Las radiaciones ionizantes (EE.UU.) (o radiación ionizante [Reino Unido] ), incluida la radiación nuclear , consisten en partículas subatómicas u ondas electromagnéticas que tienen energía suficiente para ionizar átomos o moléculas desprendiendo electrones de ellos. [1] Algunas partículas pueden viajar hasta el 99% de la velocidad de la luz , y las ondas electromagnéticas se encuentran 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 no ionizante en el área ultravioleta no se puede definir claramente, ya que diferentes moléculas y átomos se ionizan con diferentes energías . La energía de la radiación ionizante comienza entre 10 electronvoltios (eV) y 33 eV. [ cita necesaria ]
Las partículas subatómicas ionizantes típicas incluyen partículas alfa , partículas beta y neutrones . Por lo general, estos se crean por desintegración radiactiva y casi todos tienen la energía suficiente 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 los isótopos radiactivos son las principales fuentes de radiación ionizante natural en la Tierra y 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 inmediatamente 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 el caso de 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 peligro 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 altas y agudas, provocará quemaduras por radiación y enfermedades por radiación , y dosis más bajas durante un tiempo prolongado pueden causar cáncer . [5] [6] La Comisión Internacional de Protección Radiológica (ICRP) publica directrices sobre la protección contra las radiaciones ionizantes y los efectos de la absorción de dosis en la salud humana.
Las radiaciones ionizantes pueden agruparse en directa o indirectamente ionizantes.
Cualquier partícula cargada con masa puede ionizar átomos directamente mediante 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 ionizarse) 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, 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 suelen ser detenidas por las moléculas de aire, lo que produce piones cargados de vida corta, que pronto se desintegran 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 los aceleradores de partículas .
Las partículas alfa constan de dos protones y dos neutrones unidos formando 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 potentes procedentes de la fisión ternaria tienen tres veces más energía y penetran proporcionalmente más 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 constituye un escudo radiológico equivalente a unos 10 metros de agua. [7]
La partícula alfa fue nombrada por Ernest Rutherford en honor a la primera letra del alfabeto griego , α , cuando clasificó las emisiones radiactivas conocidas en orden descendente de efecto ionizante en 1899. El símbolo es α o α 2+ . Debido a que son idénticos a los núcleos de helio, a veces también se escriben como He2+
o4
2Él2+
indicando un ion helio con carga +2 (faltando sus dos electrones). Si el ion gana 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 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 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 ) a medida que atraviesan la materia. Ambos pueden causar un efecto de ionización indirecta. La Bremsstrahlung es motivo de preocupación cuando se protegen los emisores beta, ya que la interacción de las partículas beta con algunos materiales de protección produce la Bremsstrahlung. El efecto es mayor con materiales que tienen números atómicos altos, por lo que se utiliza material con números atómicos bajos para el blindaje de la fuente beta.
El positrón o antielectrón es la antipartícula o la antimateria homóloga del electrón . Cuando un positrón de baja energía choca con un electrón de baja energía, se produce la aniquilación , lo que da como resultado 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 mediante interacciones de Coulomb.
Los positrones pueden generarse mediante desintegración nuclear por emisión de positrones (mediante interacciones débiles ) o mediante producción de pares a partir de un fotón suficientemente energético . Los positrones son fuentes artificiales comunes de radiación ionizante que se utilizan en las exploraciones médicas por tomografía por emisión de positrones (PET).
Los núcleos cargados son característicos de los rayos cósmicos galácticos y los eventos de partículas solares y, excepto 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 blindaje, ropa o piel. Sin embargo, la interacción resultante generará radiación secundaria y provocará efectos biológicos en cascada. Si, por ejemplo, un solo átomo de tejido es desplazado por un protón energético, la colisión provocará más interacciones en el cuerpo. Esto se llama " transferencia de energía lineal " (LET), que utiliza 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 lejos con la energía de la primera bola dividida entre las dos de manera desigual. Cuando un núcleo cargado golpea el núcleo de un objeto que se mueve relativamente lento en el espacio, se produce LET y las colisiones liberarán neutrones, partículas alfa, protones de baja energía y otros núcleos que contribuirán a la dosis total absorbida de tejido. [9]
La radiación ionizante indirecta es eléctricamente neutra y no interactúa fuertemente con la materia, por lo que la mayor parte de los efectos de ionización se deben a la ionización secundaria.
Aunque los fotones son eléctricamente neutros, pueden ionizar átomos indirectamente mediante el 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 partículas beta secundarias , los fotones son radiación ionizante indirectamente. [10]
Los fotones radiados 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. [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 fotónica 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 idénticos, diferenciándose en los estudios terrestres sólo en el origen de la radiación. Sin embargo, en astronomía, donde el origen de la radiación a menudo no puede determinarse de manera confiable, se ha conservado la antigua división de energía, definiendo los rayos X como aquellos entre aproximadamente 120 eV y 120 keV, y los rayos gamma como 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 se origina en procesos radiactivos nucleares, sino que es el resultado de procesos como los que producen rayos X astronómicos, excepto que son impulsados por electrones mucho más energéticos.
