seminario 14 radioisotopos

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UNIVERSIDAD DE SAN MARTIN DE PORRES FACULTAD DE MEDICINA CURSO DE FISICA BIOLOGICA SEMINARIO 13 RADIOISOTOPOS Y SU IMPORTANCIA MEDICA Radioactividad El término radiactividad se encuentra bastante extendido en la sociedad. Se habla de residuos radiactivos, datación de restos arqueológicos usando isótopos radiactivos (Como el Carbono 14), bombas nucleares, aplicaciones médicas... El debate sobre los beneficios e inconvenientes de la energía nuclear como fuente de energía frente a las otras alternativas (petróleo, carbón y gas natural por un lado y la energía solar, eólica, hidroeléctrica. por el otro) también es y seguirá siendo un asunto candente en los próximos años. Sin embargo, realmente es poco lo que se conoce del tema. Hace falta conocer los beneficios que genera, los alcances científicos y las precauciones que se debe tener con el manejo de la radiactividad, además es interesante informarse sobre el porqué ocurren, más sabiendo que todos los seres vivos están involucrados, se quiera o no con ella, no importando el lugar en donde se encuentren, ya sea en la casa, en la oficina, en el campo, en la calle, o en el colegio. 1.- DESCUBRIMIENTO DE LA RADIACTIVIDAD Los antiguos griegos propusieron que la materia no podía ser dividida indefinidamente, de tal forma que supusieron que ésta debía estar compuesta por unidades indivisibles a las que llamaron átomos (de palabras griegas que literalmente significan: sin división). Los griegos supusieron que las diversas formas que los átomos tenían -los cuales eran sólidos- determinaban las características de las diferentes sustancias. Después vino la idea de los elementos, la cual suponía que diferentes elementos estaban constituidos por diferentes clases de átomos. John Dalton (1766-1844) mostró que cada elemento estaba formado de átomos que diferían en masa de los átomos de otros elementos. Por ejemplo, el carbón tiene una masa relativa de 12, el oxigeno de 16, siendo la unidad el átomo de hidrógeno, el cual es el más ligero de todos los átomos. También se creía a finales del siglo XIX, que los componentes básicos de la materia conocida eran estables, siempre iguales, inmutables. Se pensaba que cuando un material no recibe influencia externa alguna (no se calienta, no se parte, no se tiñe, etc.), permanecerá igual a través del tiempo, sus átomos no cambiarán: es decir desde un lenguaje más científico se creía que las moléculas

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Page 1: Seminario 14 RADIOISOTOPOS

UNIVERSIDAD DE SAN MARTIN DE PORRES

FACULTAD DE MEDICINA

CURSO DE FISICA BIOLOGICA

SEMINARIO 13

RADIOISOTOPOS Y SU IMPORTANCIA MEDICA

Radioactividad

El teacutermino radiactividad se encuentra bastante extendido en la sociedad Se habla de residuos radiactivos datacioacuten de restos arqueoloacutegicos usando isoacutetopos radiactivos (Como el Carbono 14) bombas nucleares aplicaciones meacutedicas El debate sobre los beneficios e inconvenientes de la energiacutea nuclear como fuente de energiacutea frente a las otras alternativas (petroacuteleo carboacuten y gas natural por un lado y la energiacutea solar eoacutelica hidroeleacutectrica por el otro) tambieacuten es y seguiraacute siendo un asunto candente en los proacuteximos antildeos

Sin embargo realmente es poco lo que se conoce del tema Hace falta conocer los beneficios que genera los alcances cientiacuteficos y las precauciones que se debe tener con el manejo de la radiactividad ademaacutes es interesante informarse sobre el porqueacute ocurren maacutes sabiendo que todos los seres vivos estaacuten involucrados se quiera o no con ella no importando el lugar en donde se encuentren ya sea en la casa en la oficina en el campo en la calle o en el colegio

1- DESCUBRIMIENTO DE LA RADIACTIVIDAD

Los antiguos griegos propusieron que la materia no podiacutea ser dividida indefinidamente de tal forma que supusieron que eacutesta debiacutea estar compuesta por unidades indivisibles a las que llamaron aacutetomos (de palabras griegas que literalmente significan sin divisioacuten) Los griegos supusieron que las diversas formas que los aacutetomos teniacutean -los cuales eran soacutelidos- determinaban las caracteriacutesticas de las diferentes sustancias

Despueacutes vino la idea de los elementos la cual suponiacutea que diferentes elementos estaban constituidos por diferentes clases de aacutetomos John Dalton (1766-1844) mostroacute que cada elemento estaba formado de aacutetomos que diferiacutean en masa de los aacutetomos de otros elementos Por ejemplo el carboacuten tiene una masa relativa de 12 el oxigeno de 16 siendo la unidad el aacutetomo de hidroacutegeno el cual es el maacutes ligero de todos los aacutetomos

Tambieacuten se creiacutea a finales del siglo XIX que los componentes baacutesicos de la materia conocida eran estables siempre iguales inmutables Se pensaba que cuando un material no recibe influencia externa alguna (no se calienta no se parte no se tintildee etc) permaneceraacute igual a traveacutes del tiempo sus aacutetomos no cambiaraacuten es decir desde un lenguaje maacutes cientiacutefico se creiacutea que las moleacuteculas

podiacutean sufrir transformaciones recombinaacutendose para formar otras pero los aacutetomos se manteniacutean siempre inalterados

Pero en 1896 Becquerel informoacute a la comunidad cientiacutefica un fenoacutemeno que no encajaba con esta idea de la inmutabilidad de los materiales

A HENRI BECQUEREL

Poco despueacutes de que se descubriera los rayos X en 1895 Antoine Henri Becquerel (1852-1908) mostroacute un fenoacutemeno que no era explicable de acuerdo con el modelo inmutable que se teniacutea de los aacutetomos Habiacutea observado repetidas veces que unas placas fotograacuteficas envueltas en papel negro junto a un cierto mineral (que luego seriacutea denominado pecblenda) se habiacutean ennegrecido (se habiacutean velado) Esto sucediacutea de un diacutea para otro es decir en un tiempo relativamente cortos lo que haciacutea suponer que el cambio se

debiacutea a un agente externo No podiacutea entrar luz a las placas y eacutestas no habiacutean sido calentadas Tampoco podiacutean haber sido afectadas por alguacuten agente quiacutemico Al revelar la placa aparecioacute que alguacuten rayo emitido por el mineral debiacutea haber penetrado a traveacutes del papel

