RadioactividadRadioactividad

1.‐ Aspectos Administrativos (10 Minutos)2.‐ Teoría de la Radiación (20 Minutos) 3.‐ Características de la Radiación (15 Minutos)3. Características de la Radiación (15 Minutos)5.‐ Sesión de Preguntas (10 Minutos)

Aspectos AdministrativosAspectos Administrativos

• A.‐ ININ (Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares)• Organismo (sin autoridad legal) solo de soporte a las  

actividades nucleares que se desarrollan en el país.• Realiza investigación en el campo de la RadiaciónRealiza investigación en el campo de la Radiación • Produce Radio isótopos para usos: médicos, investigación 

e industria.• Cursos de Capacitación para usuarios de Radiación• Cursos de Capacitación para usuarios de Radiación 

Ionizante.• Calibraciones de detectores y equipos medidores de 

radiaciónradiación.• Recoge y traslada las fuentes que ya son obsoletas para su 

confinamiento  definitivo.

Aspectos AdministrativosAspectos Administrativos

• B.‐ C.N.S.N.S (Comisión Nacional de Seguridad Nacional y Salva G d )Guardas)

• Organismo que depende el gobierno federal con autoridad legal para ejercer en México ya que pueden: asegurar (colocar sellos clausura) decomisar algún equipo levantar un acta emitir unclausura), decomisar algún equipo, levantar un acta, emitir un requerimiento u oficio .

• Encargado de obtener los registros de los usuarios que: usan, poseen o manejan material radiactivo o generador de radiación ionizante.

• Autoriza los permisos de: importación, transporte, uso, posesión y exportación de materiales radiactivos o que producen radiación ionizanteionizante.

• Coordina las inspecciones de los equipos que tienen registrados y emite las recomendaciones en caso de ser necesarias.

• Envía oficios solicitando información o trámites inconclusosEnvía oficios solicitando información o trámites inconclusos.

Teoría de la radiaciónTeoría de la radiación• Cuando ocurre un proceso de emisión radiactiva de un núcleo, al que denotaremos como          y llamamos núcleo 

padre, se produce un núcleo hijo y una partícula emitida, estos últimos designados como  y     respectivamente. Este proceso se representa con la reacción general nuclear siguiente:

E l i ió d d i i t di ti l l i i t i i i d ió• En cualquier reacción de decaimiento radiactivo se cumplen los siguientes principios de conservación:

• Conservación de la carga eléctrica: La suma de las cargas eléctricas antes y después de la reacción es la misma, i.e.no hay creación ni destrucción de la carga eléctrica neta.

• Conservación de nucleones: El número de nucleones se mantiene constante. Con base en la reacción general se tiene quetiene que 

• Conservación de la cantidad de movimiento: Sabemos que la cantidad de movimiento lineal o momentum lineal es el producto de la masa por la velocidad. De esto se desprende que en una reacción nuclear, el momentum total del núcleo padre es igual a la suma de los momentos de las partículas producidas; de la misma forma, se mantiene el momentum angular.

• Conservación de la masa‐energía: La cantidad de energía de cualquier tipo más la cantidad de masa convertida en i l t í (E ²) i l l d l tid d d í d l d t á lsu equivalente en energía (E=mc²) es igual a la suma de las cantidades de energía de los productos más los 

equivalentes en energía de sus masas. En este caso nos interesa principalmente el principio de conservación de nucleones aplicado a las ecuaciones de decaimiento radiactivo que se explicarán en seguida.

Tipos de decaimientoTipos de decaimiento• Decaimiento Alfa (α) 

• La emisión de una partícula alfa es la manera a través de la cual un núcleo inestable puede adquirir un estado de mayor estabilidad. Cuando el núcleo contiene demasiados protones (Z > 82), las fuerzas de Coulomb se p ( ),vuelven significativamente más grandes que las fuerzas que mantienen unido al núcleo. Para formar una configuración estable, el núcleo debe emitir una partícula α la cual tiene la misma masa y carga que el núcleo de helio (2 protones + 2 neutrones). Es así como resulta una partícula o ( p ) pnúcleo hijo con un incremento en la razón neutrón‐protón y un núcleo más estable.

• Los núcleos resultantes tendrán un número de masa de 4 umas menos• Los núcleos resultantes tendrán un número de masa de 4 umas menos que el núcleo padre, además de que el número atómico será también menor en 2 unidades.