La absorción fotoeléctrica es el mecanismo dominante en materiales orgánicos para energías de fotones inferiores a 100 keV, típico de los rayos X clásicos originados en tubos de rayos X. A energías superiores a 100 keV, los fotones ionizan la materia cada vez más mediante el efecto Compton , y luego indirectamente mediante 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 este continúa su camino en una dirección diferente y con energía reducida.
La energía de ionización más baja de cualquier elemento es de 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 ). [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 , se hace referencia a la ionización de una molécula de agua típica a una energía de 33 eV [17] como el umbral biológico apropiado para la radiación ionizante: este valor representa el llamado valor W , el coloquial nombre de la ICRU para la energía media gastada en un gas por par iónico formado , [18] que combina la energía de ionización más la energía perdida en otros procesos como la excitación . [19] 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 tanto, la radiación de rayos X es siempre ionizante, pero sólo la radiación ultravioleta extrema puede considerarse ionizante según 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 directamente la ionización en un solo paso ni la interacción con la materia. Sin embargo, los neutrones rápidos interactuarán con los protones del hidrógeno mediante 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, provocando la ionización directa de los átomos de hidrógeno. Cuando los neutrones chocan contra los núcleos de hidrógeno, se produce radiación de protones (protones rápidos). Estos protones son en sí mismos ionizantes porque tienen 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 se produce una transferencia de energía lineal. Pero en muchos núcleos impactados por neutrones se produce una dispersión inelástica . Que se produzca dispersión elástica o inelástica depende de la velocidad del neutrón, ya sea rápida o térmica o en algún punto intermedio. También depende de los núcleos con los que choca 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 de neutrones del núcleo. Las interacciones de neutrones de esta manera con la mayoría de los tipos de materia suelen producir núcleos radiactivos . El núcleo con abundante oxígeno-16 , por ejemplo, sufre activación neutrónica y se desintegra rápidamente mediante una emisión de protones formando nitrógeno-16 , que se desintegra en oxígeno-16. La desintegración del nitrógeno-16, de corta duración, emite un potente rayo beta. Este proceso se puede escribir como:
16 O (n,p) 16 N (es posible la captura de neutrones rápidos con neutrones >11 MeV)
16 N → 16 O + β − (Desintegración t 1/2 = 7,13 s)
Este β de alta energía interactúa rápidamente con otros núcleos, emitiendo γ de alta energía a través de Bremsstrahlung .
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 refrigeración de un reactor de agua a presión y contribuye enormemente a la radiación generada por un reactor nuclear refrigerado por agua mientras operando.
Para obtener el mejor blindaje de neutrones, se utilizan hidrocarburos que tienen abundante 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 : [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 considerarse radiación ionizante.
La radiación de neutrones, la radiación alfa y la gamma extremadamente energética (> ~20 MeV) pueden causar transmutación nuclear y radiactividad inducida . Los mecanismos relevantes son la activación de neutrones , la absorción alfa y la fotodesintegración . Un número 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 moléculas puede provocar radiólisis (romper enlaces químicos) y la formación de radicales libres altamente reactivos . Estos radicales libres pueden reaccionar químicamente con materiales vecinos incluso después de que la radiación original haya cesado. (por ejemplo, craqueo de polímeros por ozono formado por ionización del aire). La radiación ionizante también puede acelerar 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 las radiaciones ionizantes.
La radiación ionizante de alta intensidad en el aire puede producir un brillo visible de aire ionizado de un revelador color púrpura azulado. El resplandor se puede observar, por ejemplo, en 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 Chernóbil .
Los fluidos monoatómicos, por ejemplo el sodio fundido , no tienen enlaces químicos que romper ni ninguna 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.
La ionización de materiales aumenta temporalmente su conductividad, lo que potencialmente permite niveles de corriente dañinos. Este es un peligro particular en la microelectrónica semiconductora empleada en equipos electrónicos, donde las corrientes posteriores introducen errores de funcionamiento o incluso dañan permanentemente los dispositivos. Los dispositivos destinados a entornos de alta radiación, como la industria nuclear y aplicaciones extraatmosféricas (espaciales), pueden resultar difíciles de resistir a la radiación mediante métodos de diseño, selección de materiales y fabricación.
La radiación de protones que se encuentra en el espacio también puede provocar perturbaciones de un solo evento en los circuitos digitales. Los efectos eléctricos de las radiaciones ionizantes se aprovechan en detectores de radiación llenos de gas, como por ejemplo el contador Geiger-Müller o la cámara de iones .
