La radiación ionizante (EE. UU., radiación ionizante en el Reino Unido), incluida la radiación nuclear , consiste en partículas subatómicas u ondas electromagnéticas que tienen suficiente energía para ionizar átomos o moléculas al separar electrones de ellos. [1] Algunas partículas pueden viajar hasta el 99% de la velocidad de la luz , y las ondas electromagnéticas están en la porción de alta energía del espectro electromagnético .
Los rayos gamma , los rayos X y la parte ultravioleta de mayor energía del espectro electromagnético son radiaciones ionizantes, mientras que la parte ultravioleta de menor energía , la luz visible , casi todos los tipos de luz láser , los infrarrojos , las microondas y las ondas de radio son radiaciones no ionizantes . El límite entre la radiación ionizante y la no ionizante en el área ultravioleta no se puede definir con precisión, ya que diferentes moléculas y átomos se ionizan a diferentes energías . La energía de la radiación ionizante comienza entre 10 electronvoltios (eV) y 33 eV. [ cita requerida ]
Las partículas subatómicas ionizantes incluyen partículas alfa , partículas beta y neutrones . Estas partículas se crean por desintegración radiactiva y casi todas son lo suficientemente energéticas como para ionizarse. También hay partículas cósmicas secundarias producidas después de que los rayos cósmicos interactúan con la atmósfera de la Tierra, incluidos 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 isótopos radiactivos son las principales fuentes de radiación ionizante natural en la Tierra, lo que contribuye 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 inmediatamente detectable por los sentidos humanos, por lo que se utilizan instrumentos como los contadores Geiger para detectarla y medirla. Sin embargo, las partículas de muy alta energía pueden producir efectos visibles tanto en la materia orgánica como en la inorgánica (por ejemplo, la iluminación del agua en la radiación Cherenkov ) o en los seres humanos (por ejemplo, el síndrome de radiación aguda ). [4]
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 y daño a los órganos . En dosis agudas altas, dará lugar a quemaduras por radiación y enfermedad por radiación , y dosis de nivel inferior durante un tiempo prolongado pueden causar cáncer . [5] [6] La Comisión Internacional de Protección Radiológica (CIPR) publica una guía sobre la protección contra la radiación ionizante y los efectos de la absorción de dosis en la salud humana.
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 energéticos despojados de sus electrones. Cuando se mueven a velocidades relativistas (cerca de la velocidad de la luz , c), estas partículas tienen suficiente energía cinética para ser ionizantes, pero hay una variación considerable de velocidad. Por ejemplo, una partícula alfa típica se mueve a aproximadamente el 5% de c, pero un electrón con 33 eV (lo suficiente para ionizar) se mueve a aproximadamente el 1% de c.
Dos de los primeros tipos de radiación ionizante directa que se descubrieron son las partículas alfa , que son núcleos de helio expulsados del núcleo de un átomo durante la desintegración radiactiva, y los electrones energéticos, llamados partículas beta .
Los rayos cósmicos naturales están compuestos principalmente de protones relativistas, pero también incluyen núcleos atómicos más pesados, como iones de helio e iones HZE . En la atmósfera, estas partículas suelen ser detenidas por las moléculas del aire, y esto produce piones cargados de corta duración, que pronto se desintegran en muones, un tipo primario de radiación de rayos cósmicos que alcanza la superficie de la Tierra. Los piones también se pueden producir en grandes cantidades en aceleradores de partículas .
Las partículas alfa están formadas por dos protones y dos neutrones unidos entre sí para formar una partícula idéntica a un núcleo de helio . Las emisiones de partículas alfa se producen generalmente 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 potentes de la fisión ternaria son tres veces más energéticas y penetran proporcionalmente más lejos en el aire. Los núcleos de helio que forman el 10-12% de los rayos cósmicos también suelen tener una energía mucho mayor que los producidos por 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. [7]
La partícula alfa recibió su nombre de Ernest Rutherford en honor a la primera letra del alfabeto griego , α , cuando en 1899 clasificó las emisiones radiactivas conocidas en orden descendente de efecto ionizante. El símbolo es α o α 2+ . Como son idénticas a los núcleos de helio, a veces también se escriben como He2+
o4
2Él2+
Indica un ion de helio con una carga de +2 (faltan sus dos electrones). Si el ion obtiene electrones de su entorno, la partícula alfa puede escribirse como un átomo de helio normal (eléctricamente neutro).4
2Él .
