UNIVERSIDAD CATÓLICA UNIVERSIDAD CATÓLICA SANTO TORIBIO DE SANTO TORIBIO DE

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“ “ RADIACIONES IONIZANTES EN MEDICINA”RADIACIONES IONIZANTES EN MEDICINA”

Curso:Curso:

BIOFÍSICABIOFÍSICA

Integrantes:Integrantes:

SAUCEDO GRADOS GRABIELA PAOLASAUCEDO GRADOS GRABIELA PAOLA

SOLANO SERNAQUE ZARELASOLANO SERNAQUE ZARELA

EL ATOMO EL ATOMO

Es la unidad más pequeña de un elemento Es la unidad más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus químico que mantiene su identidad o sus propiedades y que no es posible dividir propiedades y que no es posible dividir mediante procesos químicos. Las fuerzas mediante procesos químicos. Las fuerzas que mantienen unidos a los átomos en la que mantienen unidos a los átomos en la molécula son primordialmente de molécula son primordialmente de naturaleza eléctrica.naturaleza eléctrica.

ESTRUCTURA ATÓMICAESTRUCTURA ATÓMICA

Con base en la teoría atómica de Dalton, un átomo puede Con base en la teoría atómica de Dalton, un átomo puede definirse como la unidad básica de un elemento que puede definirse como la unidad básica de un elemento que puede entrar en combinación química eh imaginó un átomo como entrar en combinación química eh imaginó un átomo como una partícula extremadamente pequeña e indivisible. una partícula extremadamente pequeña e indivisible. Sin embargo, una serie de investigaciones que empezaron Sin embargo, una serie de investigaciones que empezaron en la década de 1850 y se extendieron hasta el siglo XX en la década de 1850 y se extendieron hasta el siglo XX demostraron claramente que los átomos en realidad demostraron claramente que los átomos en realidad poseen estructura interna; es decir, están formados por poseen estructura interna; es decir, están formados por partículas aún más pequeñas, llamadas partículas partículas aún más pequeñas, llamadas partículas subatómicas. La investigación condujo al descubrimiento subatómicas. La investigación condujo al descubrimiento de tres de esas partículas: electrones, protones y de tres de esas partículas: electrones, protones y neutronesneutrones

EL NÚCLEO ATÓMICOEL NÚCLEO ATÓMICO

El núcleo del átomo se encuentra formado por nucleones, los cuales El núcleo del átomo se encuentra formado por nucleones, los cuales pueden ser:pueden ser:

1.- Protones.-1.- Protones.- (en griego (en griego protónprotón significa significa primeroprimero). ). Es una partícula sub. atómica con una carga eléctrica de una unidad Es una partícula sub. atómica con una carga eléctrica de una unidad fundamental positiva (+) (1,602 x 10–19 culombos). fundamental positiva (+) (1,602 x 10–19 culombos). Experimentalmente, se observa el protón como estable, con un límite Experimentalmente, se observa el protón como estable, con un límite inferior en su vida media de unos 1035 años, aunque algunas teorías inferior en su vida media de unos 1035 años, aunque algunas teorías predicen que el protón puede desintegrarse. El protón y el neutrón, en predicen que el protón puede desintegrarse. El protón y el neutrón, en conjunto, se conocen como nucleones, ya que conforman el núcleo de conjunto, se conocen como nucleones, ya que conforman el núcleo de los átomos los átomos

2.- Neutrones.- 2.- Neutrones.- Fuera del núcleo atómico es inestable y tiene una vida Fuera del núcleo atómico es inestable y tiene una vida media de unos 15 minutos emitiendo un electrón y un antineutrino para media de unos 15 minutos emitiendo un electrón y un antineutrino para convertirse en un protón. Su masa es muy similar a la de un protón.convertirse en un protón. Su masa es muy similar a la de un protón.El neutrón es necesario para la estabilidad de casi todos los núcleos El neutrón es necesario para la estabilidad de casi todos los núcleos atómicos (la única excepción es el hidrógeno), ya que interactúa atómicos (la única excepción es el hidrógeno), ya que interactúa fuertemente atrayéndose con electrones y protones, pero no se repele fuertemente atrayéndose con electrones y protones, pero no se repele con ninguno, como sí lo hacen los protones, que se atraen con ninguno, como sí lo hacen los protones, que se atraen nuclearmente pero se repelen electrostáticamente.nuclearmente pero se repelen electrostáticamente.