La mayoría de los efectos adversos para la salud derivados de la exposición a radiaciones ionizantes se pueden agrupar en dos categorías generales:
El impacto más común es la inducción estocástica del 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 , [22] [23] [24] aunque la mayoría de las personas con leucemia mieloide crónica no han estado expuestas a la radiación. [23] [24] El mecanismo por el cual esto ocurre se comprende bien, pero los modelos cuantitativos que predicen el nivel de riesgo siguen siendo controvertidos. [ cita necesaria ]
El modelo más 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 del 5,5% por sievert . [25] Si esto es correcto, entonces la radiación natural de fondo es la fuente de radiación más peligrosa para la salud pública en general, seguida de cerca por las imágenes médicas. Otros efectos estocásticos de la radiación ionizante son la teratogénesis , el deterioro cognitivo y las enfermedades cardíacas . [ cita necesaria ]
Aunque el ADN siempre es susceptible a sufrir daños por radiación ionizante, la molécula de ADN también puede resultar dañada por radiación con suficiente energía para excitar ciertos enlaces moleculares para formar dímeros de pirimidina . Esta energía puede ser menos que ionizante, pero cercana a ella. Un buen ejemplo es la energía del espectro ultravioleta, que comienza aproximadamente en 3,1 eV (400 nm), casi al mismo nivel de energía, 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 lo tanto, el espectro electromagnético ultravioleta medio e inferior es perjudicial para los tejidos biológicos como resultado de la excitación electrónica de las 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 la ultravioleta A (UVA), que es la más cercana 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 daño reactivo. aunque no provocan quemaduras solares (eritema). [26] Al igual que el daño por ionización, todos estos efectos en la piel van más allá de los producidos por simples efectos térmicos. [ cita necesaria ]
La siguiente tabla muestra 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 peligros, un compromiso que ha cambiado con el tiempo. Por ejemplo, hubo un tiempo en que los dependientes de las zapaterías de EE. UU. utilizaban rayos X para comprobar la talla del zapato de un niño , pero esta práctica se detuvo 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 la radiación de rayos X, gamma, beta y 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 las radiaciones ionizantes son útiles para la limpieza de instrumentos médicos, la irradiación de alimentos y la técnica del insecto estéril . Las mediciones de carbono-14 se pueden utilizar para fechar restos de organismos muertos hace mucho tiempo (como la madera que tiene miles de años).
La radiación ionizante se genera mediante reacciones nucleares, desintegración nuclear, temperaturas muy altas o mediante la aceleración de partículas cargadas en campos electromagnéticos. Las fuentes naturales incluyen el sol, los relámpagos 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 sobre 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 límites recomendados para la absorción de dosis.
La radiación de fondo proviene tanto de fuentes naturales como de origen humano.
La exposición media mundial de los seres humanos a las radiaciones ionizantes es de unos 3 mSv (0,3 rem) al año, el 80% de la cual proviene de la naturaleza. El 20% restante resulta de la exposición a fuentes de radiación artificiales, principalmente provenientes de imágenes médicas . La exposición promedio provocada por el hombre es mucho mayor en los países desarrollados, principalmente debido a las tomografías computarizadas y la medicina nuclear .
La radiación natural de fondo proviene de cinco fuentes principales: radiación cósmica, radiación solar, fuentes terrestres externas, radiación en el cuerpo humano y radón .
La tasa de fondo de la 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 un área habitada se encuentra en Ramsar , debido principalmente a la piedra caliza naturalmente radiactiva utilizada como material de construcción. Unos 2.000 de los residentes más expuestos reciben una dosis media de radiación de 10 mGy por año, (1 rad /año), diez veces más que el límite recomendado por la ICRP 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 era de 135 mSv/a (13,5 rem/año) y la dosis comprometida de radón era de 640 mSv/a (64,0 rem/año). [30] Este caso único es más de 200 veces mayor que la radiación de fondo promedio mundial. A pesar de los altos niveles de radiación ambiental 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, las organizaciones de seguridad radiológica recomiendan los límites más conservadores, asumiendo que es mejor pecar de cauteloso. Este nivel de precaución es apropiado, pero no debe usarse para generar temor sobre el peligro de la radiación de fondo. El peligro de radiación procedente 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.
La Tierra, y todos los seres vivos que la habitan, son bombardeados constantemente por radiación procedente del exterior de nuestro sistema solar. Esta radiación cósmica consta de partículas relativistas: núcleos (iones) cargados positivamente desde 1 uma de protones (aproximadamente el 85%) hasta núcleos de hierro de 26 uma e incluso más. (Las partículas de alto número atómico se llaman iones HZE .) La energía de esta radiación puede exceder con creces la que los humanos pueden crear, incluso en los aceleradores de partículas más grandes (ver rayos cósmicos 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 en gran medida 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 en promedio más dosis que cualquier otro trabajador, incluidos los de las plantas de energía nuclear. Las tripulaciones de las aerolíneas reciben más rayos cósmicos si rutinariamente trabajan en rutas de vuelo que los lleven 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 sea 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 al aire libre. Los radionucleidos que más preocupan a 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.