Pero iquestcoacutemo habiacutea sucedido esto El peso de la evidencia tras mucho repetir la operacioacuten llevoacute a la conclusioacuten que existiacutea algo producido o emitido por la pecblenda que atravesaba la gruesa proteccioacuten de las placas fotograacuteficas de la eacutepoca y las impresionaba igual que cuando se sacaba una fotografiacutea exponieacutendolas a la luz visible comuacuten De este modo Becquerel descubrioacute la radiactividad Posteriormente mostrariacutea que los rayos provenientes del uranio podiacutean ionizar el aire y tambieacuten eran capaces de penetrar a traveacutes de laacuteminas metaacutelicas delgadas

B-MADAM CURIE

En 1898 Marie Sklodowska Curie (1867-1934) con su esposo Pierre Curie (1859-1906) dirigioacute sus investigaciones a la radiactividad En poco tiempo el matrimonio Curie descubrieron dos elementos nuevos el polonio y el radio ambos radiactivos Para confirmar su trabajo sobre el radio procesaron una tonelada de residuos de pecblenda para obtener 01 g de cloruro de radio puro que usaron para efectuar maacutes estudios

sobre las propiedades del radio y determinar su masa atoacutemica Marie Curie dos antildeos despueacutes de eacutel descubrimiento de Becquerel en 1898 le dio a este fenoacutemeno el nombre de radiactividad

C ERNEST RUTHERFORD

Ernest Rutherford en 1899 comenzoacute a investigar la naturaleza de los rayos emitidos por el uranio Encontroacute dos tipos de rayos a los que llamoacute rayos alfa y beta Pronto se dio cuenta que el Uranio al emitir estos rayos se transformaba en otro elemento A la altura de 1912 se conociacutean ya maacutes de 30 isoacutetopos radiactivos y hoy se conocen mucho maacutes Paul Villard descubrioacute en 1900 los rayos gamma un tercer tipo de rayos que emiten los materiales radiactivos y que es semejante a los rayos X De

acuerdo con la descripcioacuten del aacutetomo nuclear Rutherford se atribuyoacute el fenoacutemeno de la radiactividad a reacciones que se efectuacutean en los nuacutecleos de aacutetomos

2- ISOTOPOS

Como hemos dicho los nuacutecleos de los aacutetomos estaacuten formados por partiacuteculas llamadas nucleones que son de dos tipos los protones (partiacuteculas eleacutectricamente positivas) y los neutrones (que como su nombre lo indica son eleacutectricamente neutras) Todos los aacutetomos de un mismo elemento tienen la misma cantidad de protones y por tanto la misma cantidad de electrones Esto hace que tengan similares propiedades quiacutemicas (El comportamiento quiacutemico de un aacutetomo estaacute asociado al nuacutemero atoacutemico)

Pero existen aacutetomos que teniendo el mismo nuacutemero de protones tienen diferente cantidad de neutrones Se denominan los isoacutetopos de ese elemento Asiacute como el nuacutemero atoacutemico caracteriza a elementos diferentes el nuacutemero maacutesico que es la suma de protones y neutrones que hay en el nuacutecleo caracteriza isoacutetopos diferentes

El nuacutecleo del aacutetomo de oxiacutegeno tiene 8 protones (esto es imprescindible para que sea oxiacutegeno) pero se encuentran en la naturaleza en forma estable nuacutecleos con 8 neutrones (99756 ) con 9 neutrones (0039 ) y con 10 neutrones (0205 )

Resumiendo Los isoacutetopos de un mismo elemento son las distintas variedades existentes de nuacutecleos que tienen la misma cantidad de protones pero distinto nuacutemero de neutrones Para definir completamente de queacute nuacutecleo se trata deberemos entonces decir cuaacutentos protones y cuaacutentos neutrones tiene Para un mismo elemento de la tabla perioacutedica existe una gran cantidad de diferentes isoacutetopos Esto hace que el nuacutemero de nuacutecleos posibles sea enorme Todos los isoacutetopos de un mismo elemento se deben colocar en el mismo lugar de la tabla perioacutedica (De ahiacute el nombre de isoacutetopos) Hay elementos que tienen hasta 20 oacute 30 isoacutetopos diferentes

El anaacutelogo a la tabla perioacutedica pero considerando todos los posibles isoacutetopos de cada elemento se conoce como la Carta Nuclear

A cada uno de estos nuacutecleos diferentes los llamamos nucleidos La cantidad total de nucleidos identificados hasta el presente es muy grande proacutexima a los 2000

Se disentildeoacute una carta o tabla de nucleidos para sistematizar la informacioacuten sobre ellos Se ordenan en casilleros en distintas filas de acuerdo a la cantidad de protones y en distintas columnas de acuerdo a la cantidad de neutrones

Asiacute encontraremos que en la fila 8 estaacuten los nucleidos que tienen 8 protones es decir encontraremos a todos los isoacutetopos del oxiacutegeno De la misma forma en la fila 92 estaraacuten todos los isoacutetopos del uranio

Dentro de cada casillero de la tabla de nucleidos se incluye normalmente informacioacuten sobre el nucleido en particular de utilidad para los cientiacuteficos nucleares Una informacioacuten relevante es si el nucleido en cuestioacuten es estable o inestable Para ello ademaacutes de datos numeacutericos es comuacuten dar a cada casillero un color particular En nuestra carta de nucleidos hemos pintado de negro los casilleros de los nucleidos estables mientras que los inestables tienen otro color

Entre los nucleidos de la carta solo algunos (pocos) son llamados estables es decir que no se transmutan por siacute solos en otros isoacutetopos y por lo tanto no se alteran con el paso del tiempo Los otros inestables emiten radiaciones son los isoacutetopos radiactivos o radioisoacutetopos

Lo primero que nos asombra es ver que los casilleros negros son muy pocos hay muchiacutesimos maacutes nucleidos inestables que estables Sin embargo es mucho maacutes faacutecil encontrar nucleidos estables que con nucleidos inestables ya que aquellos tienen una vida eterna mientras que los segundos se van transformando en otros nucleidos

