Nick Connor

En física, las ecuaciones de Bateman son un conjunto de ecuaciones diferenciales de primer orden, que describen la evolución en el tiempo de las concentraciones de nucleidos que experimentan una cadena de desintegración lineal o en serie. El modelo fue formulado por Ernest Rutherford en 1905 y la solución analítica para el caso de desintegración radiactiva en una cadena lineal fue proporcionada por Harry Bateman en 1910. Este modelo también se puede utilizar en códigos de agotamiento nuclear para resolver problemas de transmutación y desintegración nuclear.

Por ejemplo, ORIGEN es un sistema de código de computadora para calcular la acumulación, desintegración y procesamiento de materiales radiactivos. ORIGEN utiliza un método exponencial matricial para resolver un gran sistema de ecuaciones diferenciales ordinarias acopladas, lineales y de primer orden (similares a las ecuaciones de Bateman ) con coeficientes constantes.

Las ecuaciones de Bateman para el caso de desintegración radiactiva de series de n – nucleidos en cadena lineal que describen las concentraciones de nucleidos son las siguientes:

Ecuaciones de Bateman para la transmutación nuclear

Como se escribió, este modelo también se puede utilizar en códigos de agotamiento nuclear para resolver problemas de transmutación y desintegración nuclear . En caso de transmutación, las constantes de desintegración que gobiernan las ecuaciones de Bateman para un caso de desintegración se sustituyen por constantes de transmutación. Por la constante de transmutación λ _{i, j} entendemos la probabilidad de la producción del i- ésimo nucleido por unidad de tiempo a partir de la j- ésima destrucción del nucleido, como resultado de la interacción nuclear con todo el espectro de partículas que interactúan o debido a la desintegración nuclear natural.

Estas ecuaciones se utilizan generalmente para la evolución exacta de los cambios isotópicos en el combustible nuclear durante el agotamiento del combustible. El agotamiento del combustible generalmente se modela matemáticamente como un conjunto de ecuaciones diferenciales conocidas como ecuaciones de evolución .

Referencia especial: Jerzy Cetnar, Solución general de ecuaciones de Bateman para transmutaciones nucleares. Annals of Nuclear Energy 33 (2006). Enero de 2006.

Ver también:

Equilibrio radiactivo

En la física de las desintegraciones nucleares , existe un equilibrio radiactivo cuando un nucleido radiactivo se desintegra a la misma velocidad a la que se produce. El núcleo que se desintegra generalmente se denomina núcleo padre y el núcleo que queda después del evento como núcleo hijo . El núcleo hijo puede ser estable o radiactivo. Si es radiactivo, se desintegra en un núcleo hijo y así sucesivamente. Por tanto, cada núcleo progenitor radiactivo puede iniciar una serie de desintegraciones, teniendo cada producto de desintegración su propia constante de desintegración característica.

La concentración de núcleos hijos en el equilibrio radiactivo depende principalmente de las proporciones de vidas medias (o constantes de desintegración ) de los núcleos padre e hijo. Dado que la tasa de producción y la tasa de desintegración son iguales, el número de átomos presentes permanece constante a lo largo del tiempo. En cualquier caso, un equilibrio radiactivo no se establece de forma inmediata, sino que solo tiene lugar después de un período de transición . Este período es del orden de unas pocas vidas medias del núcleo más longevo de la cadena de desintegración. En el caso de cadenas de desintegración radiactiva, se puede establecer un equilibrio radiactivo entre cada miembro de la cadena de desintegración.

Como se escribió, la proporcionalidad de las vidas medias es un parámetro clave que determina el tipo de equilibrio radiactivo :

• El equilibrio radiactivo no se establece cuando la vida media del núcleo padre es más corta que la vida media del núcleo hijo. En este caso, la tasa de producción y la tasa de descomposición de cierto miembro de la cadena de descomposición no pueden ser iguales.
• El equilibrio radiactivo secular existe cuando el núcleo principal tiene una vida media extremadamente larga. Este tipo de equilibrio es particularmente importante en la naturaleza. Durante los 4.500 millones de años de la historia de la Tierra, especialmente el uranio 238, el uranio 235 y el torio 232 y los miembros de sus cadenas de desintegración han alcanzado equilibrios radiactivos entre el núcleo padre y los diversos descendientes.
• El equilibrio radiactivo transitorio existe cuando la vida media del núcleo padre es más larga que la vida media del núcleo hijo. En este caso, el nucleido padre y el nucleido hijo se desintegran esencialmente a la misma velocidad.

Equilibrio radiactivo transitorio

El equilibrio radiactivo transitorio existe cuando la vida media del núcleo principal es más larga que la vida media del núcleo hijo, pero la concentración de los núcleos parentales disminuye significativamente con el tiempo. En este caso, el nucleido padre y el nucleido hijo pueden decaer esencialmente a la misma velocidad, pero ambas concentraciones de nucleidos disminuyen a medida que disminuye la concentración de los núcleos parentales. Contrariamente al equilibrio secular, la vida media de los núcleos hijos no es despreciable en comparación con la vida media de los padres.

Un ejemplo de este tipo de proceso de descomposición de compuestos es un generador de tecnecio-99m que produce tecnecio-99m para procedimientos de diagnóstico de medicina nuclear a partir de molibdeno-99. La corta vida media del tecnecio-99m de 6 horas hace que el almacenamiento sea imposible y encarece el transporte. Por lo tanto, con fines médicos, el molibdeno-99 se utiliza para producir tecnecio-99m. Estos dos isótopos están en equilibrio transitorio. La constante de desintegración del molibdeno-99 es considerablemente menor que la constante de desintegración del tecnecio-99m. Aunque la constante de desintegración del molibdeno-99 es menor, la tasa real de desintegración es inicialmente mayor que la del molibdeno-99 debido a la gran diferencia en sus concentraciones iniciales. A medida que aumenta la concentración de la hija, la tasa de descomposición de la hija se acercará y eventualmente igualará la tasa de descomposición del padre. Cuando esto ocurre, se dice que están en  equilibrio transitorio . En el caso del generador de tecnecio-99m, el equilibrio transitorio se produce después de aproximadamente cuatro vidas medias. Hoy en día, el tecnecio-99m es el elemento más utilizado en medicina nuclear y se emplea en una amplia variedad de estudios de imágenes de medicina nuclear.

Además, el equilibrio transitorio puede interrumpirse ocasionalmente cuando uno de los núcleos intermedios abandona la muestra donde están confinados sus antepasados.

Equilibrio radiactivo transitorio con fuente – Ejemplo

Un ejemplo especial de equilibrio radiactivo son las concentraciones de yodo-135 y xenón-135 en un reactor nuclear , pero en este caso, se debe tener en cuenta el quemado del xenón. Tenga en cuenta que, en este caso especial, la vida media del núcleo padre es más corta que la vida media del núcleo hijo. La producción y eliminación de xenón se puede caracterizar por las siguientes ecuaciones diferenciales :

Cuando la tasa de producción de yodo es igual a la tasa de eliminación de yodo, existe equilibrio . Este equilibrio también se conoce como «depósito de xenón 135», ya que todo este yodo debe sufrir una desintegración a xenón. En equilibrio, la concentración de yodo permanece constante y se denomina N _I (eq) . La siguiente ecuación para la concentración de equilibrio de yodo se puede determinar a partir de la ecuación anterior estableciendo dN _I / dt = 0 . Dado que la concentración de yodo de equilibrio es proporcional a la velocidad de la reacción de fisión, también es proporcional al nivel de potencia del reactor .

Cuando la tasa de producción de xenón 135 es igual a la tasa de eliminación , también existe equilibrio para el xenón . La concentración de xenón permanece constante y se denomina N _Xe (eq) . La siguiente ecuación (1) para la concentración de equilibrio de xenón se puede determinar a partir de la ecuación anterior estableciendo dN _Xe / dt = 0 . Para que el xenón 135 esté en equilibrio, el yodo 135 también debe estar en equilibrio. La sustitución de la expresión de la concentración de yodo en equilibrio 135 en la ecuación del xenón en equilibrio (1) da como resultado (2).

De esta ecuación se puede ver que el valor de equilibrio para el xenón 135 aumenta a medida que aumenta la potencia, porque el numerador es proporcional a la velocidad de reacción de fisión . Pero el flujo térmico también está en el denominador. Por lo tanto, a medida que el flujo térmico excede algún valor, el quemado del xenón comienza a dominar y, a aproximadamente 10 ¹⁵ neutrones.cm ^-2 .s ^-1 , la concentración de xenón-135 se acerca a un valor límite. Las concentraciones de equilibrio de yodo 135 y xenón 135 en función del flujo de neutrones se ilustran en la siguiente figura.

Ver también:

Equilibrio radiactivo

La radiación nos rodea . En, alrededor y por encima del mundo en el que vivimos. Es una fuerza de energía natural que nos rodea. Es una parte de nuestro mundo natural que ha estado aquí desde el nacimiento de nuestro planeta. Todas las criaturas vivientes, desde el principio de los tiempos, han estado y siguen estando expuestas a radiaciones ionizantes . 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. Pero, en general, hay dos categorías amplias de fuentes de radiación :

• Radiación de fondo natural . La radiación de fondo natural incluye la radiación producida por el Sol, relámpagos, radioisótopos primordiales o explosiones de supernovas, etc.
• Fuentes de radiación creadas por el hombre . Las fuentes artificiales incluyen los usos médicos de la radiación, los residuos de las pruebas nucleares, los usos industriales de la radiación, etc.

Referencia especial: Fuentes y efectos de las radiaciones ionizantes, Anexo B. UNSCEAR. Nueva York, 2010. ISBN: 978-92-1-142274-0.

El Comité Científico de las Naciones Unidas sobre los Efectos de las Radiaciones Atómicas (UNSCEAR) desglosó los tipos de exposición humana como:

• exposición pública, que es la exposición de miembros individuales del público y de la población en general
• Exposición ocupacional a la radiación, que es la exposición de los trabajadores en situaciones en las que su exposición está directamente relacionada con o es requerida por su trabajo.