Todos los materiales terrestres que son los componentes básicos de la vida contienen un componente radiactivo. A medida que los humanos, las plantas y los animales consumen alimentos, aire y agua, se acumula un inventario de radioisótopos dentro del organismo (ver dosis equivalente de plátano ). Algunos radionucleidos, como el potasio-40 , emiten un rayo gamma de alta energía que puede medirse mediante sensibles sistemas electrónicos de medición de la radiación. Estas fuentes de radiación internas contribuyen a la dosis total de radiación de un individuo procedente de la radiación natural de fondo .
Una fuente importante de radiación natural es el gas radón , que se filtra continuamente desde el lecho de roca 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 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 en general. [31]
Hay tres formas estándar de limitar la exposición:
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 ambiente abierto. Los materiales radiactivos se confinan en el espacio más pequeño posible y se mantienen fuera del medio ambiente, como en una celda caliente (para radiación) o en una guantera (para 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 guanteras tienen presiones de aire ligeramente reducidas para evitar el escape de material en suspensión al ambiente abierto.
En conflictos nucleares o 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. Uno es el problema de las 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 ocupacionalmente expuestas son controladas dentro del marco regulatorio del país en el que trabajan y de acuerdo con las limitaciones de las licencias nucleares locales. Estos suelen basarse en las recomendaciones de la Comisión Internacional de Protección Radiológica . La ICRP 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 de cinco años consecutivos. [25]
La exposición a la radiación de estas personas se monitorea 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 motivo de preocupación incluyen:
Algunas fuentes de radiación artificiales 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 diferencia, la fuente más importante de exposición del público en general a la radiación provocada por el hombre. Algunos de los principales radionucleidos utilizados son el I-131 , el Tc-99m , el Co-60 , el Ir-192 y el Cs-137 . El público también está expuesto a la radiación de productos de consumo, como el tabaco ( polonio -210), los combustibles (gas, carbón , etc.), los televisores , los relojes y esferas luminosos ( tritio ), los sistemas de rayos X de los aeropuertos , los detectores de humo ( americio ), tubos de electrones y mantos de linterna de gas ( torio ).
De menor magnitud, el público está expuesto a la radiación del ciclo del combustible nuclear , que incluye toda la secuencia desde el procesamiento del uranio hasta la eliminación del combustible gastado. Los efectos de dicha exposición no se han medido de manera confiable debido a las dosis extremadamente bajas involucradas. Los opositores utilizan un modelo de cáncer por dosis para afirmar que tales actividades causan varios cientos de casos de cáncer por 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 tanto de la explosión inicial del arma como de la lluvia radiactiva serían las fuentes de exposición a la radiación.
Las partículas masivas son una preocupación para los astronautas fuera del campo magnético de la Tierra , quienes 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 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 niveles de radiación SPE anteriores que habrían sido letales para los astronautas desprotegidos. [35]
Los viajes aéreos exponen a las personas que viajan en aviones a una mayor radiación del espacio en comparación con el nivel del mar, incluidos los rayos cósmicos y las erupciones solares . [36] [37] Los programas de software como Epcard , CARI, SIEVERT, PCAIRE son intentos de simular la exposición de las tripulaciones aéreas y los pasajeros. [37] 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. [37] Sin embargo, las dosis pueden variar, como durante períodos de alta actividad solar. [37] La FAA de los Estados Unidos exige 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 tripulantes de vuelo embarazadas cumplan 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 publicada en 2008. [37]
Los niveles peligrosos de radiación ionizante se indican mediante el símbolo del trébol sobre un fondo amarillo. Por lo general, se colocan en el límite de un área controlada por radiación o en cualquier lugar donde los niveles de radiación estén 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 fuentes de Categoría 1, 2 y 3 del OIEA definidas como fuentes peligrosas capaces de provocar la muerte o lesiones graves, incluidos irradiadores de alimentos, máquinas de teleterapia para el tratamiento del cáncer y radiografía industrial. unidades. El símbolo se colocará en el dispositivo que aloja la fuente, como advertencia de no desmontar el dispositivo ni acercarse. No será visible en condiciones de uso normal, sólo si alguien intenta desmontar el dispositivo. El símbolo no estará ubicado en puertas de acceso al edificio, paquetes de transporte o contenedores. [38]
![Símbolo de peligro de radiactividad ISO de 2007 destinado a fuentes de Categoría 1, 2 y 3 del OIEA definidas como fuentes peligrosas capaces de provocar 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}