En la carta de los nucleidos la curva que forman los casilleros negros es llamada liacutenea de estabilidad como si se pudiera trazar A la derecha de la liacutenea de estabilidad se ubican los isoacutetopos radiactivos que tienen maacutes neutrones que los isoacutetopos estables (color celeste) A la izquierda se ubican los isoacutetopos radiactivos que tienen menos neutrones que los estables (color rosa)

Los isoacutetopos que estaacuten fuera de la liacutenea de estabilidad emiten radiaciones dando como resultado otro nucleido maacutes cercano a la liacutenea de estabilidad En la zona celeste se emiten partiacuteculas negativas normalmente electrones que constituyen la radiacioacuten (beta -) Se dice que el nucleido ha tenido entonces un decaimiento beta La peacuterdida de una carga negativa en el nuacutecleo puede interpretarse como que un neutroacuten se transformoacute en un protoacuten por lo que el nuevo nucleido estaacute una fila maacutes arriba y una columna maacutes a la izquierda que el nucleido original acercaacutendose a los casilleros negros

En la zona rosa en cambio las partiacuteculas emitidas son positivas (positrones) Aquiacute sucede a la inversa en el decaimiento beta maacutes todo pasa como si un protoacuten perdiera su carga y se transformara en un neutroacuten por lo que el nucleido hijo se encuentra una fila maacutes abajo y una columna maacutes a la derecha que el original tambieacuten acercaacutendose a los casilleros negros

En liacuteneas generales se comprueba que los nucleidos que estaacuten maacutes alejados de la liacutenea de estabilidad son los maacutes inestables Esto significa que muy raacutepidamente desde que son creados (ya sea directamente o bien como consecuencia de alguacuten decaimiento) emiten alguna radiacioacuten mientras que los cercanos a los casilleros negros tardan maacutes en hacerlo

Ademaacutes de la emisioacuten beta en el caso de los nucleidos muy pesados es comuacuten la emisioacuten de partiacuteculas alfa Casi siempre el decaimiento de un nucleido mediante la emisioacuten de una partiacutecula cargada (alfa beta) es acompantildeada ademaacutes por la emisioacuten de radiacioacuten gamma

3-TIPOS DE RADIACIONES

Son muchas las radiaciones que existen rayos ultravioleta infrarroja luz visible ondas de radio microondas rayos alfa beta y gamma La descripcioacuten y comprensioacuten de las mismas no fue la obra de una sola persona sino el producto del aporte de muchos cientiacuteficos durante fines del siglo XIX y todo el siglo XX tarea que auacuten continuacutea Se destacan en los primeros tiempos Rutherford y colaboradores que investigaron en detalle la naturaleza de las radiaciones emitidas logrando identificar tres

ALFA - Resultaron ser nuacutecleos de helio (o sea aacutetomos del gas noble helio despojados de sus uacutenicos dos electrones)

BETA - Resultaron ser electrones(Beta menos) o positrones (Beta maacutes) muy raacutepidos

GAMMA - Consisten en Radiacioacuten Electromagneacutetica (similar a otras radiaciones que nos son maacutes familiares como la luz visible o los rayos X) pero con la diferencia de ser mucho maacutes energeacuteticos

Mientras que las partiacuteculas alfa y beta tienen alcances definidos en la materia los rayos gamma experimentan una atenuacioacuten exponencial (si se pasa por alto la acumulacioacuten que resulta de la dispersioacuten dentro de un material) a medida que atraviesan la materia Cuando puede prescindirse de la acumulacioacuten la atenuacioacuten de los rayos gamma viene dada por la caracteriacutestica de la masa El coeficiente maacutesico de atenuacioacuten depende de la energiacutea de los rayos gamma y del material con el que interactuacutean los rayos gamma

PENETRACION DE LAS RADIACIONES IONIZANTES EN LA MATERIA

Las Partiacuteculas Alfa de los materiales radiactivos son detenidas faacutecilmente por un pedazo de cartoacuten Las Partiacuteculas Beta penetran el cartoacuten pero son detenidas por una laacutemina de aluminio Los Rayos Gamma logran atravesar la lamina de aluminio pero acaban siendo absorbidos por un bloque grueso de plomo Los Neutrones producidos por ejemplo en reactores de fisioacuten logran atravesar incluso el plomo pero no un bloque grueso de hormigoacuten

4- VIDA MEDIA DE LOS ELEMENTOS RADIACTIVOS

Cada nuacutecleo radiactivo se desintegra seguacuten la intensidad o rapidez especiacutefica constante siendo distinta para cada especie Asiacute por ejemplo mientras que unos isoacutetopos radiactivos se desintegran en menos de un segundo otros tienen una vida mucho maacutes larga de hasta miles de antildeos

Para caracterizar estos tiempos se usa el concepto de vida media La vida media (t12) es el tiempo necesario para que se desintegre la mitad de una determinada cantidad de un nuacutecleo radiactivo Como hemos dicho las semividas de los elementos alcanzan desde una fraccioacuten de segundo hasta miles de millones de antildeos Un nuacutecleo estable puede considerarse por tanto como un nuacutecleo con una vida media infinita Por ejemplo el 238

92 U tiene una semivida de 45 x 109 antildeos el 226

88Ra tiene una semivida de 1620 antildeos y el 156C tiene una semivida de 24s

Como ejemplo si hoy se tuviera 10g de 22688Ra al cabo de 1620 antildeos se tendriacutean

05 g de 22688Ra al final de otro periacuteodo de 1620 antildeos quedariacutean 025 g y asiacute

sucesivamente

Las vidas medias de los radioisoacutetopos del mismo elemento son distintas En la tabla siguiente aparecen las de algunos isoacutetopos del Radio Carbono y Uranio