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 . Se designan con la letra griega beta (β). Hay dos formas de desintegración beta, β − y β + , que dan lugar respectivamente al electrón y al positrón. [8] Las partículas beta son mucho 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 ( rayos delta ) cuando atraviesan la materia. Ambos pueden causar un efecto de ionización indirecta. La bremsstrahlung es un problema cuando se protegen los emisores beta, ya que la interacción de las partículas beta con algunos materiales de protección produce bremsstrahlung. El efecto es mayor con materiales que tienen números atómicos altos, por lo que se utilizan materiales con números atómicos bajos para el blindaje de fuentes beta.
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, se produce la aniquilación , lo que resulta en la conversión de ambos en la energía de dos o más fotones de rayos gamma (véase aniquilación electrón-positrón ). Como los positrones son partículas con carga positiva, pueden ionizar directamente un átomo a través de interacciones de Coulomb.
Los positrones pueden generarse 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 tomografías por emisión de positrones (PET) médicas .
Los núcleos cargados son característicos de los rayos cósmicos galácticos y de los fenómenos de partículas solares y, a excepción de las partículas alfa (núcleos de helio cargados), no tienen fuentes naturales en la Tierra. Sin embargo, en el espacio, los protones de muy alta energía, los núcleos de helio y los iones HZE pueden ser detenidos inicialmente por capas relativamente delgadas de protección, ropa o piel. Sin embargo, la interacción resultante generará radiación secundaria y causará efectos biológicos en cascada. Si tan 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 dispersión elástica .
La LET puede visualizarse como una bola de billar que golpea a otra en el modo de conservación del momento , enviando a ambas lejos con la energía de la primera bola dividida entre las dos de manera desigual. Cuando un núcleo cargado golpea un núcleo de un objeto que se mueve relativamente lento en el espacio, se produce la LET y los neutrones, partículas alfa, protones de baja energía y otros núcleos se liberarán por las colisiones y contribuirán a la dosis total absorbida por el tejido. [9]
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.
Aunque los fotones son eléctricamente neutros, pueden ionizar átomos indirectamente a través del efecto fotoeléctrico y del efecto Compton . Cualquiera de estas 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 indirecta. [10]
Los fotones irradiados se denominan rayos gamma si se producen por una reacción nuclear , la desintegración de partículas subatómicas o la desintegración radiactiva dentro del núcleo. Se denominan rayos X si se producen fuera del núcleo. El término genérico "fotón" se utiliza para describir ambos. [11] [12] [13]
Los rayos X normalmente tienen una energía menor 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 de fotón de 100 keV). [14] Ese umbral fue impulsado por las limitaciones históricas de los tubos de rayos X más antiguos y el bajo conocimiento de las transiciones isoméricas . Las tecnologías y los descubrimientos modernos han demostrado una superposición entre las energías de rayos X y gamma. En muchos campos son funcionalmente idénticas, difiriendo 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, se ha conservado la antigua división de energía, con rayos X definidos entre aproximadamente 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 mayor parte de la " astronomía de rayos gamma " astronómica no tiene su origen en procesos radiactivos nucleares, sino que es el resultado de procesos como los que producen rayos X astronómicos, pero impulsados por electrones mucho más energéticos.
La absorción fotoeléctrica es el mecanismo dominante en los materiales orgánicos para energías de fotones inferiores a 100 keV, típicas de los rayos X originados en tubos de rayos X clásicos . 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 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.
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 de fotón mayor que 10 eV (equivalente a una longitud de onda ultravioleta lejana de 124 nanómetros ). [15] Aproximadamente, esto corresponde tanto a la primera energía de ionización del oxígeno como a la energía de ionización del hidrógeno, ambas de aproximadamente 14 eV. [16] En algunas referencias de la Agencia de Protección Ambiental , la ionización de una molécula de agua típica a una energía de 33 eV se menciona [17] como el umbral biológico apropiado para la radiación ionizante: este valor representa el llamado valor W , el nombre coloquial para la energía media de la ICRU gastada en un gas por par de iones formado , [18] que combina la energía de ionización más la energía perdida en otros procesos como la excitación . [19] En 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 bajo todas las definiciones.