Radiación de fondo natural

Todas las criaturas vivientes, desde el principio de los tiempos, han estado y siguen estando expuestas a radiaciones ionizantes . Esta radiación no está asociada con ninguna actividad humana. Hay isótopos radiactivos en nuestros cuerpos, casas, aire, agua y en el suelo. Todos también estamos expuestos a la radiación del espacio exterior.

Tipos de radiación de fondo natural

Dividimos todas estas fuentes de radiación natural en tres grupos:

• Radiación cósmica . La radiación cósmica se refiere a fuentes de radiación en forma de rayos cósmicos que provienen del sol o del espacio exterior. A nivel del suelo, los  muones , con energías en su mayoría entre 1 y 20 GeV, contribuyen alrededor del 75% de la tasa de dosis absorbida en el aire libre. El resto proviene de electrones producidos por los muones o presentes en la cascada electromagnética. La dosis anual de rayos cósmicos  al nivel del mar es de alrededor de  0,27 mSv  (27 mrem). Si vive en elevaciones más altas o es un pasajero frecuente de una aerolínea, esta exposición puede ser significativamente mayor, ya que la atmósfera es más delgada aquí. Los efectos del  campo magnético terrestre  también determinan la dosis de  radiación cósmica .
• Radiación terrestre . La radiación terrestre se refiere a las fuentes de radiación que se encuentran en el suelo, el agua y la vegetación. Los principales isótopos de interés para la radiación terrestre son el uranio y los productos de desintegración del uranio, como el torio, el radio y el radón. La tasa de dosis promedio que se origina a partir de nucleidos terrestres (excepto la exposición al radón) es de aproximadamente  0,057 µGy / h. Los valores máximos se han medido en arena de monacita en Guarapari, Brasil (hasta 50 µGy / hr y en Kerala, India (aproximadamente 2 µGy / hr), y en rocas con una alta concentración de radio en Ramsar, Irán (de 1 a 10 µGy / hr). La dosis de radiación anual promedio querecibeuna persona de radón es de aproximadamente  2 mSv / año y puede variar en muchos órdenes de magnitud de un lugar a otro. El radón es tan importante que generalmente se trata por separado.
• Radiación interna . Además de las fuentes cósmicas y terrestres, todas las personas también tienen potasio-40 radiactivo, carbono-14, plomo-210 y otros isótopos dentro de sus cuerpos desde el nacimiento. La concentración de potasio-40 es casi  estable  en todas las personas a un nivel de aproximadamente  55 Bq / kg  (3850 Bq en total), que corresponde a la dosis efectiva anual de  0,2 mSv . Se estima que la dosis anual de carbono 14 es de unos  12 μSv / año .

Radiación de fondo y peligro para la salud

No puedes pasar por la vida sin radiación. El peligro de la radiación ionizante radica en el hecho de que la radiación es invisible y no detectable directamente por los sentidos humanos. Las personas no pueden ver ni sentir la radiación, pero deposita energía en las moléculas del cuerpo.

Pero no se preocupe , las dosis de la radiación de fondo suelen ser  muy pequeñas (excepto la exposición al radón). Dosis baja aquí significa pequeñas dosis adicionales comparables a la radiación de fondo normal   ( 10 µSv  = dosis diaria promedio recibida del fondo natural). El problema es que, a dosis muy bajas, es prácticamente imposible correlacionar cualquier irradiación con ciertos efectos biológicos. Esto se debe a que la tasa de cáncer inicial ya es muy alta y el riesgo de desarrollar cáncer fluctúa en un 40% debido al estilo de vida individual y los efectos ambientales, oscureciendo los efectos sutiles de la radiación de bajo nivel.

En segundo lugar, y esto es fundamental, aún debe descubrirse la verdad sobre los efectos en la salud de las radiaciones de dosis baja. No se sabe exactamente si estas bajas dosis de radiación son perjudiciales o beneficiosas (y dónde está el umbral). Los organismos gubernamentales y reguladores asumen un modelo LNT en lugar de un umbral u hormesis no porque sea el más científicamente convincente, sino porque es la estimación más conservadora . El problema de este modelo es que ignora una serie de procesos biológicos de  defensa  que pueden ser cruciales  en dosis bajas . La investigación durante las dos últimas décadas es muy interesante y muestra que pequeñas dosis de radiación administradas a una tasa de dosis baja  estimulan los mecanismos de defensa.. Por lo tanto, el modelo LNT no se acepta universalmente y algunos proponen una relación adaptativa dosis-respuesta en la que las dosis bajas son protectoras y las dosis altas son perjudiciales. Muchos estudios han contradicho el modelo LNT y muchos de ellos han mostrado una respuesta adaptativa a dosis bajas de radiación que resultan en mutaciones y cánceres reducidos. Este fenómeno se conoce como  hormesis por radiación .

De acuerdo con la hipótesis de la hormesis de radiación , la exposición a la radiación comparable y justo por encima del nivel de radiación de fondo natural no es dañina sino beneficiosa, aunque se acepta que niveles mucho más altos de radiación son peligrosos. Los argumentos a favor de la hormesis se centran en algunos estudios epidemiológicos a gran escala y la evidencia de experimentos de irradiación con animales, pero sobre todo en los avances recientes en el conocimiento de la respuesta adaptativa. Los defensores de la hormesis por radiación suelen afirmar que las respuestas radioprotectoras en las células y el sistema inmunológico no solo contrarrestan los efectos nocivos de la radiación, sino que además actúan para inhibir el cáncer espontáneo no relacionado con la exposición a la radiación.

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Ver también: Modelo LNT

Ver también:

Protección radiológica

El potasio es un elemento químico de origen natural con número atómico 19, lo que significa que hay 19 protones y 19 electrones en la estructura atómica . El símbolo químico del potasio es K (del neolatino kalium).

El potasio natural consiste principalmente en el isótopo K-39 (93.26%), por lo tanto, la masa atómica del elemento potasio está cerca de la masa atómica del isótopo K-39 (39.098 u). El potasio natural también consta de otros dos isótopos: K-41 (6,73%) y K-40 (0,012%). El potasio-40 es un isótopo de potasio inestable (radiactivo) de origen natural. Tiene una vida media muy larga de 1,251 × 10 ⁹ años. Por tanto, este isótopo pertenece a los nucleidos primordiales , porque su vida media es comparable a la edad de la Tierra.

Las trazas de K-40 se encuentran en todo el potasio y es el radioisótopo más común en el cuerpo humano . El K-40 es un isótopo radiactivo de potasio que tiene una vida media muy larga de 1,251 × 10 ⁹ años y sufre ambos tipos de desintegración beta . Desde este punto de vista, también un cuerpo humano puede considerarse una fuente de antimateria.

• Aproximadamente el 89,28% del tiempo (el 10,72% es por captura de electrones), se desintegra a calcio-40 con la emisión de una partícula beta (β−, un electrón) con una energía máxima de 1,33 MeV y un antineutrino , que es una antipartícula para el neutrino .
• Muy raramente (0,001% de las veces) se desintegrará a Ar-40 emitiendo un positrón (β +) y un neutrino.

Potasio-40 en el interior del cuerpo – Dosis de radiación

La concentración de potasio en el cuerpo humano se basa estrictamente en el principio homeostático. El potasio se distribuye más o menos en el cuerpo (especialmente en los tejidos blandos) después de la ingestión de alimentos. Un hombre de 70 kg contiene alrededor de 126 g de potasio (0,18%), la mayor parte se encuentra en los músculos. El consumo diario de potasio es de aproximadamente 2,5 gramos. Por tanto, la concentración de potasio-40 es casi estable en todas las personas a un nivel de aproximadamente 55 Bq / kg (3850 Bq en total), que corresponde a la dosis efectiva anual de 0,2 mSv .

Dosis equivalente de plátano – BED

La dosis equivalente de plátano, BED, es una cantidad de dosis informal de exposición a radiación ionizante. La dosis equivalente de plátano está destinada a ser un ejemplo educativo general para comparar una dosis de radiactividad con la dosis a la que uno se expone al comer un plátano de tamaño medio. Un BED a menudo se correlaciona con 10 ^-7 Sievert ( 0,1 µSv ).

Los plátanos contienen concentraciones de potasio significativamente altas, que es vital para el funcionamiento de todas las células vivas. La transferencia de iones de potasio a través de las membranas de las células nerviosas es necesaria para la transmisión nerviosa normal. Pero el potasio natural también contiene un isótopo radiactivo potasio-40 (0,012%). El potasio-40 es un isótopo radiactivo del potasio que tiene una vida media muy larga de 1,251 × 10 ⁹ años y sufre ambos tipos de desintegración beta .

Un BED a menudo se correlaciona con 10 ^-7 Sievert (0,1 µSv). La exposición a la radiación por consumir un plátano es aproximadamente el 1% de la exposición diaria promedio a la radiación, que es 100 dosis equivalentes de plátano (BED). Una tomografía computarizada de tórax arroja 58,000 BED (5.8 mSv). Una dosis letal, la dosis que mata a un ser humano con un riesgo del 50% dentro de los 30 días (LD50 / 30) de radiación, es aproximadamente 50,000,000 BED (5000 mSv). Sin embargo, en la práctica, esta dosis no es acumulativa, ya que el principal componente radiactivo se excreta para mantener el equilibrio metabólico. Además, también existe un problema con la dosis colectiva .

El BED solo está destinado a informar al público sobre la existencia de niveles muy bajos de radiactividad natural dentro de un alimento natural y no es una medida de dosis adoptada formalmente.

Radiación interna: ¿es peligrosa?

Debemos enfatizar, comer plátanos, trabajar como tripulación de vuelo de una aerolínea o vivir en ubicaciones con, aumenta su tasa de dosis anual. Pero no significa que deba ser peligroso.  En cada caso, la intensidad de la radiación también es importante. Es muy similar al calor de un fuego (radiación menos energética). Si está demasiado cerca, la intensidad de la radiación de calor es alta y puede quemarse. Si estás a la distancia adecuada podrás aguantar allí sin problemas y además es cómodo. Si está demasiado lejos de la fuente de calor, la insuficiencia de calor también puede dañarlo. Esta analogía, en cierto sentido, se puede aplicar a la radiación también de fuentes de radiación.

