmica en los aviones es tan alta que, según el Informe UNSCEAR 2000 de las Naciones Unidas (ver enlaces en la parte inferior), los trabajadores de la tripulación de vuelo de las aerolíneas reciben más dosis en promedio que cualquier otro trabajador, incluidos los de las plantas de energía nuclear. Las tripulaciones de las aerolíneas reciben más rayos cósmicos si trabajan rutinariamente rutas de vuelo que las lleven cerca del polo norte o sur en altitudes elevadas, donde este tipo de radiación es máxima.
Los rayos cósmicos también incluyen rayos gamma de alta energía, que están mucho más allá de las energías producidas por fuentes solares o humanas.
Fuentes terrestres externas
La mayoría de los materiales de la Tierra contienen algunos átomos radiactivos , incluso en pequeñas cantidades. La mayor parte de la dosis recibida de estas fuentes proviene de emisores de rayos gamma en materiales de construcción o rocas y suelo cuando están afuera. Los principales radionucleidos de interés para la radiación terrestre son los isótopos de potasio , uranio y torio . Cada una de estas fuentes ha ido disminuyendo en actividad desde la formación de la Tierra.
Fuentes de radiación interna
Todos los materiales terrestres que son los pilares de la vida contienen un componente radiactivo. A medida que los seres humanos, las plantas y los animales consumen alimentos, aire y agua, se acumula un inventario de radioisótopos dentro del organismo (consulte la dosis equivalente de banano ). Algunos radionúclidos, como el potasio-40 , emiten un rayo gamma de alta energía que puede medirse mediante sistemas de medición de radiación electrónicos sensibles. Estas fuentes de radiación internas contribuyen a la dosis de radiación total de un individuo a partir de la radiación de fondo natural .
Radón
Una fuente importante de radiación natural es el gas radón , que se filtra continuamente desde el lecho rocoso pero que, debido a su alta densidad, puede acumularse en casas mal ventiladas.
El radón-222 es un gas producido por la desintegración α del radio -226. Ambos son parte de la cadena de desintegración natural del uranio . El uranio se encuentra en el suelo de todo el mundo en concentraciones variables. El radón es la principal causa de cáncer de pulmón entre los no fumadores y la segunda causa principal en general. [29]
Exposicion a la radiación
Hay tres formas estándar de limitar la exposición:
- Tiempo : para las personas expuestas a radiación además de la radiación de fondo natural, limitar o minimizar el tiempo de exposición reducirá la dosis de la fuente de radiación.
- Distancia : la intensidad de la radiación disminuye drásticamente con la distancia, de acuerdo con una ley del cuadrado inverso (en un vacío absoluto). [30]
- Blindaje : el aire o la piel pueden ser suficientes para atenuar sustancialmente la radiación alfa y beta. Las barreras de plomo , hormigón o agua se utilizan a menudo para brindar una protección eficaz contra partículas más penetrantes, como los rayos gamma y los neutrones . Algunos materiales radiactivos se almacenan o manipulan bajo el agua o por control remoto en habitaciones construidas con hormigón grueso o revestidas con plomo. Hay protectores de plástico especiales que detienen las partículas beta y el aire detiene la mayoría de las partículas alfa. La eficacia de un material para proteger contra la radiación está determinada por sus espesores de valor medio., el espesor del material que reduce la radiación a la mitad. Este valor es función del propio material y del tipo y energía de la radiación ionizante. Algunos espesores de material atenuador generalmente aceptados son 5 mm de aluminio para la mayoría de las partículas beta y 3 pulgadas de plomo para la radiación gamma.
Todos estos pueden aplicarse a fuentes naturales y artificiales. Para las fuentes creadas por el hombre, el uso de la contención es una herramienta importante para reducir la absorción de dosis y es efectivamente una combinación de protección y aislamiento del entorno abierto. Los materiales radiactivos se confinan en el espacio más pequeño posible y se mantienen fuera del medio ambiente, como una celda caliente (para radiación) o una guantera (para contaminación). Los isótopos radiactivos para uso médico, por ejemplo, se dispensan en instalaciones de manipulación cerradas, generalmente cajas de guantes, mientras que los reactores nuclearesoperan dentro de sistemas cerrados con múltiples barreras que mantienen contenidos los materiales radiactivos. Las salas de trabajo, las celdas calientes y las cajas de guantes tienen presiones de aire ligeramente reducidas para evitar el escape de material en el aire al ambiente abierto.