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 la transferencia de energía lineal , energía que una partícula transfiere al material por el que se mueve. Este mecanismo dispersa los núcleos de los materiales en el área objetivo, lo que causa la ionización directa de los átomos de hidrógeno. Cuando los neutrones golpean los núcleos de hidrógeno, se produce radiación de protones (protones rápidos). Estos protones son ionizantes porque tienen alta energía, están cargados e interactúan con los electrones en la materia.
Los neutrones que chocan con otros núcleos además del hidrógeno transferirán menos energía a la otra partícula si se produce una transferencia de energía lineal. Pero, en muchos núcleos que chocan con neutrones, se produce una dispersión inelástica . El que se produzca dispersión elástica o inelástica depende de la velocidad del neutrón, ya sea rápida o térmica o algo intermedio. También depende de los núcleos con los que choca y de su sección eficaz neutrónica .
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 núcleo de oxígeno-16 abundante , por ejemplo, sufre una activación neutrónica, se desintegra rápidamente mediante una emisión de protones y forma nitrógeno-16 , que se desintegra en oxígeno-16. La desintegración efímera del nitrógeno-16 emite un potente 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 − (Desintegración t 1/2 = 7,13 s)
Esta β − de alta energía interactúa además rápidamente con otros núcleos, emitiendo γ de alta energía a través de la radiación de frenado.
Si bien no es una reacción favorable, la reacción 16 O (n,p) 16 N es una fuente importante de rayos X emitidos por el agua de enfriamiento de un reactor de agua presurizada y contribuye enormemente a la radiación generada por un reactor nuclear enfriado por agua mientras está en funcionamiento.
Para obtener el mejor blindaje de los neutrones se utilizan hidrocarburos que tienen abundancia de hidrógeno .
En los materiales fisibles , los neutrones secundarios pueden producir reacciones nucleares en cadena , causando una mayor cantidad de ionización de los productos derivados 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 : [20]
En el diagrama adyacente, un neutrón choca con un protón del material objetivo y luego se convierte en un protón de retroceso rápido que a su vez se ioniza. 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 ser considerados radiación ionizante.
La radiación neutrónica, la radiación alfa y la radiación gamma extremadamente energética (> ~20 MeV) pueden causar transmutación nuclear y radiactividad inducida . Los mecanismos relevantes son la activación neutrónica , la absorción alfa y la fotodesintegración . Una cantidad suficientemente grande de transmutaciones puede cambiar las propiedades macroscópicas y hacer que los objetivos se vuelvan radiactivos, incluso después de que se elimine la fuente original.
La ionización de las moléculas puede provocar radiólisis (ruptura de enlaces químicos) y la formación de radicales libres altamente reactivos . Estos radicales libres pueden reaccionar químicamente con los materiales vecinos incluso después de que la radiación original haya cesado (por ejemplo, el agrietamiento de polímeros por ozono formado por la 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 necesaria 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 visible en el aire ionizado de un color violeta azulado característico. El resplandor se puede observar, por ejemplo, durante accidentes críticos , alrededor de nubes con forma de hongo poco después de una explosión nuclear o en el interior de un reactor nuclear dañado, como durante el desastre de Chernóbil .
Los fluidos monoatómicos, como el sodio fundido , no tienen enlaces químicos que romper ni 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 rápidamente y de manera espontánea después de la ionización.
La ionización de los materiales aumenta temporalmente su conductividad, lo que puede permitir niveles de corriente perjudiciales. Este es un riesgo particular en la microelectrónica de semiconductores empleada en equipos electrónicos, ya que las corrientes subsiguientes 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 hacerse resistentes a la radiación para resistir dichos efectos mediante el diseño, la selección de materiales y los métodos de fabricación.
La radiación de protones que se encuentra en el espacio también puede causar perturbaciones puntuales 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 .