En caso de  radiación interna  , normalmente hablamos de las llamadas  “dosis bajas” . Dosis baja aquí significa pequeñas dosis adicionales comparables a la radiación de fondo normal   ( 10 µSv  = dosis diaria promedio recibida del fondo natural). Las dosis son muy bajas y, por tanto, la probabilidad de inducción de cáncer podría ser casi insignificante. En segundo lugar, y esto es fundamental, aún debe descubrirse la verdad sobre los efectos en la salud de las radiaciones de dosis baja. No se sabe exactamente si estas bajas dosis de radiación son perjudiciales o beneficiosas (y dónde está el umbral). Los organismos gubernamentales y reguladores asumen un  modelo LNT en  lugar de un umbral u  hormesis no porque sea científicamente más convincente, sino porque es la  estimación más conservadora . El problema de este modelo es que ignora una serie de procesos biológicos de  defensa  que pueden ser cruciales  en dosis bajas . La investigación durante las últimas dos décadas es muy interesante y muestra que pequeñas dosis de radiación administradas a una tasa de dosis baja  estimulan los mecanismos de defensa . Por lo tanto, el modelo LNT no se acepta universalmente y algunos proponen una relación adaptativa dosis-respuesta en la que las dosis bajas son protectoras y las dosis altas son perjudiciales. Muchos estudios han contradicho el modelo LNT y muchos de ellos han mostrado una respuesta adaptativa a dosis bajas de radiación que resultan en mutaciones y cánceres reducidos. Este fenómeno se conoce como Hormesis por radiación .

Ver también:

Fuentes internas

Además de las fuentes cósmicas y terrestres , todas las personas también tienen algunos isótopos radiactivos dentro de sus cuerpos desde el nacimiento . Estos isótopos son especialmente potasio-40 , carbono-14 y también los isótopos de uranio y torio. La variación en la dosis de radiación de una persona a otra no es tan grande como la variación en la dosis de fuentes cósmicas y terrestres. La dosis media anual de radiación que recibe una persona de materiales radiactivos internos distintos del radón es de aproximadamente 0,3 mSv / año, de los cuales:

• 0,2 mSv / año proviene del potasio-40,
• 0,12 mSv / año proviene de la serie de uranio y torio,
• 12 μSv / año provienen del carbono-40.

El isótopo más importante con respecto a la dosis es el potasio-40. El componente dominante de la exposición por inhalación son los productos de desintegración de corta duración del radón. Pero este tema es tan importante que se trató por separado en la sección anterior ( Radón – Efectos sobre la salud ).

Excluyendo la contaminación interna por material radiactivo externo (radón, uranio, etc.), el potasio-40 y el carbono-40 son los componentes más importantes de la exposición a la radiación interna de los componentes biológicamente funcionales del cuerpo humano.

Potasio-40

El potasio es un elemento químico de origen natural con número atómico 19, lo que significa que hay 19 protones y 19 electrones en la estructura atómica . El símbolo químico del potasio es K (del neolatino kalium).

El potasio natural consiste principalmente en el isótopo K-39 (93.26%), por lo tanto, la masa atómica del elemento potasio está cerca de la masa atómica del isótopo K-39 (39.098 u). El potasio natural también consta de otros dos isótopos: K-41 (6,73%) y K-40 (0,012%). El potasio-40 es un isótopo de potasio inestable (radiactivo) de origen natural. Tiene una vida media muy larga de 1,251 × 10 ⁹ años. Por tanto, este isótopo pertenece a los nucleidos primordiales , porque su vida media es comparable a la edad de la Tierra.

Las trazas de K-40 se encuentran en todo el potasio y es el radioisótopo más común en el cuerpo humano . El K-40 es un isótopo radiactivo de potasio que tiene una vida media muy larga de 1,251 × 10 ⁹ años y sufre ambos tipos de desintegración beta . Desde este punto de vista, también un cuerpo humano puede considerarse una fuente de antimateria.

• Aproximadamente el 89,28% del tiempo (el 10,72% es por captura de electrones), se desintegra a calcio-40 con la emisión de una partícula beta (β−, un electrón) con una energía máxima de 1,33 MeV y un antineutrino , que es una antipartícula para el neutrino .
• Muy raramente (0,001% de las veces) se desintegrará a Ar-40 emitiendo un positrón (β +) y un neutrino.

Potasio-40 en el interior del cuerpo – Dosis de radiación

La concentración de potasio en el cuerpo humano se basa estrictamente en el principio homeostático. El potasio se distribuye más o menos en el cuerpo (especialmente en los tejidos blandos) después de la ingestión de alimentos. Un hombre de 70 kg contiene alrededor de 126 g de potasio (0,18%), la mayor parte se encuentra en los músculos. El consumo diario de potasio es de aproximadamente 2,5 gramos. Por tanto, la concentración de potasio-40 es casi estable en todas las personas a un nivel de aproximadamente 55 Bq / kg (3850 Bq en total), que corresponde a la dosis efectiva anual de 0,2 mSv .

Dosis equivalente de plátano – BED

La dosis equivalente de plátano, BED, es una cantidad de dosis informal de exposición a radiación ionizante. La dosis equivalente de plátano está destinada a ser un ejemplo educativo general para comparar una dosis de radiactividad con la dosis a la que uno se expone al comer un plátano de tamaño medio. Un BED a menudo se correlaciona con 10 ^-7 Sievert ( 0,1 µSv ).

Los plátanos contienen concentraciones de potasio significativamente altas, que es vital para el funcionamiento de todas las células vivas. La transferencia de iones de potasio a través de las membranas de las células nerviosas es necesaria para la transmisión nerviosa normal. Pero el potasio natural también contiene un isótopo radiactivo potasio-40 (0,012%). El potasio-40 es un isótopo radiactivo del potasio que tiene una vida media muy larga de 1,251 × 10 ⁹ años y sufre ambos tipos de desintegración beta .

Un BED a menudo se correlaciona con 10 ^-7 Sievert (0,1 µSv). La exposición a la radiación por consumir un plátano es aproximadamente el 1% de la exposición diaria promedio a la radiación, que es 100 dosis equivalentes de plátano (BED). Una tomografía computarizada de tórax arroja 58,000 BED (5.8 mSv). Una dosis letal, la dosis que mata a un ser humano con un riesgo del 50% dentro de los 30 días (LD50 / 30) de radiación, es aproximadamente 50,000,000 BED (5000 mSv). Sin embargo, en la práctica, esta dosis no es acumulativa, ya que el principal componente radiactivo se excreta para mantener el equilibrio metabólico. Además, también existe un problema con la dosis colectiva .

El BED solo está destinado a informar al público sobre la existencia de niveles muy bajos de radiactividad natural dentro de un alimento natural y no es una medida de dosis adoptada formalmente.

Dosis interna de uranio y torio

Como se escribió, todas las personas también tienen algunos isótopos radiactivos dentro de sus cuerpos desde el nacimiento . Estos isótopos son especialmente potasio-40, carbono-14 e isótopos de las series del uranio y torio. La variación en la dosis de radiación de una persona a otra no es tan grande como la variación en la dosis de fuentes cósmicas y terrestres. La dosis media anual de radiación que recibe una persona de materiales radiactivos internos distintos del radón es de aproximadamente 0,3 mSv / año, de los cuales:

• 0,2 mSv / año proviene del potasio-40,
• 0,12 mSv / año proviene de la serie de uranio y torio ,
• 12 μSv / año provienen del carbono-14.

UNSCEAR, basándose en un gran número de investigaciones, ha presentado valores sobre la ingesta anual por parte de los seres humanos de los diferentes isótopos. Podemos mencionar lo siguiente:

• Ra-226 (22 Bq / año),
• Pb-210 (30 Bq / año),
• Po-210 (58 Bq / año) y
• Ra-228 (15 Bq / año).

Tenga en cuenta que el componente dominante de la exposición de fondo natural, que proviene de los productos de desintegración de corta duración del radón, no está involucrado aquí. Este tema es tan importante que se trató por separado en la sección anterior ( Radiación terrestre ).

Como resultado, el informe UNSCEAR 2000 estima una dosis efectiva anual de 0,12 mSv , que proviene de la exposición interna por isótopos de las series del uranio y torio. El principal contribuyente a esta dosis es Po-210 . Tenga en cuenta que el polonio 210, el producto de desintegración del plomo 210, emite una partícula alfa de 5,3 MeV , que proporciona la mayor parte de la dosis equivalente. El factor de ponderación de la radiación para la radiación alfa es igual a 20. Una dosis absorbida de 1 mGy por partículas alfa dará lugar a una dosis equivalente de 20 mSv.

Las dosis internas de carbono 14 y tritio se describen en el siguiente artículo: Radionúclidos cosmogénicos

Radiación interna: ¿es peligrosa?

Debemos enfatizar, comer plátanos, trabajar como tripulación de vuelo de una aerolínea o vivir en lugares con, aumenta su tasa de dosis anual. Pero no significa que deba ser peligroso.  En cada caso, la intensidad de la radiación también importa. Es muy similar al calor de un fuego (radiación menos energética). Si está demasiado cerca, la intensidad de la radiación de calor es alta y puede quemarse. Si estás a la distancia adecuada podrás aguantar allí sin problemas y además es cómodo. Si está demasiado lejos de la fuente de calor, la insuficiencia de calor también puede dañarlo. Esta analogía, en cierto sentido, se puede aplicar a la radiación también de fuentes de radiación.