3.- El Electrón.- 3.- El Electrón.- En un átomo los electrones rodean al núcleo, En un átomo los electrones rodean al núcleo, compuesto fundamentalmente de protones y neutrones. Los electrones compuesto fundamentalmente de protones y neutrones. Los electrones tienen una masa pequeña respecto al protón, y su movimiento genera tienen una masa pequeña respecto al protón, y su movimiento genera corriente eléctrica en la mayoría de los metales. Estas partículas corriente eléctrica en la mayoría de los metales. Estas partículas desempeñan un papel primordial en la química ya que definen las desempeñan un papel primordial en la química ya que definen las atracciones con otros átomos. Es un corpúsculo de carga eléctrica atracciones con otros átomos. Es un corpúsculo de carga eléctrica negativa , que forma parte del átomo y constituye la electricidad.negativa , que forma parte del átomo y constituye la electricidad.

ISÓTOPOSISÓTOPOS Son átomos de un mismo elemento, que tienen el mismo Son átomos de un mismo elemento, que tienen el mismo número atómico o de protones, número atómico o de protones, ZZ, pero distinto número , pero distinto número másico, másico, AA, . Por ejemplo:, . Por ejemplo:

Los isótopos se subdividen en:Los isótopos se subdividen en: Isótopos establesIsótopos estables (existen menos de 300) (existen menos de 300) No estables o isótopos radioactivosNo estables o isótopos radioactivos (existe alrededor de (existe alrededor de 1200). 1200).

ENERGIA DE LAS ÓRBITAS ELECTRÓNICASENERGIA DE LAS ÓRBITAS ELECTRÓNICAS

Las órbitas en que se hallan distribuidos los electrones orbitales representan distintos Las órbitas en que se hallan distribuidos los electrones orbitales representan distintos niveles de energía, identificados por las letras K, L, M, etc., desde el núcleo a la niveles de energía, identificados por las letras K, L, M, etc., desde el núcleo a la periferia. periferia. Los electrones de la órbita más externa se llaman de “valencia” y determinan la Los electrones de la órbita más externa se llaman de “valencia” y determinan la afinidad química del elemento.afinidad química del elemento.Cada órbita posee un “nivel energético característico”, que aumenta a medida que Cada órbita posee un “nivel energético característico”, que aumenta a medida que aumenta la distancia al núcleo. Sin embargo al acercarnos a la periferia la diferencia aumenta la distancia al núcleo. Sin embargo al acercarnos a la periferia la diferencia entre órbitas disminuye, Cuando un electrón salta desde una órbita a otra más interna entre órbitas disminuye, Cuando un electrón salta desde una órbita a otra más interna pasa a un nivel energético inferior. pasa a un nivel energético inferior. “El exceso de energía”“El exceso de energía” es liberado en forma de una es liberado en forma de una radiación electromagnética característica del salto realizado .si la energía liberada es radiación electromagnética característica del salto realizado .si la energía liberada es mayor de 100 eV, la radiación recibe el nombre de rayos X. si la energía es menor de mayor de 100 eV, la radiación recibe el nombre de rayos X. si la energía es menor de 100 eV, tenemos rayos ultravioletas, visibles o infrarrojos, de acuerdo a la magnitud 100 eV, tenemos rayos ultravioletas, visibles o infrarrojos, de acuerdo a la magnitud del saltodel salto

UNIDADES DE MASA DE ENERGIAUNIDADES DE MASA DE ENERGIALos protones y neutrones tienen masas del orden de 10-27 Kg, razón Los protones y neutrones tienen masas del orden de 10-27 Kg, razón por la cual ha sido conveniente definir otra unidad, llamada unidad de por la cual ha sido conveniente definir otra unidad, llamada unidad de masa atómica (UMA). La misa es la doceava parte de la masa atómica masa atómica (UMA). La misa es la doceava parte de la masa atómica del Carbono de número másico 12.del Carbono de número másico 12.1 UMA =1,66.10-24g. las masas de las principales partículas, 1 UMA =1,66.10-24g. las masas de las principales partículas, expresadas en UMA son: expresadas en UMA son: protón protón = 1,00727 = 1,00727 neutrónneutrón = 1,00866 = 1,00866 electrónelectrón = 0,00055 UMA = 0,00055 UMA La unidad de energía mas utilizada a nivel atómico es el electronvolt La unidad de energía mas utilizada a nivel atómico es el electronvolt (eV). (eV). Un eV es la energía que adquiere un electrón al ser sometido a una Un eV es la energía que adquiere un electrón al ser sometido a una diferencia de potencial de 1 volt, se utilizan también sus múltiplos, como diferencia de potencial de 1 volt, se utilizan también sus múltiplos, como el kiloelectronvolt (KeV=103eV) y el el kiloelectronvolt (KeV=103eV) y el megaelectronvolt (MeV=106eV).megaelectronvolt (MeV=106eV).