La mayoría de los efectos adversos para la salud de la exposición a la radiación ionizante pueden agruparse en dos categorías generales:
El efecto 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 causa de leucemia mieloide crónica , [22] [23] [24] aunque la mayoría de las personas con LMC no han estado expuestas a la radiación. [23] [24] 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 debido a la radiación ionizante aumenta linealmente con la dosis de radiación efectiva a una tasa de 5,5% por sievert . [25] 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 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 sufrir daños por la radiación ionizante, la molécula de ADN también puede resultar dañada por una radiación con suficiente energía para excitar ciertos enlaces moleculares y formar dímeros de pirimidina . Esta energía puede ser menor que la ionizante, pero cercana a ella. Un buen ejemplo es la energía del espectro ultravioleta, que comienza en unos 3,1 eV (400 nm) a un nivel de energía cercano al mismo, que puede provocar quemaduras solares en la piel desprotegida, como resultado de fotorreacciones en el colágeno y (en el rango UV-B ) también daños en el ADN (por ejemplo, dímeros de pirimidina). Por tanto, el espectro electromagnético ultravioleta medio e inferior es perjudicial para los tejidos biológicos como resultado de la excitación electrónica en las moléculas que no llega a la ionización, pero produce efectos no térmicos similares. Se ha demostrado que, hasta cierto punto, la luz visible y también la luz ultravioleta A (UVA), que es la más cercana a las energías visibles, dan lugar a la formación de especies reactivas de oxígeno en la piel, que causan daños indirectos, ya que se trata de moléculas excitadas electrónicamente que pueden causar daños reactivos, aunque no causan quemaduras solares (eritema). [26] Al igual que el daño por ionización, todos estos efectos en la piel van más allá de los producidos por los simples efectos térmicos. [ cita requerida ]
La siguiente tabla muestra las cantidades de radiación y dosis en unidades SI y no SI.
La radiación ionizante tiene muchos usos industriales, militares y médicos. Su utilidad debe equilibrarse con sus riesgos, un equilibrio que ha cambiado con el tiempo. Por ejemplo, en una época, los dependientes de las zapaterías de Estados Unidos utilizaban rayos X para comprobar el talle de los zapatos de los niños , pero esta práctica se abandonó cuando se comprendieron mejor los riesgos de la radiación ionizante. [27]
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 positrones se utiliza para la obtención de 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 la limpieza de instrumentos médicos, la irradiación de alimentos y la técnica de los insectos estériles . Las mediciones de carbono-14 se pueden utilizar para datar los restos de organismos muertos hace mucho tiempo (como la madera que tiene miles de años).
La radiación ionizante se genera a través de reacciones nucleares, desintegración nuclear, por temperaturas muy altas o por 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 tubos de rayos X.
El Comité Científico de las Naciones Unidas para el Estudio de los Efectos de las Radiaciones Atómicas (UNSCEAR) detalló los tipos de exposición humana.
La Comisión Internacional de Protección Radiológica gestiona el Sistema Internacional de Protección Radiológica, que establece los límites recomendados para la absorción de dosis.
La radiación de fondo proviene tanto de fuentes naturales como de fuentes creadas por el hombre.
La exposición media mundial de los seres humanos a la radiación ionizante es de unos 3 mSv (0,3 rem) al año, de los cuales el 80% proviene de la naturaleza. El 20% restante resulta de la exposición a fuentes de radiación de origen humano, principalmente de imágenes médicas . La exposición media de origen humano es mucho mayor en los países desarrollados, debido principalmente a las tomografías computarizadas y la medicina nuclear .
La radiación de fondo natural proviene de cinco fuentes principales: radiación cósmica, radiación solar, fuentes terrestres externas, radiación en el cuerpo humano y radón .
La tasa de fondo de radiación natural varía considerablemente según 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 . [28] La radiación de fondo más alta en una zona 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 fuentes artificiales. [29] Se encontraron niveles récord en una casa donde la dosis de radiación efectiva debida 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). [30] Este caso único es más de 200 veces superior a la radiación de fondo media 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 sobrerrepresentación del riesgo real para la salud. En general, las organizaciones de seguridad radiológica recomiendan los límites más conservadores asumiendo que es mejor pecar de cautelosos. Este nivel de precaución es adecuado, pero no debe utilizarse para crear miedo sobre el peligro de la radiación de fondo. El peligro de 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.