En caso de  radiación interna  , normalmente hablamos de las llamadas  “dosis bajas” . Dosis baja aquí significa pequeñas dosis adicionales comparables a la radiación de fondo normal   ( 10 µSv  = dosis diaria promedio recibida del fondo natural). Las dosis son muy bajas y, por tanto, la probabilidad de inducción de cáncer podría ser casi insignificante. En segundo lugar, y esto es fundamental, aún debe descubrirse la verdad sobre los efectos en la salud de las radiaciones de dosis baja. No se sabe exactamente si estas bajas dosis de radiación son perjudiciales o beneficiosas (y dónde está el umbral). Los organismos gubernamentales y reguladores asumen un  modelo LNT en  lugar de un umbral u  hormesis no porque sea científicamente más convincente, sino porque es la  estimación más conservadora . El problema de este modelo es que ignora una serie de procesos biológicos de  defensa  que pueden ser cruciales  en dosis bajas . La investigación durante las últimas dos décadas es muy interesante y muestra que pequeñas dosis de radiación administradas a una tasa de dosis baja  estimulan los mecanismos de defensa . Por lo tanto, el modelo LNT no se acepta universalmente y algunos proponen una relación adaptativa dosis-respuesta en la que las dosis bajas son protectoras y las dosis altas son perjudiciales. Muchos estudios han contradicho el modelo LNT y muchos de ellos han mostrado una respuesta adaptativa a dosis bajas de radiación que resultan en mutaciones y cánceres reducidos. Este fenómeno se conoce como Hormesis por radiación .

Ver también:

Fuentes

La radiación terrestre se refiere a las fuentes de radiación que se encuentran en el suelo, el agua y la vegetación. Los principales isótopos de interés para la radiación terrestre son el potasio, el uranio y los productos de desintegración del uranio, como el torio, el radio y el radón . Tenga en cuenta que la radiación terrestre incluye una exposición externa causada por estos radionucleidos. Una dosis interna causada por estos redionucleidos se analiza en: Fuente interna de radiación .

Estos radionucleidos se encuentran en cantidades mínimas a nuestro alrededor. Cuando se formó la Tierra, se formaron varios elementos radiactivos. Después de los cuatro mil millones de años, todos los isótopos de vida más corta se han desintegrado. Pero algunos de estos isótopos tienen vidas medias muy largas, miles de millones de años, y todavía están presentes. Estos radionucleidos se conocen como radionucleidos primordiales y contribuyen a la dosis anual de un individuo. Debido a que la mayoría de los isótopos radiactivos naturales son pesados, es necesaria más de una desintegración antes de que se alcance un átomo estable. Esta secuencia de núcleos atómicos inestables y sus modos de desintegración , que conduce a un núcleo estable, se conoce como serie radiactiva .

Todos los radionucleidos naturales se suelen dividir en dos grupos según su origen:

• Radionucleidos primordiales . Los radionucleidos primordiales son radionucleidos que se encuentran en la Tierra y que han existido en su forma actual desde antes de que se formara la Tierra. Los radionúclidos primordiales son residuos del Big Bang, de fuentes cosmogénicas y de antiguas explosiones de supernovas que ocurrieron antes de la formación del sistema solar. El bismuto, el torio , el uranio y el plutonio son radionucleidos primordiales porque tienen una vida media lo suficientemente larga como para encontrarse todavía en la Tierra. El potasio-40 también pertenece a los nucleidos primordiales.
• Radionucleidos cosmogénicos . Los radionucleidos cosmogénicos son aquellos que se producen continuamente por la interacción de los rayos cósmicos .

Dosis de radiación terrestre

En todas partes se encuentran niveles bajos de uranio, torio y sus productos de descomposición. Algunos de estos materiales se ingieren con alimentos y agua, mientras que otros, como el radón, se inhalan. La dosis de fuentes terrestres también varía en diferentes partes del mundo. Los lugares con concentraciones más altas de uranio y torio en su suelo tienen niveles de dosis más altos. La tasa de dosis promedio que se origina a partir de nucleidos terrestres (excepto la exposición al radón) es de aproximadamente 0,057 µGy / h. Los valores máximos se han medido en arena de monacita en Guarapari, Brasil (hasta 50 µGy / hr y en Kerala, India (alrededor de 2 µGy / hr), y en rocas con una alta concentración de radio en Ramsar, Irán (de 1 a 10 µGy / h).

Los principales isótopos de interés para la radiación terrestre son el uranio y los productos de desintegración del uranio, como el torio, el radio y el radón. El radón suele ser la mayor fuente natural de radiación que contribuye a la exposición de los miembros del público, a veces representa la mitad de la exposición total de todas las fuentes. Es tan importante que generalmente se trata por separado. La dosis de radiación anual promedio que recibe una persona de radón y sus productos de desintegración es de aproximadamente 2 mSv / año y puede variar en muchos órdenes de magnitud de un lugar a otro.

Radón – Efectos sobre la salud

El radón es un gas noble incoloro, inodoro e insípido que se produce de forma natural como producto de la descomposición del radio. Todos los isótopos del radón son radiactivos , pero los dos isótopos del radón radón-222 y radón-220 son muy importantes desde el punto de vista de la protección radiológica.

• Radón-222 . El isótopo radón-222 es un producto de desintegración natural del isótopo de uranio más estable (uranio-238), por lo que es un miembro de la serie del uranio .
• Radón-220 . El isótopo radón-220, comúnmente conocido como torón , es un producto de desintegración natural del isótopo de torio más estable ( torio-232 ), por lo que es un miembro de la serie del torio .

Es importante señalar que el radón es un gas noble , mientras que todos sus productos de descomposición son metales . El principal mecanismo de entrada del radón a la atmósfera es la difusión a través del suelo . Como gas, el radón se difunde a través de las rocas y el suelo. Cuando el radón se desintegra, los isótopos metálicos secundarios son iones que se unirán a otras moléculas como el agua y a las partículas de aerosol en el aire. Por lo tanto, todas las discusiones sobre las concentraciones de radón en el medio ambiente se refieren al radón-222.. Si bien la tasa promedio de producción de radón-220 (torón) es aproximadamente la misma que la del radón-222, la cantidad de radón-220 en el medio ambiente es mucho menor que la del radón-222 debido a su vida media significativamente más corta ( tiene menos tiempo para difundirse) de radón-222 (55 segundos, frente a 3,8 días, respectivamente). Simplemente el radón-220 tiene menos posibilidades de escapar del lecho rocoso.

Ver también: Radón – Efectos sobre la salud

Radón-222

El radón-222 es un gas producido por la desintegración del radio-226. Ambos son parte de la serie del uranio natural. Dado que el uranio se encuentra en el suelo en todo el mundo en concentraciones variables, también la dosis de radón gaseoso varía en todo el mundo. El radón-222 es el isótopo de radón más importante y estable. Tiene una vida media de solo 3.8 días , lo que hace que el radón sea uno de los elementos más raros ya que se descompone tan rápidamente. 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 hecho de que el radón es gasjuega un papel crucial en la expansión de todos sus núcleos hijos. Simplemente el radón es un medio de transporte desde la roca madre a la atmósfera (o dentro de los edificios) para sus productos de descomposición de corta duración ( Pb-210 y Po-210 ), que presentan muchos más riesgos para la salud.

Series radiactivas en la naturaleza

Las series radiactivas  (conocidas también como cascadas radiactivas) son  tres cadenas de desintegración radiactiva de origen natural  y  una cadena  de desintegración radiactiva artificial de núcleos atómicos pesados ​​inestables que se desintegran a través de una secuencia de  desintegraciones alfa  y  beta  hasta que se logra un núcleo estable. La mayoría de los radioisótopos  no decaen directamente a un estado estable y todos los isótopos  dentro de la serie  decaen de la misma manera. En la física de las desintegraciones nucleares, el núcleo que se desintegra generalmente se denomina  núcleo padre  y el núcleo que queda después del evento como  núcleo hijo . Dado que la desintegración alfa representa la desintegración de un núcleo padre  a una hija a través de la emisión del núcleo de un átomo de helio (que contiene cuatro nucleones), solo hay  cuatro series de desintegración . Dentro de cada serie, por lo tanto, el número de masa de los miembros puede expresarse como cuatro veces un número entero apropiado (n) más la constante para esa serie. Como resultado, la serie de torio se conoce como serie 4n, la serie de neptunio como serie 4n + 1, la serie de uranio como serie 4n + 2 y la serie de actinio como serie 4n + 3.

Tres de los conjuntos se denominan series naturales o clásicas. El cuarto conjunto, la serie de neptunio, está encabezado por neptunio-237. Sus miembros son producidos artificialmente por reacciones nucleares y no ocurren naturalmente.

• la serie de torio (serie 4n) ,
• la serie del uranio (serie 4n + 2) ,
• la serie de actinio (serie 4n + 3) ,
• la serie del neptunio (serie 4n + 1) .

Las series clásicas están encabezadas por  núcleos primordiales inestables . Los nucleidos primordiales son nucleidos que se encuentran en la Tierra y que han existido en su forma actual desde antes de que se formara la Tierra. Las cuatro series anteriores consisten en los radioisótopos, que son descendientes de cuatro núcleos pesados ​​con vidas medias largas y muy largas:

• la serie de torio con torio-232 (con una vida media de 14 mil millones de años),
• la serie del uranio con uranio-238 (que vive 4.470 millones de años),
• la serie de actinio con uranio-235 (con una vida media de 0,7 mil millones de años).
• la serie de neptunio con neptunio-237 (con una vida media de 2 millones de años).

Las  vidas medias  de todos los núcleos hijos son extremadamente variables y es difícil representar un rango de escalas de tiempo que van desde segundos individuales hasta miles de millones de años. Dado que los radioisótopos hijos tienen vidas medias diferentes, el equilibrio secular se alcanza después de algún tiempo. En la larga cadena de desintegración de un elemento naturalmente radiactivo, como el  uranio-238 , donde todos los elementos de la cadena están en equilibrio secular, cada uno de los descendientes se ha acumulado hasta una cantidad de equilibrio y todos se desintegran a la velocidad establecida por el padre original. Cuando se alcanza el equilibrio, cada isótopo hijo sucesivo está presente en proporción directa a su vida media. Desde su  actividad es inversamente proporcional a su vida media, cada nucleido en la cadena de desintegración finalmente contribuye con tantas transformaciones individuales como la cabeza de la cadena.

Como puede verse en las figuras, la ramificación se produce en las cuatro series radiactivas. Eso significa que la descomposición de una especie determinada puede ocurrir de más de una manera. Por ejemplo, en la serie del torio, el bismuto-212 se desintegra parcialmente por emisión beta negativa a polonio-212 y parcialmente por emisión alfa a talio-206.