EQUIVALENCIA ENTRE MASA Y ENERGIAEQUIVALENCIA ENTRE MASA Y ENERGIA

Una de las consecuencias mas importantes de la teoría de la Una de las consecuencias mas importantes de la teoría de la relatividad es la equivalencia que se establece entre la masa (m) y la relatividad es la equivalencia que se establece entre la masa (m) y la energía (E).energía (E).La relación postulada por Einstein es:La relación postulada por Einstein es:

Donde Donde c c es la velocidad de la luz (3.1010 cm),y a partir de esta es la velocidad de la luz (3.1010 cm),y a partir de esta relación anterior es posible demostrar que:relación anterior es posible demostrar que:

- Ésta igualdad se conoce como equivalente masa-- Ésta igualdad se conoce como equivalente masa-energético energético

2.cmE

Es un término que designa la propagación de energía en forma de ondas electromagnéticas oEs un término que designa la propagación de energía en forma de ondas electromagnéticas o partículas subatómicas a través del vacío o de un medio fluido.partículas subatómicas a través del vacío o de un medio fluido.Aunque no es del todo correcto, es habitual emplear la palabra «radiación» para referirseAunque no es del todo correcto, es habitual emplear la palabra «radiación» para referirse a las radiaciones ionizantes.a las radiaciones ionizantes.

RADIACIONES IONIZANTESRADIACIONES IONIZANTES

- Las radiaciones ionizantes (electromagnéticas o particuladas) son aquellas con- Las radiaciones ionizantes (electromagnéticas o particuladas) son aquellas con energía, longitud de onda y frecuencia tales que al interaccionar con un medio energía, longitud de onda y frecuencia tales que al interaccionar con un medio le transfieren energía suficiente para desligar a un electrón de su átomo. En le transfieren energía suficiente para desligar a un electrón de su átomo. En ese instante en el que el electrón sale desprendido (es separado) del átomo al ese instante en el que el electrón sale desprendido (es separado) del átomo al que pertenecía, se produce un proceso que se llama que pertenecía, se produce un proceso que se llama ionizaciónionización..

- La ionización es, por lo tanto, la formación de un par de iones, el negativo (el electrón libre) y- La ionización es, por lo tanto, la formación de un par de iones, el negativo (el electrón libre) y el positivo (el átomo sin uno de sus electrones).el positivo (el átomo sin uno de sus electrones).

- - La ionización producida por una radiación incidente que interacciona La ionización producida por una radiación incidente que interacciona con la con la

materia (que puede ser un medio biológico) puede ser directa o materia (que puede ser un medio biológico) puede ser directa o indirecta. indirecta.

- La radiación electromagnética (rayos X y rayos gamma) es radiación - La radiación electromagnética (rayos X y rayos gamma) es radiación indirectamente ionizante. indirectamente ionizante.

- La radiación directamente ionizante son las - La radiación directamente ionizante son las partículas cargadas (como los electrones y las partículas alfa), que partículas cargadas (como los electrones y las partículas alfa), que interaccionan con el medio reaccionando con interaccionan con el medio reaccionando con moléculas blancomoléculas blanco

(también (también conocidas como conocidas como moléculas dianamoléculas diana) como el oxígeno y el agua.) como el oxígeno y el agua.

LAS PARTICULAS ALFALAS PARTICULAS ALFA

son núcleos totalmente ionizados de Helio-4 (4He). Es decir, sin su son núcleos totalmente ionizados de Helio-4 (4He). Es decir, sin su envoltura de electrones correspondiente. envoltura de electrones correspondiente. Estos núcleos están formados por:Estos núcleos están formados por: - 2 protones - 2 protones - 2 neutrones. Al carecer de electrones, su carga eléctrica es positiva, - 2 neutrones. Al carecer de electrones, su carga eléctrica es positiva, de +2qe de carga, mientras que su masa es de 4 uma. Se generan de +2qe de carga, mientras que su masa es de 4 uma. Se generan habitualmente en reacciones nucleares o desintegración radiactiva de habitualmente en reacciones nucleares o desintegración radiactiva de otros núclidos que se transmutan en elementos más ligeros mediante la otros núclidos que se transmutan en elementos más ligeros mediante la emisión de dichas partículas.emisión de dichas partículas.La La desintegración alfadesintegración alfa es una forma de desintegración radiactiva es una forma de desintegración radiactiva donde un núcleo atómico emite una partícula alfa mediante fuerzas donde un núcleo atómico emite una partícula alfa mediante fuerzas electromagnéticas y se transforma en un núcleo con 4 unidades menos electromagnéticas y se transforma en un núcleo con 4 unidades menos de número másico y dos unidades menos de número atómico.de número másico y dos unidades menos de número atómico.