Vida Media de isoacutetopos del Radio Carbono y Uranio

Isoacutetopo Semivida Isoacutetopo Semivida

Ra 223 117 diacuteas C 14 5668 antildeos

Ra 224 364 diacuteas C 15 24 segundos

Ra 225 148 diacuteas U 235 71 x 108 antildeos

Ra 226 1620 antildeos U 238 45 x 109 antildeos

Ra 228 67 antildeos

5- RADIACTIVIDAD NATURAL

La radiactividad no es nada nuevo Existe desde que se formoacute la Tierra hace 4500 millones de antildeos No se puede percibir por el olfato el gusto el tacto el oiacutedo ni la vista Soacutelo en los uacuteltimos antildeos se ha aprendido a detectarla medirla y controlarla

Al contrario de la creencia popular la radiacioacuten no soacutelo se produce en las centrales nucleares o en las bombas atoacutemicas (que en realidad deberiacutean llamarse bombas nucleares) En efecto un 87 de la dosis de radiacioacuten que recibimos proviene de fuentes naturales La radiactividad estaacute en todas partes en las casas en el aire que respiramos en los alimentos que tomamos incluso nuestro propio cuerpo es radiactivo La Tierra es radiactiva por naturaleza y expone a los habitantes a la radiacioacuten proveniente de las rocas superficiales y el suelo

La radiacioacuten natural en la tierra y las rocas da una dosis promedio de 60 mrem (rem es la unidad para medir la dosis de radiactividad) por antildeo Estos materiales forman parte de las viviendas dado que se utilizan estas rocas en los materiales de construccioacuten antildeadiendo cantidades apreciables de radiacioacuten Por ejemplo el habitar en una casa de ladrillo o piedra el hombre se expone a 7 mrem maacutes por antildeo que si se habita en una casa de madera Todos los edificios de granito emiten radiaciones y el vivir sobre granito antildeade cantidades apreciables de radiacioacuten El gas radoacuten que surge del radio natural contenido en los materiales de construccioacuten tambieacuten estaacute presente en las casas y oficinas y emite maacutes radiacioacuten Incluso el dormir junto a otra persona puede aumentar nuestra dosis anual de radiacioacuten ya que cada cuerpo contiene potasio radiactivo que existe normalmente junto con el potasio normal que es esencial a la vida dando una dosis de radiacioacuten interna

La radiactividad natural tambieacuten se introduce en el cuerpo y estas radiaciones internas llegan a la mayoriacutea de los tejidos corporales en una cantidad aproximada de 18 mrem por antildeo Tanto el alimento como el agua y el aire contienen niveles bajos de radiactividad natural y esto ha sido asiacute desde el comienzo del mundo

Las fuentes naturales de radiacioacuten son tiacutepicas de la manera actual de vivir El arar la tierra libera gas radoacuten a la atmoacutesfera Los materiales radiactivos naturales se introducen en la cadena alimentaria el aire que se respira y el agua que bebemos y los materiales de construccioacuten el concreto la piedra y el ladrillo emiten radiacioacuten natural

Graacutefico Serie de desintegracioacuten de 23892U a 206

82Pb las flechas indican las transformaciones que se inician en el uranio y terminan en el plomo las flechas horizontales indican emisioacuten de partiacuteculas szlig y las diagonales partiacuteculas alfa

Tambieacuten cuando se viaja en avioacuten uno se expone a recibir una radiacioacuten mayor ya que hay menos proteccioacuten contra los rayos coacutesmicos Un pasajero que viaje en avioacuten a una altitud normal recibe en una hora una dosis de radiacioacuten cuatro veces mayor que la que recibe de toda la industria nuclear en un antildeo

6- EVOLUCIOacuteN

La evolucioacuten de vida en la tierra seguacuten las teoriacuteas maacutes aceptadas es fruto de las mutaciones geneacuteticas La presencia de una cantidad relativamente importante de Uranio en nuestro planeta convierte a la superficie terrestre en una zona con un importante contenido de radiacioacuten natural La vida no solo ha sido capaz de desarrollarse a pesar de estar sometida a esta radiacion sino que a base de mutaciones aleatorias de los genes debidas a estas radiaciones ionizantes ha ido evolucionando guiada por la seleccioacuten natural (supervivencia de las mutaciones beneficiosas) En un planeta con una menor cantidad de radiactividad natural la evolucioacuten de la vida hubiese sido mucho mas lenta o incluso inalcanzable Por tanto la humanidad como cabeza de la cadena evolutiva debe gran parte de su desarrollo a la radiactividad

61- DATACIOacuteN EL Carbono 14

El carbono 14 se produce de manera contiacutenua en la atmoacutesfera cuando neutrones de alta energiacutea del espacio chocan contra el nitroacutegeno 14

Al igual que el carbono 14 se produce contiacutenuamente por este proceso se descompone en forma continua al emitir partiacuteculas beta con el transcurso de los antildeos estos dos procesos opuestos han alcanzado casi equilibrio por lo que la cantidad de 14

6C presente en la atmoacutesfera permanece aproximadamente constante

El carbono 14 artificial que estaacute actualmente en circulacioacuten por la Tierra alcanza aproximadamente una tonelada y representa aproximadamente el 1 de la abundancia total natural Durante los uacuteltimos siete antildeos el hombre lo ha producido a un ritmo considerablemente mayor que el resultante del proceso natural mediante el cual se forma por la accioacuten de los neutrones de los rayos coacutesmicos La mayoriacutea estaacute todaviacutea en la atmoacutesfera combinado en dioacutexido de carbono En los organismos vivientes se ha elevado el contenido de carbono 14 hasta el 10 por encima de lo normal esta situacioacuten puede confundir a los futuros arqueoacutelogos

62- APLICACIONES MEDICAS

Dentro del uso de la radiactividad en las actividades humanas la maacutes conocida es la de sus aplicaciones meacutedicas El uso de la radiacioacuten en el diagnoacutestico y el tratamiento de enfermedades se ha convertido en una herramienta baacutesica en medicina Con ella se ha podido realizar exploraciones del cerebro y los huesos tratar el caacutencer y usar elementos radiactivos para dar seguimiento a hormonas y otros compuestos

quiacutemicos de los organismos

Tabla

Algunos isoacutetopos radiactivos sus vidas medias y sus aplicaciones meacutedicas como marcadores en el cuerpo humano