La cascada radiactiva  influye significativamente en la  radiactividad  ( desintegraciones por segundo ) de muestras naturales y materiales naturales. Todos los descendientes están presentes, al menos transitoriamente, en cualquier muestra natural, ya sea metálica, compuesta o mineral. Por ejemplo, el uranio-238 puro es débilmente radiactivo (proporcional a su larga vida media), pero un mineral de uranio es aproximadamente 13 veces más radiactivo que el metal puro de uranio-238 debido a sus isótopos hijos (por ejemplo, radón, radio, etc.) contiene. Los isótopos de radio inestables no solo son emisores importantes de radiactividad, sino que, como etapa siguiente en la cadena de desintegración, también generan radón., un gas radiactivo pesado, inerte y de origen natural. El radón en sí mismo es un gas noble radiactivo, pero el problema principal es que es un medio de transporte desde el lecho rocoso a la atmósfera (o dentro de los edificios) para sus productos de desintegración de corta duración (Pb-210 y Po-210), que poseen mucha más salud. riesgos.

Radiación de uranio y sus productos de desintegración

La  cascada de uranio  influye significativamente en la radiactividad ( desintegraciones por segundo ) de muestras naturales y materiales naturales. Todos los descendientes están presentes, al menos transitoriamente, en cualquier muestra natural que contenga uranio, ya sea de metal, compuesto o mineral. Por ejemplo, el uranio-238 puro es débilmente radiactivo (proporcional a su larga vida media), pero un mineral de uranio es aproximadamente 13 veces más radiactivo que el metal puro de uranio-238 debido a sus isótopos hijos (por ejemplo, radón, radio, etc.) contiene. Los isótopos de radio inestables no solo son emisores importantes de radiactividad, sino que, como etapa siguiente en la cadena de desintegración, también generan radón, un gas radiactivo pesado, inerte y de origen natural.

Radiación del torio y sus productos de desintegración

La cascada de torio  influye significativamente en la  radiactividad ( desintegraciones por segundo ) de muestras naturales y materiales naturales. Todos los descendientes están presentes, al menos transitoriamente, en cualquier muestra natural que contenga torio, ya sea de metal, compuesto o mineral. Por ejemplo, el torio-232 puro   es débilmente radiactivo (proporcional a su vida media prolongada), pero un mineral de torio es aproximadamente 10 veces más radiactivo que el metal torio-232 puro debido a sus isótopos hijos (por ejemplo, radón, radio, etc.) contiene. Los isótopos de radio inestables no solo son emisores importantes de radiactividad, sino que, como etapa siguiente en la cadena de desintegración, también generan radón, un gas radiactivo pesado, inerte y de origen natural.

Núcleo de tierra líquida

Los tres isótopos naturales  del uranio ( ²³⁸ U,  ²³⁵ U y  ²³⁴ U) y el isótopo natural del  torio tienen  una vida media muy larga  (por ejemplo, 4,47 × 10 ⁹  años para  ²³⁸ U). Debido a esta vida media muy larga, el uranio y el torio son  débilmente radiactivos  y contribuyen a niveles bajos de radiación natural de fondo en el medio ambiente. Estos isótopos son radioactivos alfa (emiten  partículas alfa ), pero rara vez pueden sufrir una fisión espontánea .

Todos los isótopos de origen natural pertenecen a  nucleidos primordiales , porque su vida media es comparable a la edad de la Tierra (~ 4,54 × 10 ⁹  años). El uranio tiene la segunda masa atómica más alta de estos nucleidos primordiales, más ligero que el  plutonio . Además, el calor de desintegración del uranio y el torio y sus productos de desintegración (por ejemplo, radón, radio, etc.) contribuye al calentamiento del núcleo de la Tierra. Junto con el potasio-40 en el manto de la Tierra, se cree que estos elementos son la principal fuente de calor que mantiene líquido el núcleo de la Tierra.

Radiación terrestre: ¿es peligrosa?

Debemos enfatizar, comer plátanos, trabajar como tripulación de vuelo de una aerolínea o vivir en lugares con, aumenta su tasa de dosis anual. Pero no significa que deba ser peligroso. En cada caso, la intensidad de la radiación también importa. Es muy similar al calor de un fuego (radiación menos energética). Si está demasiado cerca, la intensidad de la radiación de calor es alta y puede quemarse. Si estás a la distancia adecuada podrás aguantar allí sin problemas y además es cómodo. Si está demasiado lejos de la fuente de calor, la insuficiencia de calor también puede dañarlo. Esta analogía, en cierto sentido, se puede aplicar a la radiación también de fuentes de radiación.

En el caso de las radiaciones terrestres  , hablamos habitualmente de las llamadas “dosis bajas” . Dosis baja aquí significa pequeñas dosis adicionales comparables a la radiación de fondo normal ( 10 µSv = dosis diaria promedio recibida del fondo natural). Las dosis son muy bajas y, por tanto, la probabilidad de inducción de cáncer podría ser casi insignificante. En segundo lugar, y esto es fundamental, aún debe descubrirse la verdad sobre los efectos en la salud de las radiaciones de dosis baja. No se sabe exactamente si estas bajas dosis de radiación son perjudiciales o beneficiosas (y dónde está el umbral). Los organismos gubernamentales y reguladores asumen un modelo LNT en lugar de un umbral u hormesisno porque sea científicamente más convincente, sino porque es la estimación más conservadora . El problema de este modelo es que ignora una serie de procesos biológicos de defensa que pueden ser cruciales en dosis bajas . La investigación durante las últimas dos décadas es muy interesante y muestra que pequeñas dosis de radiación administradas a una tasa de dosis baja estimulan los mecanismos de defensa . Por lo tanto, el modelo LNT no se acepta universalmente y algunos proponen una relación adaptativa dosis-respuesta en la que las dosis bajas son protectoras y las dosis altas son perjudiciales. Muchos estudios han contradicho el modelo LNT y muchos de ellos han mostrado una respuesta adaptativa a dosis bajas de radiación que resultan en mutaciones y cánceres reducidos. Este fenómeno se conoce comoHormesis por radiación .

Ver también:

Fuentes

La radiación nos rodea . En, alrededor y por encima del mundo en el que vivimos. Es una fuerza de energía natural que nos rodea. Es una parte de nuestro mundo natural que ha estado aquí desde el nacimiento de nuestro planeta. Todas las criaturas vivientes, desde el principio de los tiempos, han estado y siguen estando expuestas a  radiaciones ionizantes . 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. Pero, en general, hay dos categorías amplias de fuentes de  radiación :

• Radiación de fondo natural . La radiación de fondo natural incluye la radiación producida por el Sol, relámpagos, radioisótopos primordiales o explosiones de supernovas, etc.
• Fuentes de radiación creadas por el hombre . Las fuentes artificiales incluyen los usos médicos de la radiación, los residuos de las pruebas nucleares, los usos industriales de la radiación, etc.

Referencia especial: Fuentes y efectos de las radiaciones ionizantes, Anexo B. UNSCEAR. Nueva York, 2010. ISBN: 978-92-1-142274-0.

Fuentes de radiación artificiales

Dado que la radiación ionizante tiene muchos usos industriales y médicos, las personas también pueden estar expuestas a fuentes de radiación creadas por el hombre. Las fuentes artificiales incluyen los usos médicos de la radiación, los residuos de las pruebas nucleares, los usos industriales de la radiación, la televisión y muchos otros dispositivos que producen radiación. Por ejemplo, en algún tipo de detectores de humo, puede encontrar radionucleidos artificiales como el americio-241. Este radionúclido artificial se utiliza para ionizar el aire y detectar humo.

Debe tenerse en cuenta que la mayoría de estas exposiciones son de muy baja intensidad y la dosis total no presenta mayores efectos sobre la salud. En cada caso, la utilidad de la radiación ionizante debe equilibrarse con sus peligros. Hoy en día se encontró un compromiso y la mayoría de los usos de la radiación están optimizados. Hoy en día es casi increíble que, en algún momento, se utilizaran rayos X para encontrar el par de zapatos adecuado (es decir, fluoroscopia para calzar zapatos). Las mediciones realizadas en los últimos años indican que las dosis en los pies estuvieron en el rango de 0.07 – 0.14 Gy para una exposición de 20 segundos. Esta práctica se detuvo cuando se comprendieron mejor los riesgos de las radiaciones ionizantes.

Hay dos grupos distintos expuestos a fuentes de radiación creadas por el hombre. El Comité Científico de las Naciones Unidas sobre los Efectos de las Radiaciones Atómicas (UNSCEAR) desglosó los tipos de exposición humana como:

• exposición pública , que es la exposición de miembros individuales del público y de la población en general
• Exposición ocupacional a la radiación , que es la exposición de los trabajadores en situaciones en las que su exposición está directamente relacionada con o es requerida por su trabajo.

Expuesto al público

En general, las siguientes fuentes artificiales exponen al público a la radiación:

• Exposiciones médicas (con mucho, la fuente más importante provocada por el hombre)
  • Radiografías de diagnóstico
  • Procedimientos de medicina nuclear (yodo-131, cesio-137, tecnecio-99m, etc.)
• Productos de consumo
  • Materiales de construcción de edificios y carreteras
  • Fumar cigarrillos (polonio 210)
  • Combustibles combustibles, incluidos gas y carbón
  • Sistemas de seguridad por rayos X
  • Televisores
  • Detectores de humo (americio)
  • Mantos de linterna (torio)

En menor grado, el público también está expuesto a la radiación del ciclo del combustible nuclear, desde la extracción y molienda del uranio hasta la eliminación del combustible usado (gastado). Cabe destacar que el público también está expuesto a la radiación de las llamadas » fuentes mejoradas de material radiactivo natural «. Esto significa que también industrias como la minería de metales , la minería del carbón y la producción de energía a partir del carbón crean exposiciones adicionales debido a la densificación de radionucleidos naturales. El público recibe una exposición mínima por el transporte de materiales radiactivos y las consecuencias de las pruebas de armas nucleares y los accidentes de reactores (como Chernobyl).

Por esa razón, la mayoría de los organismos reguladores requieren limitar la exposición máxima a la radiación para miembros individuales del público a 100 mrem (1 mSv) por año.