PARTICULAS BETAPARTICULAS BETA

Una Una partícula betapartícula beta es un electrón que sale despedido de un suceso radiactivo. es un electrón que sale despedido de un suceso radiactivo. si un átomo emite una partícula beta, su carga eléctrica aumenta en una si un átomo emite una partícula beta, su carga eléctrica aumenta en una unidad positiva y el número de masa no varía. Ello es debido a que la masa delunidad positiva y el número de masa no varía. Ello es debido a que la masa del electrón es despreciable frente a la masa total del átomo. En cambio, al ser electrón es despreciable frente a la masa total del átomo. En cambio, al ser emitida una carga negativa, el átomo queda con una carga positiva más, para emitida una carga negativa, el átomo queda con una carga positiva más, para compensar el total de la carga eléctrica, con lo cual el número de electrones compensar el total de la carga eléctrica, con lo cual el número de electrones disminuye. Este proceso es debido a la desintegración de un neutrón en un disminuye. Este proceso es debido a la desintegración de un neutrón en un protón y un electrón (desintegración beta).protón y un electrón (desintegración beta).La La desintegracióndesintegración o o emisión betaemisión beta es un proceso por el cual un núclido no es un proceso por el cual un núclido no estable puede transformarse en otros núclidos mediante la emisión de una estable puede transformarse en otros núclidos mediante la emisión de una partícula beta. La partícula beta puede ser un electrón, escribiéndose β-, o un partícula beta. La partícula beta puede ser un electrón, escribiéndose β-, o un positrón, β+; la diferencia fundamental entre un electrón o positrón y la positrón, β+; la diferencia fundamental entre un electrón o positrón y la partícula beta correspondiente es su origen nuclear, no es un electrón ordinario partícula beta correspondiente es su origen nuclear, no es un electrón ordinario arrancado de algún orbital del átomo. Un tipo similar de desintegración en arrancado de algún orbital del átomo. Un tipo similar de desintegración en cuanto a la finalidad de volver más estable el núcleo de un núclido inestable talcuanto a la finalidad de volver más estable el núcleo de un núclido inestable tal como la desintegración beta es la captura electrónica.como la desintegración beta es la captura electrónica.

LOS RAYOS GAMMA (Y)LOS RAYOS GAMMA (Y)

Es un tipo de radiación electromagnética producida generalmente por elementos Es un tipo de radiación electromagnética producida generalmente por elementos radiactivos, procesos subatómicos como la aniquilación de un par positrón-electrón. radiactivos, procesos subatómicos como la aniquilación de un par positrón-electrón. Este tipo de radiación tan energética también es producida en fenómenos astrofísicos Este tipo de radiación tan energética también es producida en fenómenos astrofísicos de gran violencia.de gran violencia.Debido a las altas energías que poseen, los rayos gamma constituyen un tipo Debido a las altas energías que poseen, los rayos gamma constituyen un tipo de radiación ionizante capaz de penetrar en la materia más profundamente de radiación ionizante capaz de penetrar en la materia más profundamente que la radiación alfa o beta. Dada su alta energía pueden causar grave daño alque la radiación alfa o beta. Dada su alta energía pueden causar grave daño al núcleo de las células, por lo que son usados para esterilizar equipos médicos núcleo de las células, por lo que son usados para esterilizar equipos médicos y alimentos.y alimentos.Los rayos gamma se producen en la desexcitación de un nucleón de un nivel Los rayos gamma se producen en la desexcitación de un nucleón de un nivel excitado a otro de menor energía y en la desintegración de isótopos excitado a otro de menor energía y en la desintegración de isótopos radiactivos. Los radiactivos. Los rayos gammarayos gamma se diferencian de los rayos X en su origen, se diferencian de los rayos X en su origen, debido a que estos últimos se producen a nivel extranuclear, por fenómenos debido a que estos últimos se producen a nivel extranuclear, por fenómenos de frenamiento electrónico. Generalmente asociada con la energía nuclear y de frenamiento electrónico. Generalmente asociada con la energía nuclear y los reactores nucleares, la radiactividad se encuentra en nuestro entorno los reactores nucleares, la radiactividad se encuentra en nuestro entorno natural, desde los rayos cósmicos, que nos bombardean desde el sol y las natural, desde los rayos cósmicos, que nos bombardean desde el sol y las galaxias de fuera de nuestro Sistema Solar, hasta algunos isótopos radiactivos galaxias de fuera de nuestro Sistema Solar, hasta algunos isótopos radiactivos que forman parte de nuestro entorno natural que forman parte de nuestro entorno natural

INTERACCION DE LA REACCION CON LA MATERIAINTERACCION DE LA REACCION CON LA MATERIA

Las partículas cargadas como los electrones, los positrones, iones, Las partículas cargadas como los electrones, los positrones, iones, protones u otras, interaccionan directamente con la corteza electrónica de los átomos protones u otras, interaccionan directamente con la corteza electrónica de los átomos debido a la fuerza electromagnética.debido a la fuerza electromagnética.