Nuacutecleo Vida media Aacuterea del cuerpo que se estudia

131 I 81 diacuteas Tiroides

59 Fe 451 diacuteas Gloacutebulos rojos

99 Mo 67 horas Metabolismo

32 P 143 diacuteas Ojos hiacutegado tumores

51 Cr 278 diacuteas Gloacutebulos rojos

87 Sr 28 horas Huesos

99 To 60 horas Corazoacuten huesos hiacutegado pulmones

133 Xe 53 diacuteas Pulmones

24 Na 148 horas Sistema circulatorio

Ejemplos de Aplicaciones Meacutedicas

Se emplean los trazadores radiactivos normalmente en el diagnoacutestico meacutedico Al respecto de coacutemo se debe detectar la radiactividad fuera del cuerpo generalmente se escogen isoacutetopos radiactivos (radionuacuteclidos) emisores de rayos gama Tambieacuten el trazador debe ser efectivo a bajas concentraciones y debe tener una semivida corta para reducir la posibilidad de dantildeos al paciente Se emplea el yodo radiactivo (I 131) para determinar la funcioacuten tiroidea que es donde el organismo concentra al yodo En este proceso se ingiere una pequentildea cantidad de yoduro radiactivo de sodio o de potasio Se enfoca un detector a la glaacutendula tiroides y se mide la cantidad de yodo en la glaacutendula pudiendo luego comparar con el de una tiroides normal para detectar cualquier diferencia

Tambieacuten Se puede emplear el yodo 131 para el tratamiento del hipertiroidismo( El mal funcionamiento de la glaacutendula tiroides desarrolla el bocio en las personas y causa muchos trastornos en el metabolismo) La dosis terapeacuteutica es mayor que la que emplea en el diagnoacutestico La glaacutendula tiroides concentra selectivamente al Y

131 La seccioacuten de la glaacutendula que es hiperactiva quedaraacute expuesta a una gran dosis del isoacutetopo y seraacute la que se destruya especiacuteficamente

Los meacutedicos pueden examinar la eficiencia cardiaca en el bombeo y verificar la evidencia de una obstruccioacuten en las arterias coronarias mediante el barrido nuclear El radionuacuteclido Tl 201 al inyectarse en el flujo sanguiacuteneo se aloja en el tejido sano del corazoacuten El talio 201 emite radiacioacuten gama que se detecta mediante un dispositivo especial llamado caacutemara de centelleo Los datos obtenidos se traducen simultaacuteneamente en cifras mediante una computadora Con esta teacutecnica se puede observar si el tejido cardiaco ha muerto despueacutes de un ataque al corazoacuten y si la sangre fluye libremente a traveacutes de los conductores coronarios

Una de las uacuteltimas aplicaciones de la quiacutemica nuclear es el uso de la tomografiacutea de emisioacuten de positrones (PET) en la medida de procesos dinaacutemicos en el organismo como el uso de oxiacutegeno o el flujo sanguiacuteneo y en oncologiacutea Para esta aplicacioacuten se fabrica un compuesto que contiene un nuacuteclido emisor de positrones como C 11 O 15 oacute N 13 Se inyecta el compuesto en el organismo y se coloca al paciente en un instrumento que detecta las emisiones de positrones Una computadora produce una imagen tridimensional de la zona Los barridos de emisioacuten de positrones tambieacuten se han empleado para localizar las zonas del cerebro relacionadas con los ataques epileacutepticos El cerebro emplea la glucosa a velocidad distinta del tejido normal

7- PELIGROS

La radiactividad puede ser peligrosa y sus riesgos no deben tomarse a la ligera Puede dantildear las ceacutelulas del organismo y la exposicioacuten a altos niveles puede ser nociva e incluso fatal si se trata de manera inadecuada por eso lleva un largo proceso de investigacioacuten y descubrimientos abrieacutendose las puertas de la era nuclear

Despueacutes de muchos antildeos de investigacioacuten desarrollo y aplicaciones industriales hoy se puede afirmar que existen soluciones tecnoloacutegicas bastante seguras para manejar adecuadamente los desechos radiactivos Estos no solo provienen de los reactores que generan electricidad sino tambieacuten de los hospitales la industria la agricultura y la investigacioacuten como ya se estudioacute en los apartados anteriores donde se conocieron las aplicaciones de la radiactividad en esos campos

71- Residuos Radiactivos

La desventaja principal de las plantas nucleares es que producen desechos altamente radiactivos algunos de los cuales tienen semividas de miles de antildeos Hasta ahora no se ha logrado un consenso sobre coacutemo almacenar con seguridad de tales productos radiactivos

Aproximadamente una vez al antildeo se extrae una parte del combustible nuclear colocado dentro del reactor nuclear de fisioacuten y se sustituye por uno nuevo El combustible gastado es muy radiactivo y debe aislarse por miles de antildeos con mucho cuidado de lo contrario causariacutea dantildeos irreparables a las personas y al ambiente Es extraiacutedo del reactor por manos mecaacutenicas y colocado en piscinas con agua para enfriarlo y aislarlo por poco tiempo mientras es llevado al depoacutesito permanente Tambieacuten se almacena en contenedores de hormigoacuten o acero mientras se les da el lugar definitivo

Este uranio gastado tambieacuten se reutiliza en la actualidad Francia Reino Unido y la Federacioacuten Rusa cuentan con plantas de reelaboracioacuten a nivel industrial y mundial para la obtencioacuten de uranio y plutonio en el proceso quiacutemico Este tipo de desecho representa un 95 ya que una planta tiacutepica nuclear de generacioacuten eleacutectrica produce 30 toneladas anuales de uranio gastado esta cantidad puede reducirse a 3 m3 de desecho radiactivo

Tambieacuten se cuentan con desechos radiactivos soacutelidos liacutequidos y gaseosos Entre los soacutelidos se cuentan toallas papel vidrio metales y otros materiales usados en la central Cada uno tiene su manera de ser tratados para evitar problemas

Los soacutelidos altamente radiactivos se sellan en recipientes de metal o ceraacutemica resistentes a la corrosioacuten para evitar que la humedad los afecte Actualmente algunos paiacuteses que se dedican a la reelaboracioacuten del combustible gastado lo vitrifican Hay acuerdos que la manera idoacutenea para aislar esos desechos es colocarlos en cavidades profundas de la tierra con barreras tecnoloacutegicas y naturales como por ejemplo minas de sal granito arcilla basalto (roca volcaacutenica) y otras maacutes