Exposición ocupacional

Como se escribió, la exposición ocupacional es la exposición de los trabajadores en situaciones en las que su exposición está directamente relacionada con o es requerida por su trabajo. Según la ICRP, la exposición ocupacional se refiere a toda la exposición en la que incurren los trabajadores en el curso de su trabajo, con la excepción de

1. Exposiciones excluidas y exposiciones de actividades exentas que involucren radiación o fuentes exentas.
2. cualquier exposición médica
3. la radiación de fondo natural local normal.

En general, las personas expuestas ocupacionalmente trabajan en las siguientes áreas:

• Instalaciones del ciclo del combustible
• Radiografía industrial
• Departamentos de radiología (médico)
• Departamentos de medicina nuclear
• Departamentos de oncología radioterápica
• Plantas de energía nuclear
• Laboratorios de investigación gubernamentales y universitarios

Estas personas están expuestas a distintos tipos y cantidades de radiación, según sus trabajos específicos y las fuentes con las que trabajan. Por esa razón, la mayoría de los organismos reguladores requieren limitar la exposición ocupacional de los adultos que trabajan con material radiactivo a 5000 mrem (50 mSv) por año. Con ese fin, los empleadores monitorean cuidadosamente la exposición de estas personas utilizando instrumentos llamados dosímetros que se colocan en una posición del cuerpo representativa de su exposición. En la mayoría de las situaciones de exposición ocupacional, la dosis efectiva, E, puede derivarse de las cantidades operacionales utilizando la siguiente fórmula:

La dosis comprometida es una cantidad de dosis que mide el riesgo estocástico para la salud debido a la ingesta de material radiactivo en el cuerpo humano.

Ver también: Monitoreo de dosis

Exposiciones médicas: dosis de fuentes de radiación médica

La radiación se usa en una variedad de exámenes y tratamientos médicos. Las dosis de fuentes de radiación médica se determinan naturalmente, ya sea que una persona se haya sometido a un tratamiento o no. En general, la exposición a la radiación de los exámenes de diagnóstico médico es baja (especialmente en los usos de diagnóstico). Las dosis también pueden ser altas (solo para usos terapéuticos), pero en cada caso, siempre deben estar justificadas por los beneficios de un diagnóstico preciso de las posibles enfermedades o por los beneficios de un tratamiento preciso. Estas dosis incluyen contribuciones de radiología de diagnóstico médico y dental (radiografías de diagnóstico), medicina nuclear clínica y radioterapia.

El uso médico de la radiación ionizante sigue siendo un campo que cambia rápidamente. En cualquier caso, la utilidad de las radiaciones ionizantes debe equilibrarse con sus peligros. Hoy en día se encontró un compromiso y la mayoría de los usos de la radiación están optimizados. Hoy en día es casi increíble que, en algún momento, se utilizaran rayos X para encontrar el par de zapatos adecuado (es decir, fluoroscopia para calzar zapatos). Las mediciones realizadas en los últimos años indican que las dosis en los pies estuvieron en el rango de 0.07 – 0.14 Gy para una exposición de 20 segundos. Esta práctica se detuvo cuando se comprendieron mejor los riesgos de las radiaciones ionizantes.

En los siguientes puntos tratamos de expresar enormes rangos de exposición a la radiación, así como algunas dosis de fuentes médicas.

• 1 µSv – Comer un plátano
• 1 µSv – Radiografía de extremidades (mano, pie, etc.)
• 5 µSv – Radiografía dental
• 10 µSv : dosis diaria promedio recibida de fondo natural
• 40 µSv – Un vuelo en avión de 5 horas
• 100 µSv – Radiografía de tórax
• 600 µSv – mamografía
• 1000 µSv – Límite de dosis para miembros individuales del público, dosis efectiva total por año
• 3650 µSv – Dosis anual media recibida de fondo natural
• 5800 µSv – Tomografía computarizada de tórax
• 10000 µSv – Dosis anual media recibida de origen natural en Ramsar, Irán
• 20000 µSv : tomografía computarizada de cuerpo completo
• 80 000 µSv – La dosis local anual en puntos localizados en las bifurcaciones de los bronquios segmentarios en los pulmones causados ​​por fumar cigarrillos (1,5 paquetes / día).
• 175 000 µSv – Dosis anual de radiación natural en una playa de monacita cerca de Guarapari, Brasil.
• 5 000 000 µSv : dosis que mata a un ser humano con un riesgo del 50% en 30 días (LD50 / 30), si la dosis se recibe durante un período muy breve .

Como puede verse, las dosis bajas son habituales en la vida diaria.

Tabaco – Fumar cigarrillos – Dosis de radiación

Además de los carcinógenos químicos no radiactivos, el tabaco y el humo del tabaco contienen pequeñas cantidades de plomo 210 y polonio 210, ambos carcinógenos radiactivos. Cabe destacar que los cigarrillos y el tabaco contienen también polonio-210, procedente de los productos de descomposición del radón, que se adhieren a las hojas de tabaco. El polonio-210 emite una partícula alfa de 5,3 MeV, que proporciona la mayor parte de la dosis equivalente. Debido a la descomposición del polonio 210, la dosis local anual en puntos localizados en las bifurcaciones de los bronquios segmentarios en los pulmones causados ​​por fumar cigarrillos (1,5 paquetes / día) es de aproximadamente 80 mSv / año. El tabaquismo intenso da como resultado una dosis de 160 mSv / año. Esta dosis no es fácilmente comparable a los límites de protección radiológica., ya que estos últimos tratan con dosis para todo el cuerpo, mientras que la dosis del tabaquismo se administra a una porción muy pequeña del cuerpo. Muchos investigadores creen que las dosis de polonio 210 son el origen de la alta incidencia de cáncer de pulmón entre los fumadores.

Recordemos, el plomo-210 y el polonio-210 son núcleos hijos del radón-222. El radón-222 es un gas producido por la desintegración del radio-226. Ambos son parte de la serie del uranio natural . Dado que el uranio se encuentra en el suelo en todo el mundo en concentraciones variables, también la dosis de radón gaseoso varía en todo el mundo. El radón-222 es el isótopo de radón más importante y estable. Tiene una vida media de solo 3.8 días , lo que hace que el radón sea uno de los elementos más raros ya que se descompone tan rápidamente. 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 el suelo. El hecho de que el radón es gasjuega un papel crucial en la expansión de todos sus núcleos hijos. A medida que el radón-222 se descompone en plomo-210, el plomo-210 se puede adherir al polvo de las partículas de humedad y se puede adherir a las hojas de tabaco. Cuando estas partículas se concentran al fumar y se inhalan en forma de humo, el cuerpo retiene una parte del plomo 210. Dado que el plomo-210 es un emisor beta débil, no causa grandes dosis, pero el polonio-210 sí.

Ver también: Radón – Efectos sobre la salud

El polonio 210 , el producto de desintegración del plomo 210, emite una partícula alfa de 5,3 MeV , que proporciona la mayor parte de la dosis equivalente . Las partículas alfa , que pertenecen a la radiación de alta LET , son bastante masivas y tienen una doble carga positiva, por lo que tienden a viajar solo una distancia corta y no penetran mucho en el tejido, si es que penetran. Sin embargo, las partículas alfa depositarán su energía en un volumen más pequeño (posiblemente solo unas pocas células si entran en un cuerpo) y causarán más daño a esas pocas células (más del 80% de la energía absorbida del radón se debe a las partículas alfa). Por lo tanto, el factor de ponderación de la radiación para la radiación alfa es igual a 20 . UnLa dosis absorbida de 1 mGy por partículas alfa dará lugar a una dosis equivalente de 20 mSv.

Referencia especial: Fuentes y efectos de las radiaciones ionizantes, Anexo B. UNSCEAR. Nueva York, 2010. ISBN: 978-92-1-142274-0.

Secuelas nucleares: dosis de radiación

En general, la lluvia radiactiva es el material radiactivo residual de una explosión nuclear que “cae” del cielo después de una explosión atmosférica.  Fallout también puede referirse a accidentes de reactores nucleares, aunque un reactor nuclear no explota como un arma nuclear. La firma isotópica de la lluvia radiactiva de una explosión nuclear es muy diferente de la de un accidente grave en un reactor de potencia.

En el caso de dosis de radiación por lluvia radiactiva, consideramos el material radiactivo residual de ensayos nucleares (no de accidentes de reactores) que se realizaron particularmente en los dos períodos de 1954 a 1958 y de 1961 a 1962. Según UNSCEAR, alrededor de 502 ensayos atmosféricos , con un rendimiento total de fisión y fusión de 440 Mt.

Referencia especial: Fuentes y efectos de las radiaciones ionizantes, Anexo B. UNSCEAR. Nueva York, 2010. ISBN: 978-92-1-142274-0.

Las consecuencias de una prueba nuclear consisten en fragmentos de fisión y productos de activación de neutrones. Cuando se produce una explosión en el suelo o en la atmósfera cercana al suelo, también se forman grandes cantidades de productos de activación a partir de materiales de la superficie. La lluvia es particularmente significativa en las cercanías del sitio de prueba, ya que las partículas más grandes y la mayoría de los escombros aterrizan en el suelo ( lluvia local ). Pero las partículas más pequeñas pueden permanecer en el aire en la atmósfera superior durante años. Por lo tanto, estas partículas se pueden distribuir de manera casi uniforme en todo el mundo y contribuir a la llamada lluvia radiactiva global . Las dosis equivalentes de la lluvia radiactiva global se redujeron de aproximadamente 130 μSv / año en 1963 a aproximadamente10 μSv / año en los últimos años.