Los rayos gamma interaccionan con los átomos de la materia con tres Los rayos gamma interaccionan con los átomos de la materia con tres mecanismos distintosmecanismos distintos

Absorción fotoeléctrica: es una interacción en la que el fotón gamma Absorción fotoeléctrica: es una interacción en la que el fotón gamma incidente desaparece. En su lugar, se produce un fotoelectrón de una de las incidente desaparece. En su lugar, se produce un fotoelectrón de una de las capas electrónicas del material absorbente con una energía cinética capas electrónicas del material absorbente con una energía cinética procedente de la energía del fotón incidente, menos la energía de ligadura del procedente de la energía del fotón incidente, menos la energía de ligadura del electrón en su capa original. electrón en su capa original.

Efecto Compton: es una colisión elástica entre un electrón ligado y un Efecto Compton: es una colisión elástica entre un electrón ligado y un

fotón incidente, siendo la división de energía entre ambos dependiente del fotón incidente, siendo la división de energía entre ambos dependiente del ángulo de dispersiónángulo de dispersión

Producción de pares: el proceso ocurre en el campo de un núcleo del Producción de pares: el proceso ocurre en el campo de un núcleo del material absorbente y corresponde a la creación de un par electrón - positrón material absorbente y corresponde a la creación de un par electrón - positrón en el punto en que desaparece el fotón gamma incidente. Debido a que el en el punto en que desaparece el fotón gamma incidente. Debido a que el positrón es una forma de antimateria, una vez que su energía cinética se hagapositrón es una forma de antimateria, una vez que su energía cinética se haga despreciable se combinará con un electrón del material absorbente, despreciable se combinará con un electrón del material absorbente, aniquilándose y produciendo un par de fotonesaniquilándose y produciendo un par de fotones

Los neutrones interaccionan con los núcleos de la materia Los neutrones interaccionan con los núcleos de la materia mediante los mediante los siguientes efectos:siguientes efectos:

- - Activación:Activación: es una interacción completamente inelástica de los es una interacción completamente inelástica de los neutrones con los núcleos, mediante la cual el neutrón es neutrones con los núcleos, mediante la cual el neutrón es absorbido, produciendo un isótopo diferente. Es la base de la absorbido, produciendo un isótopo diferente. Es la base de la transmutación producida en los ADS's. transmutación producida en los ADS's.

- - Fisión:Fisión: mediante esta interacción los neutrones se unen a un mediante esta interacción los neutrones se unen a un núcleo pesado (como el uranio-235) excitándole de forma tal que núcleo pesado (como el uranio-235) excitándole de forma tal que provoca su inestabilidad y desintegración posterior en dos núcleos provoca su inestabilidad y desintegración posterior en dos núcleos más ligeros y otras partículas. Es la base de los reactores nucleares más ligeros y otras partículas. Es la base de los reactores nucleares de fisión. de fisión.

- - Colisión inelástica:Colisión inelástica: en esta interacción el neutrón colisiona con en esta interacción el neutrón colisiona con el núcleo cediendo una parte de su energía, con lo que el resultado el núcleo cediendo una parte de su energía, con lo que el resultado es un neutrón y un núcleo excitado que normalmente emite es un neutrón y un núcleo excitado que normalmente emite radiaciones gamma, ionizantes, más tarde. radiaciones gamma, ionizantes, más tarde.

Interacción alfa materiaInteracción alfa materia

Cuando una partícula alfa pasa a través de una sustancia, interactúa Cuando una partícula alfa pasa a través de una sustancia, interactúa con los electrones orbitales de los átomos que conforman esta última y con los electrones orbitales de los átomos que conforman esta última y pierde parte de su energía. La absorción de energía por parte de los pierde parte de su energía. La absorción de energía por parte de los electrones del medio da como resultado una ionización o en una electrones del medio da como resultado una ionización o en una excitación atómica.excitación atómica.Cuando una partícula alfa pasa a través de una sustancia, interactúa Cuando una partícula alfa pasa a través de una sustancia, interactúa con los electrones orbitales de los átomos que conforman esta última y con los electrones orbitales de los átomos que conforman esta última y pierde parte de su energía. La absorción de energía por parte de los pierde parte de su energía. La absorción de energía por parte de los electrones del medio da como resultado una ionización o en una electrones del medio da como resultado una ionización o en una excitación atómica.excitación atómica.