En conflictos nucleares o descargas nucleares civiles, las medidas de defensa civil pueden ayudar a reducir la exposición de las poblaciones al reducir la ingestión de isótopos y la exposición ocupacional. Uno es el problema de las tabletas de yoduro de potasio (KI), que bloquea la absorción de yodo radiactivo (uno de los principales productos radioisotópicos de la fisión nuclear ) en la glándula tiroides humana .
Exposición ocupacional
Las personas con exposición ocupacional están controladas dentro del marco regulatorio del país en el que trabajan y de acuerdo con las restricciones de la licencia nuclear local. Por lo general, se basan en las recomendaciones de la Comisión Internacional de Protección Radiológica . La ICRP recomienda limitar la irradiación artificial. Para la exposición ocupacional, el límite es 50 mSv en un solo año con un máximo de 100 mSv en un período consecutivo de cinco años. [23]
La exposición a la radiación de estas personas se controla cuidadosamente con el uso de dosímetros y otros instrumentos de protección radiológica que medirán las concentraciones de partículas radiactivas, las lecturas de dosis gamma del área y la contaminación radiactiva . Se mantiene un registro legal de dosis.
Ejemplos de actividades en las que la exposición ocupacional es una preocupación incluyen:
- Tripulación de la aerolínea (la población más expuesta)
- Radiografía industrial
- Radiología médica y medicina nuclear [31] [32]
- Minería de uranio
- Trabajadores de plantas de energía nuclear y plantas de reprocesamiento de combustible nuclear
- Laboratorios de investigación (gubernamentales, universitarios y privados)
Algunas fuentes de radiación de origen humano afectan al cuerpo a través de la radiación directa, conocida como dosis efectiva (radiación), mientras que otras toman la forma de contaminación radiactiva e irradian el cuerpo desde el interior. Esta última se conoce como dosis comprometida .
Expuesto al público
Los procedimientos médicos, como los rayos X de diagnóstico , la medicina nuclear y la radioterapia son, con mucho, la fuente más importante de exposición a la radiación de origen humano para el público en general. Algunos de los principales radionucleidos utilizados son I-131 , Tc-99m , Co-60 , Ir-192 y Cs-137 . El público también está expuesto a la radiación de productos de consumo, como el tabaco ( polonio -210), combustibles (gas, carbón , etc.), televisores , relojes y diales luminosos ( tritio ), aeropuerto.Sistemas de rayos X , detectores de humo ( americio ), tubos de electrones y mantos de linternas de gas ( torio ).
De menor magnitud, los miembros del público están expuestos a la radiación del ciclo del combustible nuclear , que incluye la secuencia completa desde el procesamiento del uranio hasta la eliminación del combustible gastado. Los efectos de tal exposición no se han medido de manera confiable debido a las dosis extremadamente bajas involucradas. Los oponentes utilizan un modelo de cáncer por dosis para afirmar que tales actividades causan varios cientos de casos de cáncer por año, una aplicación del modelo lineal sin umbral (LNT) ampliamente aceptado .
La Comisión Internacional de Protección Radiológica recomienda limitar la irradiación artificial al público a un promedio de 1 mSv (0.001 Sv) de dosis efectiva por año, sin incluir las exposiciones médicas y ocupacionales. [23]
En una guerra nuclear , los rayos gamma de la explosión inicial del arma y la lluvia radiactiva serían las fuentes de exposición a la radiación.