Exposiciones a la radiación por generación de electricidad

En este capítulo, nos gustaría discutir un hecho muy interesante. Es bien sabido que el uso cada vez mayor de la energía nuclear y la generación de electricidad mediante reactores nucleares dará lugar a una pequeña pero creciente dosis de radiación para el público en general. Pero no se sabe en general, la generación de energía a partir del carbón también crea exposiciones adicionales y, lo que es más interesante, si bien los niveles de exposición son muy bajos, el ciclo del carbón aporta más de la mitad de la dosis total de radiación a la población mundial a partir de la generación de electricidad. El ciclo del combustible nuclear  contribuye con menos de una quinta parte de esto. La dosis colectiva, que se definen como la suma de todas las dosis efectivas individuales en un grupo de personas durante el período de tiempo o durante la operación que se está considerando debido a la radiación ionizante, es:

• 670-1400 hombre Sv para el ciclo del carbón, dependiendo de la antigüedad de la central eléctrica,
• 130 hombre Sv para el ciclo del combustible nuclear,
• 5-160 hombre Sv para energía geotérmica,
• 55 hombre Sv para gas natural
• 0,03 hombre Sv para aceite

Sí, estos resultados deben verse desde la perspectiva de la participación de cada tecnología en la producción mundial de electricidad. Dado que el 40% de la energía mundial fue producida por el ciclo del carbón en 2010 y el 13% por energía nuclear, la dosis colectiva normalizada será aproximadamente la misma:

• 0,7 – 1,4 hombre Sv / GW.a (hombre sievert por gigavatio año) para el ciclo del carbón
• 0,43 hombre Sv / GW.a (hombre sievert por gigavatio año) para el ciclo del combustible nuclear

Referencia especial: Fuentes y efectos de la radiación ionizante, UNSCEAR 2016 – Anexo B. Nueva York, 2017. ISBN: 978-92-1-142316-7.

Las dosis anteriores están relacionadas con la exposición del público. Si consideramos la exposición ocupacional, con respecto a la extracción de metales de tierras raras necesarios para la construcción, la mayor dosis colectiva a los trabajadores por unidad de electricidad generada evaluada por el UNSCEAR provino de la energía solar , seguida de la energía eólica . Para la energía solar, la dosis colectiva ocupacional normalizada a la energía es un factor cuarenta y ochenta más grande que para el ciclo del combustible nuclear y el ciclo del carbón, respectivamente.

Tenga en cuenta que la dosis efectiva colectiva se utiliza a menudo para estimar los efectos totales sobre la salud, pero de acuerdo con la CIPR, esto debe evitarse (ver más: Dosis colectiva ).

Protección de radiación:

1. Knoll, Glenn F., Detección y medición de radiación, cuarta edición, Wiley, 8/2010. ISBN-13: 978-0470131480.
2. Stabin, Michael G., Protección radiológica y dosimetría: Introducción a la física de la salud, Springer, 10/2010. ISBN-13: 978-1441923912.
3. Martin, James E., Física para la protección radiológica, tercera edición, Wiley-VCH, 4/2013. ISBN-13: 978-3527411764.
4. USNRC, CONCEPTOS DE REACTORES NUCLEARES
5. Departamento de Energía, Física Nuclear y Teoría de Reactores de EE. UU. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.

Física nuclear y de reactores:

1. JR Lamarsh, Introducción a la teoría de los reactores nucleares, 2ª ed., Addison-Wesley, Reading, MA (1983).
2. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
3. WM Stacey, Física de reactores nucleares, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1.
4. Glasstone, Sesonske. Ingeniería de Reactores Nucleares: Ingeniería de Sistemas de Reactores, Springer; 4a edición, 1994, ISBN: 978-0412985317
5. WSC Williams. Física nuclear y de partículas. Prensa de Clarendon; 1 edición, 1991, ISBN: 978-0198520467
6. GRKeepin. Física de la cinética nuclear. Addison-Wesley Pub. Co; 1a edición, 1965
7. Robert Reed Burn, Introducción a la operación de reactores nucleares, 1988.
8. Departamento de Energía, Física Nuclear y Teoría de Reactores de EE. UU. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
9. Paul Reuss, Física de neutrones. EDP ​​Sciences, 2008. ISBN: 978-2759800414.

Ver también:

Fuentes de radiación

La radiación nos rodea . En, alrededor y por encima del mundo en el que vivimos. Es una fuerza de energía natural que nos rodea. Es una parte de nuestro mundo natural que ha estado aquí desde el nacimiento de nuestro planeta. Todas las criaturas vivientes, desde el principio de los tiempos, han estado y siguen estando expuestas a radiaciones ionizantes . 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.

Radiación de fondo natural

La radiación de fondo natural es una radiación ionizante que se origina a partir de una variedad de fuentes naturales. Todas las criaturas vivientes, desde el principio de los tiempos, han estado y siguen estando expuestas a radiaciones ionizantes . Esta radiación no está asociada con ninguna actividad humana. Hay isótopos radiactivos en nuestros cuerpos, casas, aire, agua y en el suelo. Todos también estamos expuestos a la radiación del espacio exterior.

Fuentes de radiación de fondo natural

Dividimos todas estas fuentes de radiación natural en tres grupos:

• Radiación cósmica
• Radiación terrestre
• Radiación interna

Radiación cósmica

La radiación cósmica se refiere a fuentes de radiación en forma de rayos cósmicos que provienen del sol o del espacio exterior. A nivel del suelo, los  muones , con energías en su mayoría entre 1 y 20 GeV, contribuyen alrededor del 75% de la tasa de dosis absorbida en el aire libre. El resto proviene de electrones producidos por los muones o presentes en la cascada electromagnética. La dosis anual de rayos cósmicos   al nivel del mar es de alrededor de  0,27 mSv  (27 mrem). Si vive en elevaciones más altas o es un pasajero frecuente de una aerolínea, esta exposición puede ser significativamente mayor, ya que la atmósfera es más delgada aquí. Los efectos del  campo magnético terrestre  también determinan la dosis de  radiación cósmica .

La radiación cósmica se puede dividir en diferentes tipos según su origen. Hay tres fuentes principales de dicha radiación:

• Radiación solar cósmica . La radiación cósmica solar se refiere a fuentes de radiación en forma de partículas de alta energía (predominantemente protones) emitidas por el sol, principalmente en eventos de partículas solares (SPEs).
• Radiación Cósmica Galáctica . La radiación cósmica galáctica, GCR, se refiere a fuentes de radiación en forma de partículas de alta energía que se originan fuera del sistema solar, pero generalmente dentro de nuestra galaxia, la Vía Láctea.
• Radiación de los cinturones de radiación de la Tierra (cinturones de van Allen ). Los cinturones de radiación de Van Allen son  zonas de partículas de alta energía (especialmente protones) atrapadas por el campo magnético terrestre.

Fondo natural en avión – Radiación en vuelo

La exposición a  la radiación cósmica  aumenta rápidamente con la altitud. En vuelo hay dos fuentes principales de radiación natural a considerar:  Rayos Cósmicos Galácticos  que siempre están presentes, y Eventos de Protones Solares, a veces llamados eventos de Rayos Cósmicos Solares (SCR), que ocurren esporádicamente. La tasa de dosis de la radiación cósmica varía en diferentes partes del mundo y depende en gran medida del campo geomagnético, la altitud y el ciclo solar. El campo de radiación en las altitudes de los aviones está formado por neutrones, protones y piones. En vuelo, los  neutrones aportan entre el 40 y el 80%  de la  dosis equivalente., dependiendo del campo geomagnético, la altitud y el ciclo solar. La tasa de dosis de radiación cósmica en los aviones es tan alta (pero no peligrosa) que, según el Informe UNSCEAR 2000 de las Naciones Unidas, 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.

La tasa de dosis a nivel del suelo es en promedio de aproximadamente 0,10 μSv / h, pero a la altitud máxima de vuelo (8,8 km o 29 000 pies) puede alcanzar unos  2,0 μSv / h  (o incluso valores más altos).  Puede utilizarse una tasa de dosis de  4 μSv / h para representar la tasa de dosis promedio para todos los vuelos de larga distancia (debido a altitudes más elevadas). Debe agregarse, para aviones supersónicos como el Concorde, que podrían realizar un vuelo transatlántico en 3.5 horas, la tasa de exposición (alrededor de  9 μSv / h ) a su altitud de 18 km se incrementó lo suficiente como para resultar en la misma exposición a rayos cósmicos por cruce como para los jets convencionales que avanzan lentamente a unos 8 km.

El campo magnético de la Tierra como escudo de radiación

El campo magnético de la Tierra  proporciona un escudo de radiación vital de radiación cósmica. Además de una atmósfera protectora, también tenemos la suerte de que la Tierra tenga un campo magnético. El campo magnético se extiende varias decenas de miles de kilómetros en el espacio, protegiendo a la Tierra de las partículas cargadas del viento solar y los rayos cósmicos que de otro modo despojarían la atmósfera superior, incluida la capa de ozono que protege a la Tierra de la dañina radiación ultravioleta. Nos protege de los efectos completos del viento solar y GCR. Sin esta protección, la biosfera de la Tierra podría no existir como lo hace hoy, o al menos estaría limitada al subsuelo. El campo magnético de la Tierra proporciona también un escudo de radiación para los astronautas y la propia ISS, porque se encuentra en una órbita terrestre baja.

Los cálculos de la pérdida de dióxido de carbono de la atmósfera de Marte, resultante de la captación de iones por el viento solar, indican que la disipación del campo magnético de Marte provocó una pérdida casi total de su atmósfera.

Radiación terrestre

La radiación terrestre se refiere a las fuentes de radiación que se encuentran en el suelo, el agua y la vegetación. Los principales isótopos de interés para la radiación terrestre son el uranio y los productos de desintegración del uranio, como el torio, el radio y el radón. La tasa de dosis promedio que se origina a partir de nucleidos terrestres (excepto la exposición al radón) es de aproximadamente  0,057 µGy / h. Los valores máximos se han medido en arena de monacita en Guarapari, Brasil (hasta 50 µGy / hr y en Kerala, India (aproximadamente 2 µGy / hr), y en rocas con una alta concentración de radio en Ramsar, Irán (de 1 a 10 µGy / hr).