Los desechos soacutelidos vitrificados se sellan en recipientes de metal o ceraacutemica resistentes a la corrosioacuten para evitar que la humedad los afecte

72- Desastres en Centrales Nucleares

Dos eventos que demostraron los peligros potenciales de la energiacutea nuclear fueron los accidentes en la isla Three Mile en Pennsylvania EUA (1979) y Chernobyl URSS (1986) Ambos accidentes fueron originados por la peacuterdida de refrigerante en el nuacutecleo del reactor Los reactores en la isla Three Mile estaacuten envueltos por cascarones de cemento y por lo tanto dejaron escapar una cantidad relativamente pequentildea de material radiactivo a la atmoacutesfera Como en la Unioacuten Sovieacutetica no se usan estructuras de contencioacuten para las plantas nucleares el accidente de Chernobyl ocasionoacute 31 muertes y la afectoacute en diverso grado hasta un total de 135000 personas La descarga de grandes cantidades de Y 131 Cs 134 y Cs 137 generaron problemas de salud a largo plazo en esa poblacioacuten que estuvo expuesta

Sin embargo aunque muchos puedan creer que una central nuclear puede explotar como una bomba atoacutemica esto no es asiacute Las bombas atoacutemicas y las

centrales nucleares son esencialmente diferentes Las bombas para explotar requieren la unioacuten raacutepida de dos piezas de uranio-235 metaacutelico casi puro formando una masa compacta de geometriacutea definida Un reactor nuclear tiacutepico que produzca vapor para una central eleacutectrica utiliza uranio ceraacutemico (normalmente en forma de oacutexido) no metal con un contenido de uranio-235 soacutelo del orden del 3 el resto del uranio se compone de uranio 238 que no se fisiona en el reactor

Hay que indicar que en la actualidad la experiencia que ha adquirido la industria nuclear en el uso de sustancias radioactivas ha permitido a eacutesta conocer plenamente los peligros que entrantildea Un blindaje y una contencioacuten apropiados evitaraacuten la fuga de radiaciones La clara comprensioacuten de los principios de proteccioacuten radioloacutegica y el conocimiento exhaustivo de las propiedades de la radiacioacuten que posee la industria nuclear le permiten disentildear construir y explotar sus plantas manteniendo en un miacutenimo la exposicioacuten a las radiaciones que afecta a los trabajadores y el puacuteblico de conformidad con las directrices internacionales La vigilancia perioacutedica de los trabajadores de la industria nuclear y de su ambiente de trabajo garantiza que no se rebasen estos niveles

Para asegurarse que el puacuteblico no sufra ninguacuten dantildeo el explotador de la central estaacute obligado a medir la radiactividad en el ambiente y comprobar mediante medidas en el aire agua y suelos y alimentos que las personas que viven alrededor de la central pueden respirar beber y comer los alimentos de la zona sin peligro

Las medidas de seguridad y de precaucioacuten como toda actividad humana ha ido evolucionando con el tiempo tanto es asiacute que actualmente se exige un aacuterea sin poblar alrededor de las centrales nucleares aunque variacutea de acuerdo con cada paiacutes A finalizar 1989 existiacutean 426 centrales nucleares conectadas a la red eleacutectrica en 25 paiacuteses Actualmente la cantidad de energiacutea eleacutectrica representa maacutes del 20 de la demanda

73- Lluvia Acida

La radiactividad liberada en la atmoacutesfera principalmente de pruebas nucleares se deposita poco a poco sobre la superficie de la tierra a traveacutes de la conocida como lluvia radiactiva La dosis media recibida por la poblacioacuten por esta causa ha pasado de valores altos en las deacutecadas de los 50-70 (hasta 008-014 mSv) a los valores actuales del orden de 5 microSievert aunque en algunos lugares alcanza los 10 mocrosievert Como puede observarse en la graacutefica el aumento de radiactividad de 1986 se debe al accidente de la central de Chernobil

74- Bombas Nucleares

La Historia de la humanidad nos muestra que praacutecticamente todo el desarrollo tecnoloacutegico que ha logrado el hombre ha tenido de una u otra manera una aplicacioacuten militar El gran poder de la energiacutea nuclear es por supuesto el ejemplo maacutes clamoroso de esto

El gobierno estadounidense en la Segunda Guerra mundial reunioacute a los principales fiacutesicos nucleares de la eacutepoca y les exigioacute que lograsen crear una bomba nuclear en lo que se conocioacute como Proyecto Manhattan Fruto de un importante esfuerzo econoacutemico y de medios pronto se consiguioacute el objetivo El empleo de estas bombas sobre Japoacuten marcoacute el final de la guerra Una visioacuten pesimista del mundo plantea que la humanidad se enfrentaraacute a su propia extincioacuten fruto de esta carrera militar Esta claro que una (no deseada) Tercera Guerra Mundial en la que se usasen armas nucleares seriacutea nefasta

Page 2: Seminario 14 RADIOISOTOPOS

podiacutean sufrir transformaciones recombinaacutendose para formar otras pero los aacutetomos se manteniacutean siempre inalterados

Pero en 1896 Becquerel informoacute a la comunidad cientiacutefica un fenoacutemeno que no encajaba con esta idea de la inmutabilidad de los materiales

A HENRI BECQUEREL

Poco despueacutes de que se descubriera los rayos X en 1895 Antoine Henri Becquerel (1852-1908) mostroacute un fenoacutemeno que no era explicable de acuerdo con el modelo inmutable que se teniacutea de los aacutetomos Habiacutea observado repetidas veces que unas placas fotograacuteficas envueltas en papel negro junto a un cierto mineral (que luego seriacutea denominado pecblenda) se habiacutean ennegrecido (se habiacutean velado) Esto sucediacutea de un diacutea para otro es decir en un tiempo relativamente cortos lo que haciacutea suponer que el cambio se

debiacutea a un agente externo No podiacutea entrar luz a las placas y eacutestas no habiacutean sido calentadas Tampoco podiacutean haber sido afectadas por alguacuten agente quiacutemico Al revelar la placa aparecioacute que alguacuten rayo emitido por el mineral debiacutea haber penetrado a traveacutes del papel