Interacción Interacción -materia-materia

Bremsstrahlung o radiación de frenamiento.Una partícula Bremsstrahlung o radiación de frenamiento.Una partícula negativa negativa que se aproxima al campo eléctrico de un núcleo atómico emite una que se aproxima al campo eléctrico de un núcleo atómico emite una radiación electromagnética. Esta radiación se conoce con el nombre de radiación electromagnética. Esta radiación se conoce con el nombre de radiación de frenado o Bremsstrahlung.radiación de frenado o Bremsstrahlung.Aniquilación de positrones.Aniquilación de positrones.La aniquilación de positrones es un mecanismo de interacción que tiene La aniquilación de positrones es un mecanismo de interacción que tiene lugar entre los electrones atómicos del medio y una radiación lugar entre los electrones atómicos del medio y una radiación + que lo + que lo atraviesa. Las partículas son "aniquiladas" y su masa se convierte en atraviesa. Las partículas son "aniquiladas" y su masa se convierte en dos rayos dos rayos de 0,511 MeV (511 KeV) que viajan en direcciones de 0,511 MeV (511 KeV) que viajan en direcciones opuestas.opuestas.

la radiación ionizante en general no es perceptible por los la radiación ionizante en general no es perceptible por los sentidos, es necesario valerse de instrumentos apropiados para sentidos, es necesario valerse de instrumentos apropiados para

detectar su presencia. Asimismo interesan.: detectar su presencia. Asimismo interesan.: su intensidadsu intensidad

su energíasu energía cualquier otra propiedad que ayude a evaluar sus efectoscualquier otra propiedad que ayude a evaluar sus efectos

Cada clase de detector es sensible a cierto Cada clase de detector es sensible a cierto tipo de radiación y a cierto intervalo de tipo de radiación y a cierto intervalo de energía. Así pues, energía. Así pues, es de primordial es de primordial importancia:importancia:

seleccionar el detector adecuado a la radiación que se seleccionar el detector adecuado a la radiación que se desea medir y del no hacerlo puede conducir a errores desea medir y del no hacerlo puede conducir a errores graves.graves.

El diseño de los detectores está basado en el conocimiento El diseño de los detectores está basado en el conocimiento de la interacción de las radiaciones con la materia. de la interacción de las radiaciones con la materia.

las radiaciones depositan energía en los materiales, las radiaciones depositan energía en los materiales,

principalmente a través de la ionización y excitación de sus principalmente a través de la ionización y excitación de sus átomos. Además, puede haber emisión de luz, cambio de átomos. Además, puede haber emisión de luz, cambio de temperatura, o efectos químicos, todo lo cual puede ser un temperatura, o efectos químicos, todo lo cual puede ser un indicador de la presencia de radiación. Se van a describir indicador de la presencia de radiación. Se van a describir los detectores más comunes en las aplicaciones de la los detectores más comunes en las aplicaciones de la radiación, como son los de ionización de gas y los de radiación, como son los de ionización de gas y los de centelleocentelleo

Como ya Como ya sabemos:sabemos:

La detección de la radioactividad se basa en las propiedades de las radiaciones La detección de la radioactividad se basa en las propiedades de las radiaciones ya mencionadas. Por ello podemos agrupar a los principales detectores en grupos, ya mencionadas. Por ello podemos agrupar a los principales detectores en grupos, de acuerdo a su principio básico de de acuerdo a su principio básico de fufuncionamientoncionamiento

La mayoría de los detectores de radiación presentan un La mayoría de los detectores de radiación presentan un comportamiento similar como: comportamiento similar como:

La radiación entra en el detector e interacciona con los átomos de éste. La radiación entra en el detector e interacciona con los átomos de éste. Fruto de esta interacción, la radiación cede toda o parte de su energía a los Fruto de esta interacción, la radiación cede toda o parte de su energía a los

electrones ligados de estos átomos. electrones ligados de estos átomos. Se libera un gran número de electrones de relativamente baja energía que son Se libera un gran número de electrones de relativamente baja energía que son

recogidos y analizados mediante un circuito electrónicorecogidos y analizados mediante un circuito electrónico

Detectores basados en la impresión de placas fotográficasDetectores basados en la impresión de placas fotográficas Detectores basados en la ionización de un gasDetectores basados en la ionización de un gas

Detectores basados en el fenómeno de centello.Detectores basados en el fenómeno de centello.

Los tres grupos más importantes de detectores son:

Su importancia histórica es grande, pues así se descubrieron la Su importancia histórica es grande, pues así se descubrieron la radiactividad, el radio y los rayos X. radiactividad, el radio y los rayos X.