La Tierra y todos los seres vivos que la habitan reciben constantemente un bombardeo de radiación procedente del exterior de nuestro sistema solar. Esta radiación cósmica está formada por partículas relativistas: núcleos con carga positiva (iones) desde protones de 1 uma (aproximadamente el 85 % de la misma) hasta núcleos de hierro de 26 uma 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 seres humanos pueden crear, incluso en los mayores aceleradores de partículas (véase rayos cósmicos de energía ultraalta ). Esta radiación interactúa en la atmósfera para crear radiación secundaria que cae, incluyendo 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 al final), los trabajadores de la tripulación de vuelo de las aerolíneas reciben más dosis en promedio que cualquier otro trabajador, incluidos los de las centrales nucleares. Las tripulaciones de las aerolíneas reciben más rayos cósmicos si trabajan rutinariamente en rutas de vuelo que las llevan cerca del polo Norte o Sur a grandes altitudes, 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.
La mayoría de los materiales de la Tierra contienen algunos átomos radiactivos , aunque sean en pequeñas cantidades. La mayor parte de la dosis recibida de estas fuentes proviene de los emisores de rayos gamma presentes en los materiales de construcción o en las rocas y el suelo cuando están en el exterior. Los principales radionucleidos que generan preocupación en relación con la radiación terrestre son los isótopos de potasio , uranio y torio . Cada una de estas fuentes ha ido disminuyendo su actividad desde la formación de la Tierra.
Todos los materiales terrestres que son los componentes básicos 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 (véase dosis equivalente al plátano ). Algunos radionucleidos, como el potasio-40 , emiten rayos gamma de alta energía que pueden medirse mediante sistemas electrónicos de medición de radiación sensibles. Estas fuentes de radiación interna contribuyen a la dosis total de radiación de un individuo a partir de la radiación de fondo natural .
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 alfa del radio -226. Ambos forman 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. [31]
Hay tres formas estándar de limitar la exposición:
Todos estos métodos se pueden aplicar a fuentes naturales y artificiales. En el caso de las fuentes artificiales, el uso de la contención es una herramienta importante para reducir la absorción de dosis y es, en efecto, una combinación de protección y aislamiento del entorno abierto. Los materiales radiactivos se confinan en el menor espacio posible y se mantienen fuera del entorno, como en una celda caliente (para la radiación) o una caja de guantes (para la contaminación). Los isótopos radiactivos para uso médico, por ejemplo, se dispensan en instalaciones de manipulación cerradas, normalmente cajas de guantes, mientras que los reactores nucleares funcionan 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 suspensión al entorno abierto.
En caso de conflictos nucleares o de emisiones 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. Una de ellas es el uso de tabletas de yoduro de potasio (KI), que bloquean la absorción de yodo radiactivo (uno de los principales productos radioisótopos de la fisión nuclear ) en la glándula tiroides humana .
Las personas expuestas ocupacionalmente están sujetas a controles dentro del marco regulatorio del país en el que trabajan y de acuerdo con las restricciones locales de licencias nucleares. Estas suelen basarse en las recomendaciones de la Comisión Internacional de Protección Radiológica . La CIPR recomienda limitar la irradiación artificial. Para la exposición ocupacional, el límite es de 50 mSv en un solo año con un máximo de 100 mSv en un período consecutivo de cinco años. [25]
La exposición a la radiación de estas personas se controla cuidadosamente mediante el uso de dosímetros y otros instrumentos de protección radiológica que miden las concentraciones de partículas radiactivas, las lecturas de dosis gamma en el área y la contaminación radiactiva . Se lleva un registro legal de las dosis.
Algunos ejemplos de actividades en las que la exposición ocupacional es una preocupación incluyen:
Algunas fuentes de radiación de origen humano afectan al cuerpo a través de radiación directa, conocida como dosis efectiva (radiación), mientras que otras toman la forma de contaminación radiactiva e irradian el cuerpo desde dentro. Esta última se conoce como dosis comprometida .