Pero iquestcoacutemo habiacutea sucedido esto El peso de la evidencia tras mucho repetir la operacioacuten llevoacute a la conclusioacuten que existiacutea algo producido o emitido por la pecblenda que atravesaba la gruesa proteccioacuten de las placas fotograacuteficas de la eacutepoca y las impresionaba igual que cuando se sacaba una fotografiacutea exponieacutendolas a la luz visible comuacuten De este modo Becquerel descubrioacute la radiactividad Posteriormente mostrariacutea que los rayos provenientes del uranio podiacutean ionizar el aire y tambieacuten eran capaces de penetrar a traveacutes de laacuteminas metaacutelicas delgadas

B-MADAM CURIE

En 1898 Marie Sklodowska Curie (1867-1934) con su esposo Pierre Curie (1859-1906) dirigioacute sus investigaciones a la radiactividad En poco tiempo el matrimonio Curie descubrieron dos elementos nuevos el polonio y el radio ambos radiactivos Para confirmar su trabajo sobre el radio procesaron una tonelada de residuos de pecblenda para obtener 01 g de cloruro de radio puro que usaron para efectuar maacutes estudios

sobre las propiedades del radio y determinar su masa atoacutemica Marie Curie dos antildeos despueacutes de eacutel descubrimiento de Becquerel en 1898 le dio a este fenoacutemeno el nombre de radiactividad

C ERNEST RUTHERFORD

Ernest Rutherford en 1899 comenzoacute a investigar la naturaleza de los rayos emitidos por el uranio Encontroacute dos tipos de rayos a los que llamoacute rayos alfa y beta Pronto se dio cuenta que el Uranio al emitir estos rayos se transformaba en otro elemento A la altura de 1912 se conociacutean ya maacutes de 30 isoacutetopos radiactivos y hoy se conocen mucho maacutes Paul Villard descubrioacute en 1900 los rayos gamma un tercer tipo de rayos que emiten los materiales radiactivos y que es semejante a los rayos X De

acuerdo con la descripcioacuten del aacutetomo nuclear Rutherford se atribuyoacute el fenoacutemeno de la radiactividad a reacciones que se efectuacutean en los nuacutecleos de aacutetomos

2- ISOTOPOS

Como hemos dicho los nuacutecleos de los aacutetomos estaacuten formados por partiacuteculas llamadas nucleones que son de dos tipos los protones (partiacuteculas eleacutectricamente positivas) y los neutrones (que como su nombre lo indica son eleacutectricamente neutras) Todos los aacutetomos de un mismo elemento tienen la misma cantidad de protones y por tanto la misma cantidad de electrones Esto hace que tengan similares propiedades quiacutemicas (El comportamiento quiacutemico de un aacutetomo estaacute asociado al nuacutemero atoacutemico)

Pero existen aacutetomos que teniendo el mismo nuacutemero de protones tienen diferente cantidad de neutrones Se denominan los isoacutetopos de ese elemento Asiacute como el nuacutemero atoacutemico caracteriza a elementos diferentes el nuacutemero maacutesico que es la suma de protones y neutrones que hay en el nuacutecleo caracteriza isoacutetopos diferentes

El nuacutecleo del aacutetomo de oxiacutegeno tiene 8 protones (esto es imprescindible para que sea oxiacutegeno) pero se encuentran en la naturaleza en forma estable nuacutecleos con 8 neutrones (99756 ) con 9 neutrones (0039 ) y con 10 neutrones (0205 )

Resumiendo Los isoacutetopos de un mismo elemento son las distintas variedades existentes de nuacutecleos que tienen la misma cantidad de protones pero distinto nuacutemero de neutrones Para definir completamente de queacute nuacutecleo se trata deberemos entonces decir cuaacutentos protones y cuaacutentos neutrones tiene Para un mismo elemento de la tabla perioacutedica existe una gran cantidad de diferentes isoacutetopos Esto hace que el nuacutemero de nuacutecleos posibles sea enorme Todos los isoacutetopos de un mismo elemento se deben colocar en el mismo lugar de la tabla perioacutedica (De ahiacute el nombre de isoacutetopos) Hay elementos que tienen hasta 20 oacute 30 isoacutetopos diferentes

El anaacutelogo a la tabla perioacutedica pero considerando todos los posibles isoacutetopos de cada elemento se conoce como la Carta Nuclear

A cada uno de estos nuacutecleos diferentes los llamamos nucleidos La cantidad total de nucleidos identificados hasta el presente es muy grande proacutexima a los 2000

Se disentildeoacute una carta o tabla de nucleidos para sistematizar la informacioacuten sobre ellos Se ordenan en casilleros en distintas filas de acuerdo a la cantidad de protones y en distintas columnas de acuerdo a la cantidad de neutrones

Asiacute encontraremos que en la fila 8 estaacuten los nucleidos que tienen 8 protones es decir encontraremos a todos los isoacutetopos del oxiacutegeno De la misma forma en la fila 92 estaraacuten todos los isoacutetopos del uranio

Dentro de cada casillero de la tabla de nucleidos se incluye normalmente informacioacuten sobre el nucleido en particular de utilidad para los cientiacuteficos nucleares Una informacioacuten relevante es si el nucleido en cuestioacuten es estable o inestable Para ello ademaacutes de datos numeacutericos es comuacuten dar a cada casillero un color particular En nuestra carta de nucleidos hemos pintado de negro los casilleros de los nucleidos estables mientras que los inestables tienen otro color

Entre los nucleidos de la carta solo algunos (pocos) son llamados estables es decir que no se transmutan por siacute solos en otros isoacutetopos y por lo tanto no se alteran con el paso del tiempo Los otros inestables emiten radiaciones son los isoacutetopos radiactivos o radioisoacutetopos

Lo primero que nos asombra es ver que los casilleros negros son muy pocos hay muchiacutesimos maacutes nucleidos inestables que estables Sin embargo es mucho maacutes faacutecil encontrar nucleidos estables que con nucleidos inestables ya que aquellos tienen una vida eterna mientras que los segundos se van transformando en otros nucleidos