Su funcionamiento se basa en que el efecto que produce la radiación Su funcionamiento se basa en que el efecto que produce la radiación en la película es el mismo que produce la luz. en la película es el mismo que produce la luz.

por ejemplo :por ejemplo : partículas a o protonespartículas a o protones. En la figura 1 nos . En la figura 1 nos muestra los trazos dejados por protones y partículas en una película muestra los trazos dejados por protones y partículas en una película fotográfica. Los dosímetros personales más comunes para registrar fotográfica. Los dosímetros personales más comunes para registrar la radiación que recibe el personal son pequeñas placas fotográficas la radiación que recibe el personal son pequeñas placas fotográficas con absorbedores para clasificar el tipo de radiación y medir su con absorbedores para clasificar el tipo de radiación y medir su intensidad.intensidad.

Figura 1. Trazos dejados por protones de 2.5 MeV de Figura 1. Trazos dejados por protones de 2.5 MeV de energía en una emulsión fotográfica. Los trazos tienen energía en una emulsión fotográfica. Los trazos tienen una longitud de 40 micras, por lo cual sólo pueden una longitud de 40 micras, por lo cual sólo pueden verse con microscopioverse con microscopio

La emulsión fotográfica como otros compuestos, La emulsión fotográfica como otros compuestos,

sufren cambios apreciables al ser irradiados, y los sufren cambios apreciables al ser irradiados, y los efectos son visibles aun sin un revelado.efectos son visibles aun sin un revelado.

La magnitud de estos cambios depende de la La magnitud de estos cambios depende de la dosis de radiación recibida. El cambio que más se dosis de radiación recibida. El cambio que más se aprovecha en el empleo de estos materiales como aprovecha en el empleo de estos materiales como dosímetros es la coloración o la densidad óptica dosímetros es la coloración o la densidad óptica (absorción de luz), y se debe a reacciones químicas que (absorción de luz), y se debe a reacciones químicas que producen nuevos compuestos. producen nuevos compuestos.

Entre los detectores de respuesta Entre los detectores de respuesta instantánea están los de gas, que incluyen :instantánea están los de gas, que incluyen :

Cámaras de ionizaciónCámaras de ionización .- .- Con las cámaras de Con las cámaras de ionización se intenta recolectar todas las cargas ionización se intenta recolectar todas las cargas producidas en el gas. Entonces el tamaño del pulso producidas en el gas. Entonces el tamaño del pulso depende del número de iones producidos y, por lo depende del número de iones producidos y, por lo tanto, de la energía de la radiación. Este detector tanto, de la energía de la radiación. Este detector tiene por eso una doble utilidad: saber el instante en tiene por eso una doble utilidad: saber el instante en que llegó la radiación y conocer su energíaque llegó la radiación y conocer su energía

Contador proporcionalContador proporcional.-.- El contador proporcional El contador proporcional es semejante a la cámara de ionización, pero se le es semejante a la cámara de ionización, pero se le aplica un voltaje más alto, de modo que los iones y aplica un voltaje más alto, de modo que los iones y electrones, al viajar hacia los electrodos, vuelven a electrones, al viajar hacia los electrodos, vuelven a producir ionización, y los nuevos iones y electrones producir ionización, y los nuevos iones y electrones contribuyen también al pulso eléctrico (véase la Fig. contribuyen también al pulso eléctrico (véase la Fig. 17). De esta manera se logra una amplificación del 17). De esta manera se logra una amplificación del pulso que se produce, y su tamaño resulta pulso que se produce, y su tamaño resulta proporcional a la energía de la radiación. proporcional a la energía de la radiación.

El contador de Geiger-MüllerEl contador de Geiger-Müller.- .- Es la variante más Es la variante más conocida de la cámara de Ionización. En el conocida de la cámara de Ionización. En el contador de Geiger-Müller se aplica un voltaje contador de Geiger-Müller se aplica un voltaje todavía más alto, y los pulsos son muy grandes, de todavía más alto, y los pulsos son muy grandes, de modo que necesitan poca amplificación posterior. modo que necesitan poca amplificación posterior. Sin embargo, se pierde la proporcionalidad del Sin embargo, se pierde la proporcionalidad del pulso, así que sólo es un indicador de que hay pulso, así que sólo es un indicador de que hay radiación, pero no da información sobre su energía. radiación, pero no da información sobre su energía. Los contadores Geiger se usan mucho en Los contadores Geiger se usan mucho en monitores portátiles por su relativa sencillez. Se monitores portátiles por su relativa sencillez. Se conectan a una aguja indicadora o a una bocina. La conectan a una aguja indicadora o a una bocina. La figura 2 muestra uno de estos monitores portátiles. figura 2 muestra uno de estos monitores portátiles.

Figura 2. Contador Geiger portátil de lectura Figura 2. Contador Geiger portátil de lectura directa en la carátula.directa en la carátula.