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 combustibles (gas, carbón , etc.), televisores , relojes y diales luminosos ( tritio ), sistemas de rayos X de aeropuertos, detectores de humo ( americio ), tubos de electrones y mantos de lámparas de gas ( torio ).
En menor medida, la exposición de los ciudadanos a la radiación del ciclo del combustible nuclear , que incluye toda la secuencia desde el procesamiento del uranio hasta la eliminación del combustible gastado, no ha sido posible medir de forma fiable los efectos de dicha exposición debido a las dosis extremadamente bajas que se producen. Los opositores utilizan un modelo de cáncer por dosis para afirmar que dichas actividades causan varios cientos de casos de cáncer al año, una aplicación del ampliamente aceptado modelo lineal sin umbral (LNT).
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. [25]
En una guerra nuclear , los rayos gamma provenientes de la explosión inicial del arma y de la lluvia radiactiva serían las fuentes de exposición a la radiación.
Las partículas masivas son una preocupación para los astronautas que se encuentran fuera del campo magnético de la Tierra , quienes recibirían partículas solares de eventos de protones solares (SPE, por sus siglas en inglés) y rayos cósmicos galácticos de fuentes cósmicas. Estos núcleos cargados de alta energía están bloqueados por el campo magnético de la Tierra, pero plantean un importante 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 altamente cargados en particular son extremadamente dañinos, aunque los protones constituyen la gran mayoría de los rayos cósmicos galácticos. La evidencia indica que en el pasado hubo niveles de radiación de SPE que habrían sido letales para los astronautas desprotegidos. [35]
Los viajes aéreos exponen a las personas en las aeronaves a una mayor radiación del espacio en comparación con el nivel del mar, incluidos los rayos cósmicos y los eventos de erupciones solares . [36] [37] Los programas de software como Epcard , CARI, SIEVERT, PCAIRE son intentos de simular la exposición de las tripulaciones y los pasajeros. [37] Un ejemplo de una dosis medida (no dosis simulada) es 6 μSv por hora desde Londres Heathrow a Tokio Narita en una ruta polar de alta latitud. [37] Sin embargo, las dosis pueden variar, como durante los períodos de alta actividad solar. [37] La FAA de los Estados Unidos requiere que las aerolíneas proporcionen a la tripulación de vuelo información sobre la radiación cósmica, y una recomendación de la Comisión Internacional de Protección Radiológica para el público en general es no más de 1 mSv por año. [37] Además, muchas aerolíneas no permiten que las tripulantes de vuelo estén embarazadas , para cumplir con una Directiva Europea. [37] La FAA tiene un límite recomendado de 1 mSv en total para un embarazo, y no más de 0,5 mSv por mes. [37] Información basada originalmente en Fundamentos de Medicina Aeroespacial publicado en 2008. [37]
Los niveles peligrosos de radiación ionizante se indican mediante el símbolo del trébol sobre un fondo amarillo. Estos suelen colocarse en el límite de una zona de radiación controlada o en cualquier lugar donde los niveles de radiación sean significativamente superiores al nivel de fondo debido a la intervención humana.
El símbolo rojo de advertencia de radiación ionizante (ISO 21482) se introdujo en 2007 y está destinado a las fuentes de las categorías 1, 2 y 3 del OIEA , definidas como fuentes peligrosas capaces de causar la muerte o lesiones graves, incluidos los irradiadores de alimentos, las máquinas de teleterapia para el tratamiento del cáncer y las unidades de radiografía industrial. El símbolo se colocará en el dispositivo que alberga la fuente, como advertencia para no desmontar el dispositivo ni acercarse. No será visible en condiciones normales de uso, solo si alguien intenta desmontar el dispositivo. El símbolo no se ubicará en puertas de acceso a edificios, paquetes de transporte o contenedores. [38]
![Símbolo de peligro de radiactividad ISO 2007 destinado a fuentes de categorías 1, 2 y 3 del OIEA definidas como fuentes peligrosas capaces de causar la muerte o lesiones graves.[38]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/35/Logo_iso_radiation.svg/1280px-Logo_iso_radiation.svg.png){kind=logo}
