Por Walter Rangel Urrea,

director de Servicios Tecnológicos, ININ

En primer término, es conveniente marcar la

diferencia entre radiación e irradiación. Sin

recurrir a tecnicismos, la radiación puede

definirse como una forma de manifestación

de la energía que se transmite a través del

espacio en forma de partículas u ondas

electromagnéticas (como la luz, el calor, las

microondas, los rayos X y los rayos gamma).

Cuando la radiación tiene la energía suficiente

para provocar cambios en los átomos de la

materia con que interacciona, se llama

radiación ionizante. En particular, la radiación

gamma es de naturaleza similar a la luz

visible o a las ondas de radio, la única

diferencia es que tiene una longitud de onda

muy corta y, por tanto, un nivel de energía

más alto que la luz. Estas diferencias facilitan

la penetración profunda de la radiación

gamma dentro de ciertos materiales.

Finalmente, la irradiación es el proceso

mediante el cual se expone deliberadamente

en forma controlada un material a la acción

de una fuente de radiación, como pueden

ser los rayos gamma o un haz de electrones.

La aplicación de la radiación ionizante para

desbacterización o esterilización es un método

que cuenta con el respaldo del International

Plant Protection Convention (IPPC) y del Codex

Alimentarius. Además, el Departamento de

Agricultura de los Estados Unidos (USDA, por

sus siglas en inglés) ha aprobado la irradiación

como una opción para el tratamiento

fitosanitario de frutas y hortalizas, y admite que

es más eficiente que los otros métodos

conocidos.

Esta alternativa consiste en la exposición del

producto a los rayos gamma (cobalto-60 o cesio-

137) o a un haz de electrones (producido por

aceleradores), bajo condiciones controladas. La

exposición total a la que se trata el producto

puede ir desde unos cuantos grays hasta 1,000

grays. Este rango, que se considera como de

dosis bajas, permite aniquilar o esterilizar

insectos y otros organismos, y retarda el proceso

de maduración, con lo que se alarga la vida

de anaquel del producto.

Se estima que hoy en día existen más de 200

irradiadores gamma en operación en 55 países,

entre los cuales se incluye México. Sus campos

de aplicación son diversos: esterilización de

organismos para control de población, como

es el caso de la mosca del mediterráneo

(moscamed), procesamiento de productos para

el consumo humano (frescos y deshidratados),

control bacteriológico o eliminación de agentes

patógenos, esteri l ización de productos

biomédicos como sangre y tejidos, y los de

Países que poseenirradiadores gamma

Aplicación de la irradiaciónAplicación de la irradiaciónAplicación de la irradiaciónAplicación de la irradiaciónAplicación de la irradiacióngammagammagammagammagamma

Irradiadores gamma

Existen comercialmente diversos tamaños. Los

hay desde muy pequeños, para aplicaciones

de investigación, hasta aquellos capaces de

procesar grandes cantidades de producto. Las

diferencias radican en el nivel de actividad de

la fuente radiactiva y el método que se utiliza

para mover el producto. Los principios de diseño

básicos son: maximizar el aprovechamiento de

la energía de radiación, proporcionar al

producto una dosis relativamente uniforme y

lograr una operación segura y sencilla.

Estos irradiadores se dividen en autocontenidos

y panorámicos. El Organismo Internacional de

Energía Atómica los clasifica en función del

almacenamiento de la fuente: los primeros

como Categoría I (almacenamiento seco) y III

(almacenamiento húmedo), y los segundos

como Categoría II (almacenamiento seco) y IV

(almacenamiento húmedo).

Los autocontenidos se destinan a aplicaciones

Tipos deTipos deTipos deTipos deTipos deirradiadoresirradiadoresirradiadoresirradiadoresirradiadores

que requieren niveles de radiación bajos y

una capacidad de procesamiento pequeña:

irradiación de sangre y esterilización de

insectos. Los panorámicos se destinan a

plantas piloto o de escala comercial y pueden

procesar mayor cantidad de producto

dependiendo de su diseño. A continuación se

describen algunos ejemplos de estos

irradiadores.

Irradiador gamma con cámara de

irradiación

La fuente de irradiación está basada en

cobalto-60 encapsulado en pequeños cilindros

de acero inoxidable, que a su vez se introducen

en una vaina o lápiz también de acero

inoxidable. En esta forma se asegura una

«fuente herméticamente sellada». La radiación

(fotones) atraviesa el encapsulado para incidir

en el material que se va a irradiar en la

cámara, pudiendopenetrar más de 60 cm en

productos alimenticios si se irradian por ambos

lados.