En él se aprovecha el hecho de que la radiación produce pequeños En él se aprovecha el hecho de que la radiación produce pequeños destellos luminosos en ciertos sólidos. Esta luz se recoge y destellos luminosos en ciertos sólidos. Esta luz se recoge y transforma en un pulso eléctricotransforma en un pulso eléctrico, comprende:, comprende:

Contador de centelleo sólidoContador de centelleo sólido.- Los detectores de centelleo sólido .- Los detectores de centelleo sólido tienen algunas ventajas sobre los de gas.tienen algunas ventajas sobre los de gas.

- En primer lugar:- En primer lugar: un sólido, por su mayor densidad, es más eficiente un sólido, por su mayor densidad, es más eficiente en detener la radiación que un gas. Por lo tanto la eficiencia de un en detener la radiación que un gas. Por lo tanto la eficiencia de un detector de centelleo es muy superior a la de uno de gas, detector de centelleo es muy superior a la de uno de gas, especialmente para rayos gamma. especialmente para rayos gamma.

- En segundo lugar:- En segundo lugar: el proceso de luminiscencia, o sea la absorción el proceso de luminiscencia, o sea la absorción de radiación y la posterior emisión de luz, es muy rápido, de radiación y la posterior emisión de luz, es muy rápido, disminuyendo el tiempo muerto.disminuyendo el tiempo muerto.

Contador de centelleo líquidoContador de centelleo líquido.- .- El contador de El contador de centelleo líquido se utiliza fundamentalmente para centelleo líquido se utiliza fundamentalmente para detectar radiación. El método permite:detectar radiación. El método permite:

- Detectar con gran eficiencia, estas radiaciones - Detectar con gran eficiencia, estas radiaciones basándose en emplazar al cristal de centello por un basándose en emplazar al cristal de centello por un líquido centelleante o fluorescente. La muestra se líquido centelleante o fluorescente. La muestra se mezcla con el líquido y las radiaciones al interactuar mezcla con el líquido y las radiaciones al interactuar con las moléculas fluorescentes inducen la emisión de con las moléculas fluorescentes inducen la emisión de radiaciones de menos de 100 eV que son detectadas radiaciones de menos de 100 eV que son detectadas por un sistema que es, en el plano conceptual, similar por un sistema que es, en el plano conceptual, similar al utilizado en el contador de centelleo sólido.al utilizado en el contador de centelleo sólido.

En general no se pueden detectar todos los tipos de radiación con En general no se pueden detectar todos los tipos de radiación con cualquier detector, aunque todos éstos a fin de cuentas operan con cualquier detector, aunque todos éstos a fin de cuentas operan con la ionización producida. la ionización producida.

Cada tipo de detector tiene cierta utilidad, y habrá que cuidar que se Cada tipo de detector tiene cierta utilidad, y habrá que cuidar que se use el apropiado. Hay ciertas reglas sencillas que se aplican a esta use el apropiado. Hay ciertas reglas sencillas que se aplican a esta selección.selección.

Por ejemplo:Por ejemplo: los detectores de gas necesitan un recipiente cerrado y sellado, por los detectores de gas necesitan un recipiente cerrado y sellado, por

lo que las partículas a o los protones de baja energía no se pueden lo que las partículas a o los protones de baja energía no se pueden detectar, pues no logran atravesar la pared. Por otro lado, para detectar, pues no logran atravesar la pared. Por otro lado, para detectar rayos g es preferible un detector sólido a uno de gas, detectar rayos g es preferible un detector sólido a uno de gas, porque la densidad del material determina la eficiencia del detector; porque la densidad del material determina la eficiencia del detector; de todos modos es posible que los rayos g atraviesen el detector sin de todos modos es posible que los rayos g atraviesen el detector sin dispararlo. Cada detector tiene sus limitaciones. En la tabla 1 se dispararlo. Cada detector tiene sus limitaciones. En la tabla 1 se resume la utilidad de algunos detectores. resume la utilidad de algunos detectores.

Tabla 1. Usos de los diferentes Tabla 1. Usos de los diferentes detectores de radiación.detectores de radiación.

DETECTORDETECTOR USO PRINCIPALUSO PRINCIPAL

placa placa fotográficafotográfica

Rayos X, b, Rayos X, b, electroneselectrones

trazastrazas a, productos de a, productos de fisiónfisión

termo termo luminiscencia luminiscencia (TL)(TL)

a, b, electrones a, b, electrones

electroscopioelectroscopio b, electronesb, electrones

cámara de cámara de nieblaniebla

a, protones, a, protones, electroneselectrones

cámara de cámara de burbujasburbujas

protones de protones de alta energíaalta energía

gasgas b, electronesb, electrones

centelleocentelleo g, rayos Xg, rayos X

estado sólido estado sólido (barrera (barrera superficial)superficial)

a, protones, a, protones, deuteronesdeuterones

estado sólido estado sólido (difundido)(difundido)

g, rayos Xg, rayos X