La dosis de radiación anual promedio que recibe una persona de radón es de aproximadamente  2 mSv / año  y puede variar en muchos órdenes de magnitud de un lugar a otro. El radón es tan importante que generalmente se trata por separado. El radón  es un gas noble incoloro, inodoro e insípido  que se filtra continuamente desde el lecho de roca, pero que, debido a su alta densidad, puede acumularse en casas mal ventiladas. El hecho de que el  radón sea gas  juega un papel crucial en la propagación de todos sus núcleos hijos. Simplemente el radón es un medio de transporte desde la roca madre a la atmósfera (o dentro de los edificios) para sus productos de descomposición de corta duración ( Pb-210  y  Po-210 ), que presentan muchos más riesgos para la salud.

Radiación interna

Además de las fuentes cósmicas y terrestres, todas las personas también tienen potasio-40 radiactivo, carbono-14, plomo-210 y otros isótopos dentro de sus cuerpos desde el nacimiento.

Estos isótopos son especialmente  potasio-40 , carbono-14 y también los isótopos de uranio y torio. La variación en la dosis de radiación de una persona a otra no es tan grande como la variación en la dosis de fuentes cósmicas y terrestres. La dosis media anual de radiación que recibe una persona de materiales radiactivos internos distintos del radón es de aproximadamente  0,3 mSv / año,  de los cuales:

• 0,2 mSv / año proviene del potasio-40,
• 0,12 mSv / año proviene de la serie de uranio y torio,
• 12 μSv / año provienen del carbono-40.

Radiación de fondo y peligro para la salud

No puedes pasar por la vida sin radiación. El peligro de la radiación ionizante radica en el hecho de que la radiación es invisible y no detectable directamente por los sentidos humanos. Las personas no pueden ver ni sentir la radiación, pero deposita energía en las moléculas del cuerpo.

Pero no se preocupe , las dosis de la radiación de fondo suelen ser  muy pequeñas (excepto la exposición al radón). Dosis baja aquí significa pequeñas dosis adicionales comparables a la radiación de fondo normal   ( 10 µSv  = dosis diaria promedio recibida del fondo natural). El problema es que, a dosis muy bajas, es prácticamente imposible correlacionar cualquier irradiación con ciertos efectos biológicos. Esto se debe a que la tasa de cáncer inicial ya es muy alta y el riesgo de desarrollar cáncer fluctúa en un 40% debido al estilo de vida individual y los efectos ambientales, oscureciendo los efectos sutiles de la radiación de bajo nivel.

En segundo lugar, y esto es fundamental, aún debe descubrirse la verdad sobre los efectos en la salud de las radiaciones de dosis baja. No se sabe exactamente si estas bajas dosis de radiación son perjudiciales o beneficiosas (y dónde está el umbral). Los organismos gubernamentales y reguladores asumen un modelo LNT en lugar de un umbral u hormesis no porque sea el más científicamente convincente, sino porque es la estimación más conservadora . El problema de este modelo es que ignora una serie de procesos biológicos de  defensa  que pueden ser cruciales  en dosis bajas . La investigación durante las dos últimas décadas es muy interesante y muestra que pequeñas dosis de radiación administradas a una tasa de dosis baja  estimulan los mecanismos de defensa.. Por lo tanto, el modelo LNT no se acepta universalmente y algunos proponen una relación adaptativa dosis-respuesta en la que las dosis bajas son protectoras y las dosis altas son perjudiciales. Muchos estudios han contradicho el modelo LNT y muchos de ellos han mostrado una respuesta adaptativa a dosis bajas de radiación que resultan en mutaciones y cánceres reducidos. Este fenómeno se conoce como  hormesis por radiación .

De acuerdo con la hipótesis de la hormesis de radiación , la exposición a la radiación comparable y justo por encima del nivel de radiación de fondo natural no es dañina sino beneficiosa, aunque se acepta que niveles mucho más altos de radiación son peligrosos. Los argumentos a favor de la hormesis se centran en algunos estudios epidemiológicos a gran escala y la evidencia de experimentos de irradiación con animales, pero sobre todo en los avances recientes en el conocimiento de la respuesta adaptativa. Los defensores de la hormesis por radiación suelen afirmar que las respuestas radioprotectoras en las células y el sistema inmunológico no solo contrarrestan los efectos nocivos de la radiación, sino que además actúan para inhibir el cáncer espontáneo no relacionado con la exposición a la radiación.

Ver también: Modelo LNT

Ver también:

Fuentes de radiación

Carbono-14

El único radionúclido cosmogénico que hace una contribución significativa a la exposición interna del ser humano es el carbono 14. El carbono 14 radiactivo tiene una vida media de 5730 años y sufre desintegración β− , donde el neutrón se convierte en un protón , un electrón y un antineutrino electrónico :

A pesar de esta corta vida media en comparación con la edad de la tierra, el carbono 14 es un isótopo natural. Su presencia puede explicarse mediante la siguiente simple observación. Nuestra atmósfera contiene muchos gases, incluido el nitrógeno 14. Además, la atmósfera es bombardeada constantemente con rayos cósmicos de alta energía , que consisten en protones, núcleos más pesados ​​o rayos gamma. Estos rayos cósmicos interactúan con los núcleos de la atmósfera y producen también neutrones de alta energía . Estos neutrones producidos en estas colisiones pueden ser absorbidos por nitrógeno-14 para producir un isótopo de carbono-14:

El carbono 14 también se puede producir en la atmósfera mediante otras reacciones de neutrones, que incluyen en particular 13C (n, γ) 14C y 17O (n, α) 14C. Como resultado, el carbono 14 se forma continuamente en la atmósfera superior por la interacción de los rayos cósmicos con el nitrógeno atmosférico. En promedio, solo uno de cada 1.3 x 10 ¹² átomos de carbono en la atmósfera es un átomo de carbono 14 radiactivo. Como resultado, todas las sustancias biológicas vivas contienen la misma cantidad de C-14 por gramo de carbono, es decir, 0,3 Bq de actividad de carbono-14 por gramo de carbono. El carbono 14 está presente en el cuerpo humano (13 kg de carbono en 70 kg de ser humano) a un nivel de aproximadamente 3700 Bq (0,1 μCi) con una vida media biológica de 40 días. Tenga en cuenta que, la vida media biológicaes el tiempo que tarda la cantidad de un elemento en particular en el cuerpo en disminuir a la mitad de su valor inicial debido a la eliminación por procesos biológicos solamente. Sin embargo, un átomo de carbono está en la información genética de aproximadamente la mitad de las células, mientras que el potasio no es un componente del ADN. La desintegración de un átomo de carbono 14 dentro del ADN de una persona ocurre unas 50 veces por segundo, cambiando un átomo de carbono a uno de nitrógeno.

Se estima que la dosis anual de carbono 14 es de unos 12 μSv / año .

Mientras el sistema biológico esté vivo, el nivel es constante debido a la ingesta constante de todos los isótopos de carbono. Cuando el sistema biológico muere, deja de intercambiar carbono con su entorno y, a partir de ese momento, la cantidad de carbono 14 que contiene comienza a disminuir a medida que el carbono 14 sufre desintegración radiactiva.

Ver también: Datación por carbono-14

Ver también:

Radionucleidos cosmogénicos

¿Qué es la ionización?

La ionización es el proceso por el cual un átomo o una molécula gana o pierde electrones para formar un ión cargado. La ionización puede resultar de la pérdida de un electrón después de colisiones con partículas subatómicas energéticas, colisiones con otros átomos, moléculas e iones, o mediante la interacción con radiación electromagnética. En general, la radiación ionizante es cualquier radiación (partículas u ondas electromagnéticas) que transporta suficiente energía para golpear los electrones de los átomos o moléculas, ionizándolos así. Para la radiación ionizante, la energía cinética de las partículas ( fotones, electrones, etc. ) es suficiente y la partícula puede ionizar (para formar iones perdiendo electrones) átomos objetivo para formar iones.

El límite entre la radiación ionizante y no ionizante no está claramente definido, ya que diferentes moléculas y átomos se ionizan a diferentes energías. Los rayos gamma , los rayos X y la parte ultravioleta superior del espectro son ionizantes, mientras que el ultravioleta inferior, la luz visible (incluida la luz láser), el infrarrojo, las microondas y las ondas de radio se consideran radiación no ionizante.

Energía de ionización

La energía de ionización , también llamada  potencial de ionización , es la energía necesaria para  eliminar un electrón  del átomo neutro.

X + energía → X ⁺  + e ^–

donde X es cualquier átomo o molécula capaz de ionizarse, X ⁺  es ese átomo o molécula con un electrón eliminado (ion positivo) y e ^–  es el electrón eliminado.

Un átomo de nitrógeno, por ejemplo, requiere la siguiente energía de ionización para eliminar el electrón más externo.

N + IE → N ⁺  + e ^–         IE = 14,5 eV

La energía de ionización asociada con la eliminación del primer electrón es la más utilizada. El  n energía º ionización se refiere a la cantidad de energía requerida para quitar un electrón de la especie con una carga de ( n -1).

1a energía de ionización

X → X ⁺  + e ^–

2da energía de ionización

X ⁺  → X ²⁺  + e ^–

3a energía de ionización

X ²⁺  → X ³⁺  + e ^–

Energía de ionización para diferentes elementos

Hay una energía de ionización por cada electrón sucesivo eliminado. Los electrones que rodean el núcleo se mueven en órbitas bastante bien definidas. Algunos de estos electrones están más unidos al átomo que otros. Por ejemplo, solo se requieren 7,38 eV para eliminar el electrón más externo de un átomo de plomo, mientras que se requieren 88,000 eV para eliminar el electrón más interno. Ayuda a comprender la reactividad de los elementos (especialmente los metales, que pierden electrones).

En general, la energía de ionización aumenta moviéndose hacia arriba en un grupo y moviéndose de izquierda a derecha a lo largo de un período. Es más:

• La energía de ionización  es más baja para los metales alcalinos que tienen un solo electrón fuera de una capa cerrada.
• La energía de ionización  aumenta a lo largo de una fila en el máximo periódico de los gases nobles que tienen capas cerradas.

Por ejemplo, el sodio requiere solo 496 kJ / mol o 5,14 eV / átomo para ionizarlo. Por otro lado, el neón, el gas noble, que lo precede inmediatamente en la tabla periódica, requiere 2081 kJ / mol o 21,56 eV / átomo.

Ver también:

Detección de radiación