Tabla 1: Instalaciones deIrradiación de alimentos en el

mundo (Reportados en la basede datos del Joint FAO/IAEA

Programme 2007)

cuidado a la salud como: recipientes, jeringas,

guantes, ropa de quirófano y equipos diversos.

Otro campo es el ordenamiento molecular

(cross-linking) de polímeros con el fin de

mejorar las características físicas y químicas

de productos como el aislamiento de cables

eléctricos.

Por otra parte, el número de aceleradores (e-

beam generators) crece. En el mundo existen

aproximadamente 1,200 aceleradores que

producen haces de electrones, algunos de los

cuales se uti l izan para irradiación en

aplicaciones como las mencionadas. El uso del

haz de electrones como fuente de radiación

tiene como ventajas impartir la dosis en

cuestión de segundos y obtener un ajuste

rápido del proceso para diferentes intensidades

del haz. Su desventaja mayor comparada a

los rayos gamma es su bajo poder de

penetración en los materiales Además, la

radiación gamma puede procesar productos

de geometría no uniforme y de alta densidad.

Otra tecnología alternativa son los rayos X de

alta energía, ya que hoy se cuenta con

aceleradores de electrones de alta potencia y

dispositivos de incidencia del haz (blancos de

metales pesados) que pueden transformar este

haz en rayos X. En la tabla 1 se enumeran las

instalaciones de irradiación de alimentos en

el mundo por tipo y lugar:

γ

El cobalto-60 emite radiación sin interrupción

«no puede apagarse». Para que una persona

pueda ingresar a la cámara cuando no se

esté irradiando producto, la fuente de cobalto-

60 se tiene que retirar a su blindaje o

descender a una piscina con agua para su

almacenamiento. Estos irradiadores por lo

general utilizan blindajes de concreto o acero.

Cuentan con enclavamientos de seguridad

para impedir que el personal pueda ingresar

a la cámara cuando la fuente no esté en la

posición de almacenamiento. Su operación

puede ser por lote o de manera continua. El

producto se introduce en contenedores o se

deposita alrededor de la fuente.

Irradiador gamma en inmersión

Este también utiliza una fuente basada en

cobalto-60. A diferencia del irradiador con

cámara de irradiación blindada, dicha fuente

permanece en el fondo de la piscina con agua.

El producto a irradiarse se deposita dentro de

contenedores herméticos que se introducen

hasta el fondo de esta piscina, junto a la fuente.

A nivel del piso de la instalación no se requiere

blindaje adicional ni enclavamientos de

seguridad para evitar que durante el proceso

de irradiación ingresen personas a la cámara,

en virtud de que no existe tal. Los contenedores

simplemente descienden, el producto se irradia

y suben de regreso por medio de un

mecanismo elevador. El agua actúa como

blindaje y no se vuelve radiactiva.Planta típica deirradiación gamma

Tabla 2. Principales ventajas y desventajas de cada sistema de irradiación.

Irradiadores de rayos X

Consisten en aceleradores de electrones de

alta energía a los cuales se les adiciona un

dispositivo para generar rayos X, que son

fotones y tienen propiedades similares a los

rayos gamma emitidos por el cobalto-60. El haz

de electrones se hace incidir en un material

de alta densidad como tungsteno (W), acero o

tantalio (Ta). Los electrones al desacelerarse

(frenarse) repentinamente provocan la emisión

de rayos X (fotones). La ventaja sobre el haz

de electrones es su mejor penetración:

irradiando por ambos lados se logran más de

60 cm. No obstante, se pierde mucha energía

durante el proceso de conversión, por lo que

al compararlo con otros irradiadores para los

mismos volúmenes de producto, resulta tener

una fuerte desventaja en costo. En condiciones

Aceleradores de electrones

Representan otra alternativa para obtener

radiación ionizante. Su utilización ha estado

en constante crecimiento: el público en general

los acepta con mayor facilidad debido a que

no usan material radiactivo, ofrecen facilidades

que permiten adaptarlos a procesos de

manufactura para operación en línea y brindan

razones altas de dosis por lo que es posible

obtener grandes rendimientos.

