Radiación nuclear

Radiación nuclear
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Concepto:Ocurre cuando en un núcleo hay un excedente de masa-energía

Radiación nuclear. muestra las características de este tipo de radiación. Ocurre cuando en un núcleo hay un excedente de masa-energía. La emisión de partículas de un núcleo inestable se denomina desintegración radiactiva.

Tipos de desintegración

Materia y radiación

La radiación se emplea por ejemplo en la radiografía y la radioterapia. La radiografía estudia las maneras en que los rayos X penetran los diferentes materiales. La radioterapia busca eliminar los tejidos malignos aplicándoles radioactividad.
Los efectos más comunes de la radiación son la ionización y la excitación atómica del material, a todos estos puede seguir cambios químicos. Las partículas alfa tienen carga positiva y masa grande. Al penetrar en la materia atraen a su paso eléctricamente a los electrones cercanos, produciendo ionización de estos átomos. Cuando un átomo radiactivo genera algún positrón, el positrón se asocia temporalmente a un electrón, formando un "átomo" llamado positronio, en el que el electrón y el positrón giran uno alrededor del otro. El positronio tiene una vida media de 10^(-10) segundos. Luego se aniquilan las dos partículas emitiendo rayos gamma.
Los rayos X y gamma al no tener carga, no pueden ser eliminados por ionización al atravesar un material. Sufren otros mecanismos que al final los hacen desaparecer, transfiriendo su energía por tres métodos diferentes. Estos métodos son el efecto fotoeléctrico, el efecto Compton y la producción de pares.

Métodos de transferencia de energía

  • Efecto fotoeléctrico

El fotón se encuentra con un electrón del material en cuestión, transfiriéndole toda su energía, desapareciendo el fotón original.

  • Efecto Compton

El fotón choca contra un electrón, el electrón solo adquiere parte de la energía del fotón, el resto de la energía se la lleva otro fotón de menor energía y desviado

  • Producción de pares

Sucede cuando un fotón se acerca al campo eléctrico de un núcleo, el fotón se convierte en un par electrón-positrón. El positrón al final de su trayecto forma un positronio y luego se aniquilan produciendo dos fotones de aniquilación. Los neutrones no tienen carga eléctrica, pero se ven afectados por lafuerza nuclear. Los neutrones no ionizan por no interaccionar con los electrones, el único efecto que pueden producir es incidir con los núcleos, provocando reacciones nucleares o dispersiones elásticas.

Efectos de la radiación

Los efectos dañinos de la radiación ionizante en un organismo vivo se deben principalmente a la energía absorbida por las células y los tejidos que la forman. Esta energía es absorbida por ionización y excitación atómica, produce descomposición química de las moléculas presentes. A menos de 100 mSv, no se espera ninguna respuesta clínica. Al aumentar la dosis, el organismo va presentando diferentes manifestaciones hasta llegar a la muerte. La dosis letal media es aquella a la cual cincuenta por ciento de los individuos irradiados mueren, esta es 4 Sv (4000 mSv). En ocasiones pueden aplicarse grandes dosis de radiación a áreas limitadas (como en la radioterapia), lo que provoca solo un daño local.
Cuando la radiación ionizante incide sobre un organismo vivo, las reacciones a nivel celular son principalmente en las membranas, el citoplasma y el núcleo. La interacción en las membranas produce alteraciones de permeabilidad, lo que hace que puedan intercambiar fluidos en cantidades mayores de lo normal. La célula no muere pero sus funciones de multiplicación no se llevan a cabo. En el caso que la interacción sea en el citoplasma, cuya principal sustancia es el agua, al ser ésta ionizada se forman radicales inestables. Algunos de estos radicales tenderán a unirse para formar moléculas de agua y moléculas de hidrógeno (H), las cuales no son nocivas para el citoplasma. Otros se combinan para formar peróxido de hidrógeno (H2O2), el cual si produce alteraciones en el funcionamiento de las células. La situación más crítica se presenta cuando se forma el hidronio (HO), el cual produce envenenamiento. Cuando la radiación ionizante llega hasta el núcleo de la célula, puede producir alteraciones de los genes e incluso rompimiento de los cromosomas, provocando que cuando la célula se divida lo haga con características diferentes a la célula original.
Las células pueden sufrir aumento o disminución de volumen, muerte, un estado latente, mutaciones genéticas y cáncer. Estas propiedades radiactivas se pueden volver benéficas, es el caso de la radioterapia que utiliza altas dosis de radiación para eliminar tejidos malignos en el cuerpo. Sin embargo, por la naturaleza de la radiactividad, es inevitable afectar otros órganos sanos cercanos.
El daño a las células germinales resultará en daño a la descendencia del individuo. Se pueden clasificar los efectos biológicos en somáticos y hereditarios. El daño a los genes de una célula somática puede producir daño a la célula hija, pero sería un efecto somático no hereditario. Un daño genético es efecto de mutación en un cromosoma o un gen, esto lleva a un efecto hereditario solamente cuando el daño afecta a una línea germinal. El síndrome de la irradiación aguda es el conjunto de síntomas que presentan las personas irradiadas de manera intensa en todo el cuerpo. Consiste en náusea, vómito, anorexia, pérdida de peso, fiebre y hemorragia intestinal.
Los efectos de la radiactividad en partes locales pueden ser eritema o necrosis de la piel, caída del cabello, necrosis de tejidos internos, la esterilidad temporal o permanente, la reproducción anormal de tejidos como el epitelio del tracto gastrointestinal, el funcionamiento anormal de los órganos hematopoyéticos (médula ósea y bazo), o alteraciones funcionales del sistema nervioso y de otros sistemas.

Fuentes

  • Saveliev, I.V. Curso de Física General. En tres tomos. Editorial MIR. Moscú. 1984.
  • Yavorski, B. M. , Detlaf, A. M. Prontuario de Física. Editorial MIR. Moscú. 1983.
  • Física Hoy