α+→ − YX ZA 2 α+→ − YX AZ 4

Tipos de decaimientosTipos de decaimientos• Decaimiento Beta Negativo (β ‐)

U d t l ú l t bié l h i t bl l ó t• Un exceso de neutrones en el núcleo también lo hace inestable, la razón entre neutrones y protones se modifica mediante la conversión de un neutrón a un protón. Esta conversión de neutrón a protón se acompaña de una partícula energética (partícula β ‐) que tiene la misma masa y carga que un electrón. La suma de la masa del átomo hijo y de la partícula beta es menor a la masa del átomode la masa del átomo hijo y de la partícula beta es menor a la masa del átomo padre, por lo que las partículas β ‐emitidas deben tener la energía equivalente a la masa perdida. Sin embargo, las partículas beta no son mono energéticas como lo son las partículas alfa sino que cubren un amplio espectro de energía desde cero energía hasta la energía máxima calculada (Eβmax) de acuerdo a la conversión de la dif i d í ( l fi b d i i b ) L i ió

βdiferencia de masa en energía (ver la figura sobre decaimiento beta). La emisión de partículas beta va acompañada de una partícula, sin carga y virtualmente sin masa, llamada antineutrino, cuya energía cinética comprende la diferencia en energía observada. Un decaimiento beta tendrá como resultado un átomo hijo con la misma masa atómica que el padre pero el número atómico será mayor en unala misma masa atómica que el padre, pero el número atómico será mayor en una unidad, como se muestra en la siguiente ecuación:

υβ ++→ −− YX A

ZAB 1

Tipos de decaimientoTipos de decaimiento• Transiciones Gamma (γ)••• Un tipo de emisión importante desde el punto de vista de Protección Radiológica, es la radiación 

electromagnética. Esta radiación no posee masa en reposo pero sí posee una cantidad de energía que es característica del núcleo radiactivo emisor. Esta radiación electromagnética es la llamada gamma (γ). Su naturaleza es similar a las otras radiaciones electromagnéticas como lo son las ondas de radio luz visible o rayos‐X pero su longitud de onda es menor En la figura se presenta elde radio, luz visible o rayos X, pero su longitud de onda es menor. En la figura se presenta el espectro electromagnético, donde podemos encontrar las longitudes de onda y frecuencias correspondientes a la radiación gamma. Es necesario mencionar que sus características fundamentales son su velocidad (c=2.999792×108 m/s en el vacío) y su longitud de onda λ (longitud entre dos crestas en una onda). El número de ondas que pasa por un punto determinado por unidad de tiempo se llama frecuencia (υ). La relación entre la longitud de onda, la frecuencia y la p ( ) g yvelocidad está dada por: c = λ ∙ υ. Por otro lado, la energía que acarrea una onda está dada por la ecuación: E = h ∙ υ, donde E es la energía y h es la constante de Planck (4.1357×10‐15 eV∙s).

• Una emisión alfa o beta puede dejar al núcleo en el estado base, pero lo más común es que el núcleo quede en un estado excitado. Un núcleo en un estado excitado puede ceder su exceso de q penergía por medio de un fotón de alta energía o radiación gamma.

Tipos de decaimientoTipos de decaimiento

Figura 1.7: Espectro Electromagnético.

Tipos de decaimientoTipos de decaimiento• Emisión de Neutrones

• Los núcleos que de manera natural tienen un exceso de neutrones en relación a los protones, transforman un neutrón en un protón mediante el proceso de decaimiento beta negativo en vez de emitir algún neutrón. p g gExisten algunos núcleos que con una vida corta y que son productos de la fisión, emiten neutrones. Existen algunos núcleos que decaen emitiendo neutrones por lo que su número de masa disminuye en una unidad, pero su número atómico no cambia, es decir, el núcleo que emite un neutrón se , , qconvierte en un isótopo del mismo elemento; este tipo de radiación se presenta en pocos casos y se puede representar por medio de la reacción siguiente:

AA 1 nXX AZ

AZ +→ −1

Tipos de decaimientoTipos de decaimiento

• La importancia de la radiación de neutrones a po ta c a de a ad ac ó de eut o esradica básicamente en otro mecanismo de emisión que se presenta en algunas reacciones 

l í lnucleares características; por ejemplo, si un núcleo de ¹¹B reacciona con un núcleo de 4He se produce un núcleo de 14N y un neutrón laproduce un núcleo de  N y un neutrón, la reacción quedaría de la siguiente manera:

nNHeB +→+ 147

42

115

Ley de decaimientoLey de decaimientott eNtNyeAtA λλ −− == 00 )()(

Figura 1.8: Decaimiento exponencial negativo típico.