Vuelo espacial
Las partículas masivas son una preocupación para los astronautas fuera del campo magnético de la tierra que recibirían partículas solares de eventos de protones solares (SPE) y rayos cósmicos galácticos de fuentes cósmicas. Estos núcleos cargados de alta energía están bloqueados por el campo magnético de la Tierra, pero representan un gran problema de salud para los astronautas que viajan a la Luna y a cualquier lugar distante más allá de la órbita terrestre. Se sabe que los iones HZE muy cargados en particular son extremadamente dañinos, aunque los protones constituyen la gran mayoría de los rayos cósmicos galácticos. La evidencia indica niveles de radiación de SPE anteriores que habrían sido letales para los astronautas desprotegidos. [33]
Viaje aéreo
Los viajes aéreos exponen a las personas en aviones a una mayor radiación del espacio en comparación con el nivel del mar, incluidos los rayos cósmicos y los eventos de erupciones solares . [34] [35] Los programas de software como Epcard , CARI, SIEVERT, PCAIRE son intentos de simular la exposición de las tripulaciones aéreas y los pasajeros. [35] Un ejemplo de dosis medida (no dosis simulada) es 6 μSv por hora desde Londres Heathrow hasta Tokio Narita en una ruta polar de alta latitud. [35] Sin embargo, las dosis pueden variar, como durante períodos de alta actividad solar. [35] La FAA de los Estados Unidos requiere que las aerolíneas proporcionen a la tripulación de vuelo información sobre la radiación cósmica, y unLa recomendación de la Comisión Internacional de Protección Radiológica para el público en general no es más de 1 mSv por año. [35] Además, muchas aerolíneas no permiten que las tripulaciones de vuelo embarazadas cumplan con una directiva europea. [35] La FAA tiene un límite recomendado de 1 mSv en total para un embarazo y no más de 0,5 mSv por mes. [35] Información basada originalmente en Fundamentals of Aerospace Medicine publicada en 2008. [35]
Señales de advertencia de peligro de radiación
Los niveles peligrosos de radiación ionizante están indicados por el signo del trébol sobre un fondo amarillo. Por lo general, estos se colocan en el límite de un área de radiación controlada o en cualquier lugar donde los niveles de radiación están significativamente por encima del fondo debido a la intervención humana.
El símbolo rojo de advertencia de radiación ionizante (ISO 21482) se lanzó en 2007 y está destinado a las fuentes de las categorías 1, 2 y 3 del OIEA definidas como fuentes peligrosas que pueden causar la muerte o lesiones graves, incluidos los irradiadores de alimentos, las máquinas de teleterapia para el tratamiento del cáncer y la radiografía industrial. unidades. El símbolo debe colocarse en el dispositivo que contiene la fuente, como advertencia para no desmontar el dispositivo o acercarse más. No será visible con un uso normal, solo si alguien intenta desmontar el dispositivo. El símbolo no se colocará en las puertas de acceso al edificio, paquetes de transporte o contenedores. [36]
Símbolo de peligro de radiación ionizante
2007 Símbolo ISO de peligro de radiactividad destinado a las fuentes de las categorías 1, 2 y 3 del OIEA definidas como fuentes peligrosas que pueden causar la muerte o lesiones graves. [36]
Ver también
- Comité Europeo de Riesgo Radiológico
- Comisión Internacional de Protección Radiológica : gestiona el Sistema Internacional de Protección Radiológica.
- Ionómetro
- Correo irradiado
- Consejo Nacional de Medidas y Protección Radiológica - organización nacional de EE. UU.
- Seguridad nuclear
- Semiótica nuclear
- Energía radiante
- Exposición (radiación)
- Hormesis por radiación
- Física de la radiación
- Protección de radiación
- Convenio sobre protección radiológica, 1960
- Protección radiológica de los pacientes
- Sievert
- Tratamiento de infecciones tras exposición accidental u hostil a radiaciones ionizantes
Referencias
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Literatura
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enlaces externos
- La Comisión Reguladora Nuclear regula la mayoría de las fuentes de radiación comerciales y exposiciones no médicas en los EE. UU.:
- Banco de datos de sustancias peligrosas del NLM: radiación ionizante
- Comité Científico de las Naciones Unidas sobre los Efectos de las Radiaciones Atómicas Informe 2000 Volumen 1: Fuentes , Volumen 2: Efectos
- Guía para principiantes sobre medición de radiación ionizante
- Mike Hanley. "XrayRisk.com: calculadora de riesgo de radiación. Calcular la dosis de radiación y el riesgo de cáncer" . (de tomografías computarizadas y radiografías).
- Curso gratuito de seguridad radiológica
- Sitio web de educación pública de la Sociedad de Física de la Salud
- Datos básicos sobre radiación de la reserva de Oak Ridge
- Radiación ionizante
- Carcinógenos
- Mutágenos
- Radioactividad
- Radiobiología
- Efectos de la radiación en la salud
- Protección de radiación
