¿Qué es la radiactividad?
¿Es peligroso todo lo radiactivo?

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Hoy adaptamos el hilo «Derribando mitos sobre la energía nuclear» de INSTRUCTOR NUCLEAR (@fruf82):

 

¿Qué es la radiactividad?
¿Es peligroso todo lo radiactivo?

Trato de explicarlo en un hilo.

 

La materia está compuesta de átomos y estos a su vez de un núcleo y una corteza.
El núcleo está compuesto de protones (carga positiva) y neutrones (sin carga). Les llamamos nucleones.
La corteza está compuesta de electrones (carga negativa).

La magia de esto está en el hecho de que los protones, de carga positiva, se mantienen unidos a pesar de la fuerza electromagnética que hace que cargas del mismo signo se repelan.

 

Cuando las partículas están muy muy cerca entre ellas, aparece la que llamamos “fuerza nuclear fuerte”. Esta fuerza es muy intensa a muy cortas distancias.

 

Cuanto mayor número atómico (numero de protones) tiene un átomo, mayor repulsión entre protones habrá, con lo que necesitará más neutrones para mantener todos los nucleones juntos.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Un elemento (isótopo) con una relación de protones y neutrones fuera de la “curva de estabilidad” será un elemento “inestable”. Sus fuerzas (electromagnética y nuclear fuerte) no están en equilibrio y tenderá a buscar la estabilidad. Es un elemento radiactivo.

¿Cómo buscará la estabilidad el elemento radiactivo? Pues capturando o desprendiendo partículas (energía al fin y al cabo) para volver a la curva de estabilidad.

 

Simplificando mucho, un núcleo inestable puede emitir un electrón (β-), un positrón (β+) o un núcleo de Helio (α). En muchas ocasiones, lo que sobra es algo de energía que se emite en forma de energía electromagnética (γ).

Un elemento inestable no se desintegra inmediatamente, sino que tardará un tiempo. La desintegración es aleatoria, pero estadísticamente se puede saber cuanto tarda en promedio en desintegrarse un núcleo.
La desaparición de núcleos inestables será exponencial.

Al tiempo que tarda en desintegrarse la mitad de una muestra, le llamamos “vida media”. Así, al cabo de 2 vidas medias, la cantidad de núcleos radiactivos se reduce a la cuarta parte, por ejemplo.

Cada isótopo tiene una vida media distinta y puede desintegrarse por varios mecanismos.
Es importante entender que a mayor vida media, menos desintegraciones se producirán por unidad de tiempo, pero más tardará en desaparecer el isótopo radiactivo.

A la cantidad de desintegraciones por segundo (dps) le llamamos “Actividad” y se mide en Bequerels (1 Bq = 1 dps) o en Curios (Ci).

¿Son siempre peligrosos los elementos radiactivos?
Depende.
Los efectos biológicos de las radiaciones ionizantes pueden ser varios.

Es posible que el efecto sea nulo, que se produzca un daño celular o la muerte celular.
A la muerte celular le llamamos efectos deterministas.
Al daño celular, que puede que acabe reparándose adecuadamente o no, le llamamos efectos estocásticos (probabilísticos).

¿Cómo se miden estos daños?
Primero se define la cantidad de energía depositada sobre la materia (Dosis absorbida) en Gray (1 Gy = 1 J/kg).
La desintegración de 1 núcleo de U que emite una partícula α de 4 MeV (6,4E-13 J) sobre un kg de tejido produce una dosis de 6,4E-13 Gy.

No todas las energías depositadas producen los mismos efectos biológicos. Depende del tipo de partícula o de la energía de la misma. Definimos “Dosis quivalente” como el producto de la dosis absorbida por un factor de ponderación wR dependiente del tipo de radiación.

La misma dosis equivalente produce distintos efectos sobre diferentes tejidos. Finalmente se define la “dosis efectiva” como el producto de la dosis equivalente por un factor de ponderación wT dependiente del tejido.

¿Y 1 Sv es mucho o poco?
Puede resultar útil definir la unidad “BED” (Banana Equivalent Dose), que es la dosis que recibimos por comernos un plátano que contiene K-40, un isótopo radiactivo del Potasio.
Así, un plátano produce una dosis de 0,1 µSv. Esto es 0,0000001 Sv. 10-7 Sv.

Entonces ¿siempre que haya elementos radiactivos cerca, me producen dosis?
Depende.
Las distintas radiaciones pueden blindarse más o menos fácilmente.

Así, un núcleo de uranio que emite partículas α sólo provocará dosis a pocos cm. De hecho la fina capa de “piel muerta” puede detener esta radiación y evitar que cause dosis. O en cualquier caso, provocará daños cutáneos similares a una quemadura.
Sin embargo, si ese mismo isótopo es ingerido, los daños se producirán en el interior del organismo, siendo mucho más severos. Por ejemplo, el Polonio 210 que contiene el tabaco, emite partículas α de 5 MeV que depositan su energía en los pulmones de un fumador.
Así, las dosis equivalentes provocadas por distintos elementos radiactivos dependen también del tipo de exposición a la radiación que se experimente. La radiación puede estar cerca y provocar dosis por irradiación, o puedo ingerirla y provocar dosis por contaminación interna.
En el caso de contaminación interna por ingestión, inhalación o incorporación al riego sanguíneo a través de una herida, la dosis que depositará un elemento radiactivo dependerá de su composición química y de la tasa de eliminación metabólica.
Llamamos “dosis efectiva comprometida” a aquella que sabemos que se va a producir a lo largo del tiempo como consecuencia de la incorporación de una sustancia radiactiva hasta que desaparezca por completo de nuestro organismo.
Por ejemplo, ingerir 1 litro de agua con una concentración de Cs-137 de 100 Bq/l, provoca una dosis efectiva de 1,3 10-6 Sv. Esto es lo mismo que comerse 13 plátanos. Inocuo.
Para exposiciones externas a ambientes contaminados con determinada cantidad de un gas radiactivo, se pueden utilizar estos valores de conversión de actividad específica (Bq/m3) a tasa de dosis (Sv/h).
Por ejemplo, permanecer 1 día en un ambiente con una actividad de Xe-133 de 1000 Bq/m3 provocará una dosis de 1,2 10-7 Sv. Esto es lo mismo que comerse un plátano. Inocuo.

¿Cuántos plátanos puedo comerme sin riesgo?
La relación dosis-efectos se ha establecido con un modelo lineal sin umbral.
A partir de los efectos deterministas conocidos por exposiciones a altas dosis, conservadoramente se supone un comportamiento lineal a bajas dosis.

Se atribuye un aumento probabilístico del riesgo de padecer cáncer por encima de 100 mSv en una sola exposición. Esto es un millón de plátanos.
Una dosis de 1 Sv en médula produce la muerte en poco tiempo. Esto es 10 millones de plátanos.

Es importante ver las dosis en perspectiva para conocer los riesgos de la radiactividad pero sin tener un miedo basado en el desconocimiento.

Gracias por llegar hasta el final.

Fuentes#apuntesoperador de @OperadorNuclear , publicaciones de @ICRP , instrucciones del @CSN_es, Reglamento de protección sanitaria contra radiaciones ionizantes (piramidenormativa.sne.es/Repositorio/CS…).

Mucha documentación se refiere al tiempo que tarda en desintegrarse la mitad de una muestra como vida media por una incorrecta traducción de half life.
Lo correcto es denominarlo «tiempo de semidesintegración».
«Vida media» se corresponde con mean lifetime.

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