Ley de decaimientoLey de decaimiento

• Esta ecuación representa la variación con elEsta ecuación representa la variación con el tiempo del número de átomos de una sustancia radiactiva que se desintegra desustancia radiactiva que se desintegra de modo sencillo. Si derivamos la ecuación anterior obtenemos:anterior obtenemos:

ANdN==− λ AN

dtλ

Unidades de ActividadUnidades de Actividad

• Puesto que la actividad es el número de desintegraciones que t l ti di i ú locurren con respecto al tiempo, sus dimensiones son núcleos 

desintegrados/unidad de tiempo. La unidad empleada ampliamente en la actualidad es el Curie (Ci). Originalmente la definición del Curie se basó en el número de desintegraciones por segundo que g p g qexperimenta una muestra de un gramo del 226Ra que es 3.7×1010desintegraciones por segundo. Cuando la actividad de una muestra de material radiactivo es muy pequeña, resulta conveniente usar submúltiplos de esta unidad por ejemplo:submúltiplos de esta unidad, por ejemplo:

1 milicurie (mCi)=3.7×107 des/s1 microcurie (μCi)=3 7×104 des/s1 microcurie (μCi)=3.7×104 des/s

• En el Sistema Internacional de Unidades se utiliza el Bequerel (Bq)definido como 1 Bq = 1 desintegración/segundodefinido como 1 Bq = 1 desintegración/segundo.

Constante de decaimientoConstante de decaimiento

• Un núclido radiactivo queda caracterizado por la q pvelocidad con que se desintegra y, para este fin, resulta aplicable cualquiera de las tres magnitudes relacionadas con ella: la constante demagnitudes relacionadas con ella: la constante de desintegración, el periodo de semidesintegración y la vida media. Como hemos visto, el periodo de d i t ió d bt di t ldesintegración se puede obtener mediante el despeje en la fórmula de actividad, tomando una actividad inicial y una actividad medida en un ytiempo t. De esto se desprende que la constante se calcula como:

λ⎞

⎜⎜⎛ A 1ln λ=⋅

⎠⎜⎜⎝

−tA

ln0

Periodo de semidesintegraciónPeriodo de semidesintegración

• Otra magnitud que se utiliza para caracterizarOtra magnitud que se utiliza para caracterizar un radionúclido es el periodo de semidesintegración T que es el tiemposemidesintegración T, que es el tiempo necesario para que se desintegre la mitad de los átomos radiactivos existentes en unlos átomos radiactivos existentes en un instante dado; al cabo de un periodo,  , de donde se calcula el periodo de

5.0)(

0

=ATA

de donde se calcula el periodo de semidesintegración como:

693.0λ693.0

=T

Vida mediaVida media

• Se puede determinar también la vida media oSe puede determinar también la vida media, o valor promedio de la vida de los átomos de una especie radiactiva; representadauna especie radiactiva; representada comúnmente por τ, viene dada por la suma de las duraciones de la existencia de cada uno delas duraciones de la existencia de cada uno de los átomos dividida por el número inicial de éstos Matemáticamente se calcula como:éstos. Matemáticamente se calcula como:

693011

0 0TdtetN

Nt === ∫

∞ −

λλτ λ

693.000N ∫ λ

Interacción de la radiación con la materia

• Uno de los principales efectos de la radiación sobre los p pátomos de la materia es el de ionización, por lo que se denominan en general como radiaciones ionizantes. Para protegerse de ellas utilizarlas y detectarlas sePara protegerse de ellas, utilizarlas y detectarlas se deben conocer los efectos y las formas en que interaccionan con la materia.

• Como las características de las partículas son diferentes interaccionan con la materia en formasdiferentes, interaccionan con la materia en formas diversas. Los efectos de la radiación dependen de las propiedades de los materiales sobre los que incidan.

Interacción de la radiación con la materia

Figura 1 9: Poder de penetración de la radiación ionizanteFigura 1.9: Poder de penetración de la radiación ionizante.

Unidades RadiologicasUnidades Radiologicas• En el periodo de 1953 a 1962, la 

Comisión Internacional de Unidades yComisión Internacional de Unidades y Medidas de Radiación (CIUMR), desarrolló y presentó sus definiciones para las cantidades de actividad, exposición, dosis absorbida y 

MAGNITUD UNIDADES

actividad 1−sp , yequivalente de dosis, así como las correspondientes unidades especiales: el Curie (Ci), el Roentgen (R), el rad y el rem.L id d di ló i

exposición

rapidez de exposición

dosis absorbida

1−∗ kgC111 −−− ∗∗=∗∗ kgCAskgC

1−∗ kgJ

• Las unidades radiológicas se pueden expresar en unidades internacionales como se muestra en la Tabla 3.1, pero los factores numéricos implicados dificultan su

rapidez de dosisabsorbida

dosis equivalente

rapidez de dosis

1−∗ kgJ

111 −−− ∗=∗∗ kgWskgJ

111 −−− ∗=∗∗ kgWskgJnuméricos implicados dificultan su adopción como unidades derivadas del Sistema Internacional.