Un acelerador de electrones es un dispositivo

capaz de acelerar estas partículas a velocidades

cercanas a la de la luz. Este torrente se conoce

como haz de electrones. Cabe aclarar que

por tener masa, los electrones no pueden

penetrar profundamente en el material a

tratar: alcanzan sólo alrededor de 3.5 cm (7

cm si se irradia por ambos lados). Además,

gracias a su carga eléctrica es posible

guiarlos mediante campos magnéticos hacia

el producto en exposición.

En una instalación industrial de este tipo se

logra obtener electrones con energías

superiores a los 10,000,000 electrón volts (10

MeV). El blindaje que se utiliza por lo general

es concreto, acero o plomo. Cuenta con

enclavamientos de seguridad que garantizan

que nadie pueda entrar a la cámara de

irradiación cuando los materiales se están

exponiendo. El producto a tratar se hace

llegar a la cámara mediante trasportadores

de rodillos o bandas. Esencialmente, se

destinan para tratar cables (aislamiento), para

producir material termoretráctil y para la

esterilización de artículos médicos como

óptimas sólo el 7.6% de la energía total del

haz de electrones se convierte en una

corriente frontal de rayos X en el caso de

energías de 5 MeV. Enseguida se presenta

un ejemplo.

Irradiador de rayos X con cámara de

irradiación

Se basa en un acelerador de gran energía

y de gran potencia. La transportación del

producto se realiza en contenedores que

se exponen frente a las boquillas de

dispersión de rayos X. Cuenta con blindaje

y enclavamientos de seguridad similares a

los del irradiador gamma con cámara de

irradiación y al irradiador de haz de

electrones. Una de sus ventajas es la

facilidad sobre el control de la radiación, lo

RX

Irradiador de electrones

Irradiador de rayos X concámara de irradiación

e-

jeringas, ropa de quirófano, accesorios, entre

otros.

La extracción del haz se puede adaptar para

satisfacer diversos requerimientos. Es posible

diseñar aceleradores con un área de

tratamiento o multiáreas, flexibilidad que

permite incrementar la eficiencia en el uso

del haz o reducir la energía del electrón para

cumplir una especificación especial. Se

clasifican en tres categorías en función de la

energía del electrón.

Baja energía

Entre 400 a 700 KeV con corrientes de haz de

unos cuantos miliamperios hasta más de 1000

mA y un ancho de barrido desde 0.5 a 1.8 m.

Se uti l iza para curado de superficies ,

laminados, recubrimientos y la producción de

películas antiestáticas y antiniebla.

Media energía

Entre 1 a 5 Mev con potencias de haz desde

25 a 300 kW y un ancho de de barrido de 0.5

a 1.8 m. Se usan para ordenamiento molecular,

mejoramiento de color de gemas, esterilización

de productos médicos y alimentos.

Alta energía

Entre 5 a 10 MeV con potencias de haz de 25

a 350 kW y un ancho de barrido hasta de 1.8

m. Es aplicable para producto a granel. Se

util iza para ordenamiento molecular de

productos con secciones gruesas, esterilización

de productos médicos, desinfectación,

tratamiento de agua y extensión de vida de

anaquel, entre otros.

Con respecto a su construcción existen tres

tipos: Corriente Directa; en donde se extrae un

haz constante, Microondas Pulsadas (linear

microwave accelerator); en donde el haz oscila

a una baja frecuencia, y el de Onda Pulsada o

Continua (single cavity radiofrequency

accelerator) , en donde los electrones se

aceleran con base en la amplitud de dicha

onda.

cual le da una extraordinaria flexibilidad. La

distribución de dosis puede ser similar o

mejor a la que se obtiene en irradiadores

gamma.

Un nuevo desarrollo denominado Palletron,

resultado de la alianza de un fabricante de

irradiadores gamma canadiense y de un

fabricante de aceleradores europeo, propone

esta alternativa que mejora sustancialmente

la relación dosis/penetración. En este caso,

se adicionan colimadores entre la fuente de

rayos X y el contenedor, con el objeto de

adecuar las características y la forma del haz.

Por su parte, el sistema de transportación

traslada sólo un contenedor a la vez, el cual

se hace girar frente a dicho haz. Tanto el haz

como dicho giro se realizan conforme a un

patrón previamente determinado, lo cual arroja

resultados excelentes. La eficiencia en el

aprovechamiento de energía se incrementa,

se optimiza la distribución de dosis y se

minimiza la diferencia entre la dosis máxima

y la mínima. Sin embargo, estos beneficios

afectan el rendimiento global de la capacidad

de procesamiento, en virtud de que el

tratamiento se realiza de contenedor en

contenedor.