equivalente∗=∗∗ kgWskgJ

Tabla 3.1 Unidades radiológicas

Efectos de la radiación en la saludEfectos de la radiación en la salud• Para estudiar este tema, se crea, en los años veinte, la Comisión Internacional de 

Protección Radiológica Dos décadas más tarde durante la Segunda GuerraProtección Radiológica. Dos décadas más tarde, durante la Segunda Guerra Mundial, las explosiones de Hiroshima y Nagashaki, en Japón, muestran al mundo el efecto devastador de las grandes dosis de radiación. Esta es una lección que la humanidad no debe olvidar: las radiaciones pueden matar.

• Cuando una célula se irradia es decir recibe radiaciones sufre distintasCuando una célula se irradia, es decir, recibe radiaciones, sufre distintas alteraciones, que pueden ser más o menos graves, según la dosis recibida. Si las células afectadas son las que interfieren en la reproducción, los efectos pueden transmitirse de padres a hijos.

• Sin embargo, el cuerpo humano, dispone de mecanismos de reparación que le g , p , p p qpermiten reaccionar y recuperarse de los efectos nocivos, de una dieta inadecuada, de la contaminación, de los rayos ultravioletas o condiciones de trabajo peligrosas. De la misma forma que superamos los virus y las enfermedades, el hombre es capaz de vivir en un ambiente naturalmente radiactivo.

h d h l d d b é d l• Como hemos dicho, las radiaciones pueden matar, pero también pueden curar. El cáncer, por ejemplo, es una de las enfermedades que las radiaciones pueden curar: el tejido enfermo se destruye y otras células sanas ocupan su lugar.

• Los efectos de las radiaciones dependen de las dosis recibidas. Pueden ser beneficiosas o perjudiciales según el uso que hagamos de ellasbeneficiosas o perjudiciales, según el uso que hagamos de ellas.

Medidas para protegerse de la d óradiación

Hay tres formas fundamentales de protegernos de las radiaciones:

• Interponiendo obstáculos entre ellas y nosotros.• Alejándonos de la fuente que las produce• Alejándonos de la fuente que las produce.• Reduciendo el tiempo de exposición.En el caso de las centrales nucleares, los muros de cemento y niveles adecuados de agua limitan el riesgo de los trabajadores.

Una adecuada contribución de barreras de protección yUna adecuada contribución de barreras de protección y una distancia suficiente permiten manipular con seguridad objetos muy radiactivos.

Dosis altas y efectos agudosDosis altas y efectos agudos

Dosis Efectos Clínicos

5 - 10 rem Umbral para la detección de los efectos25 - 100 rem Cambios temporales detectables en la sangrep g100 - 200 rem Náuseas, fatiga, cambios sanguíneos. Se espera que el

100% de las personas se recuperen de estos síntomas450 ± 100 rem (DL-50-30) Amplio espectro de síntomas. Se espera que

el 50% de las personas que reciban dicha dosis mueran en 30 días siguientes. DL significa dosis letal.

Tabla 5.2 Valores típicos que se citan para dosis corporales correspondientes a síntomas agudos.

Aplicaciones de la Radiación Ionizante

• 1.‐ Agricultura. g cu tu a• a) Esterilización de insectos nocivos a los cultivos por ejemplo: Mosca prieta, Gusano barrenador.p j p p

• b) Cambios genéticos con el objetivo de inhibir la producción de semillas por ejemplo: Uvas, Limones, Sandias.

• c) Optimización de fertilizantes.• d) Producción de nuevas especies con mejores cualidades.

Aplicaciones de la Radiación IonizanteAplicaciones de la Radiación Ionizante

• 2 ‐Medicina2. Medicina 

• a) Radiación gamma para destrucción de tejidos cancerosos ubicados en zonas de difíciltejidos cancerosos ubicados en zonas de difícil acceso.

b) E i i d di• b) Emisores gamma inyectados para estudios  de irrigación sanguínea  y trazadores.

Aplicaciones de la Radiación IonizanteAplicaciones de la Radiación Ionizante

• 3 ‐ Industria3. Industria

• a) Alarmas contra incendios en detectores de humohumo.

• b) Radiografía industrial.

• c) Medidores de: espesor,  densidad,  humedad, compactación.

• d) Plantas núcleo eléctricas productoras de energía eléctrica.g