En la carta de los nucleidos la curva que forman los casilleros negros es llamada liacutenea de estabilidad como si se pudiera trazar A la derecha de la liacutenea de estabilidad se ubican los isoacutetopos radiactivos que tienen maacutes neutrones que los isoacutetopos estables (color celeste) A la izquierda se ubican los isoacutetopos radiactivos que tienen menos neutrones que los estables (color rosa)

Los isoacutetopos que estaacuten fuera de la liacutenea de estabilidad emiten radiaciones dando como resultado otro nucleido maacutes cercano a la liacutenea de estabilidad En la zona celeste se emiten partiacuteculas negativas normalmente electrones que constituyen la radiacioacuten (beta -) Se dice que el nucleido ha tenido entonces un decaimiento beta La peacuterdida de una carga negativa en el nuacutecleo puede interpretarse como que un neutroacuten se transformoacute en un protoacuten por lo que el nuevo nucleido estaacute una fila maacutes arriba y una columna maacutes a la izquierda que el nucleido original acercaacutendose a los casilleros negros

En la zona rosa en cambio las partiacuteculas emitidas son positivas (positrones) Aquiacute sucede a la inversa en el decaimiento beta maacutes todo pasa como si un protoacuten perdiera su carga y se transformara en un neutroacuten por lo que el nucleido hijo se encuentra una fila maacutes abajo y una columna maacutes a la derecha que el original tambieacuten acercaacutendose a los casilleros negros

En liacuteneas generales se comprueba que los nucleidos que estaacuten maacutes alejados de la liacutenea de estabilidad son los maacutes inestables Esto significa que muy raacutepidamente desde que son creados (ya sea directamente o bien como consecuencia de alguacuten decaimiento) emiten alguna radiacioacuten mientras que los cercanos a los casilleros negros tardan maacutes en hacerlo

Ademaacutes de la emisioacuten beta en el caso de los nucleidos muy pesados es comuacuten la emisioacuten de partiacuteculas alfa Casi siempre el decaimiento de un nucleido mediante la emisioacuten de una partiacutecula cargada (alfa beta) es acompantildeada ademaacutes por la emisioacuten de radiacioacuten gamma

3-TIPOS DE RADIACIONES

Son muchas las radiaciones que existen rayos ultravioleta infrarroja luz visible ondas de radio microondas rayos alfa beta y gamma La descripcioacuten y comprensioacuten de las mismas no fue la obra de una sola persona sino el producto del aporte de muchos cientiacuteficos durante fines del siglo XIX y todo el siglo XX tarea que auacuten continuacutea Se destacan en los primeros tiempos Rutherford y colaboradores que investigaron en detalle la naturaleza de las radiaciones emitidas logrando identificar tres

ALFA - Resultaron ser nuacutecleos de helio (o sea aacutetomos del gas noble helio despojados de sus uacutenicos dos electrones)

BETA - Resultaron ser electrones(Beta menos) o positrones (Beta maacutes) muy raacutepidos

GAMMA - Consisten en Radiacioacuten Electromagneacutetica (similar a otras radiaciones que nos son maacutes familiares como la luz visible o los rayos X) pero con la diferencia de ser mucho maacutes energeacuteticos

Mientras que las partiacuteculas alfa y beta tienen alcances definidos en la materia los rayos gamma experimentan una atenuacioacuten exponencial (si se pasa por alto la acumulacioacuten que resulta de la dispersioacuten dentro de un material) a medida que atraviesan la materia Cuando puede prescindirse de la acumulacioacuten la atenuacioacuten de los rayos gamma viene dada por la caracteriacutestica de la masa El coeficiente maacutesico de atenuacioacuten depende de la energiacutea de los rayos gamma y del material con el que interactuacutean los rayos gamma

PENETRACION DE LAS RADIACIONES IONIZANTES EN LA MATERIA

Las Partiacuteculas Alfa de los materiales radiactivos son detenidas faacutecilmente por un pedazo de cartoacuten Las Partiacuteculas Beta penetran el cartoacuten pero son detenidas por una laacutemina de aluminio Los Rayos Gamma logran atravesar la lamina de aluminio pero acaban siendo absorbidos por un bloque grueso de plomo Los Neutrones producidos por ejemplo en reactores de fisioacuten logran atravesar incluso el plomo pero no un bloque grueso de hormigoacuten

4- VIDA MEDIA DE LOS ELEMENTOS RADIACTIVOS

Cada nuacutecleo radiactivo se desintegra seguacuten la intensidad o rapidez especiacutefica constante siendo distinta para cada especie Asiacute por ejemplo mientras que unos isoacutetopos radiactivos se desintegran en menos de un segundo otros tienen una vida mucho maacutes larga de hasta miles de antildeos

Para caracterizar estos tiempos se usa el concepto de vida media La vida media (t12) es el tiempo necesario para que se desintegre la mitad de una determinada cantidad de un nuacutecleo radiactivo Como hemos dicho las semividas de los elementos alcanzan desde una fraccioacuten de segundo hasta miles de millones de antildeos Un nuacutecleo estable puede considerarse por tanto como un nuacutecleo con una vida media infinita Por ejemplo el 238

92 U tiene una semivida de 45 x 109 antildeos el 226

88Ra tiene una semivida de 1620 antildeos y el 156C tiene una semivida de 24s

Como ejemplo si hoy se tuviera 10g de 22688Ra al cabo de 1620 antildeos se tendriacutean

05 g de 22688Ra al final de otro periacuteodo de 1620 antildeos quedariacutean 025 g y asiacute

sucesivamente

Las vidas medias de los radioisoacutetopos del mismo elemento son distintas En la tabla siguiente aparecen las de algunos isoacutetopos del Radio Carbono y Uranio

Vida Media de isoacutetopos del Radio Carbono y Uranio

Isoacutetopo Semivida Isoacutetopo Semivida

Ra 223 117 diacuteas C 14 5668 antildeos

Ra 224 364 diacuteas C 15 24 segundos

Ra 225 148 diacuteas U 235 71 x 108 antildeos

Ra 226 1620 antildeos U 238 45 x 109 antildeos

Ra 228 67 antildeos

5- RADIACTIVIDAD NATURAL

La radiactividad no es nada nuevo Existe desde que se formoacute la Tierra hace 4500 millones de antildeos No se puede percibir por el olfato el gusto el tacto el oiacutedo ni la vista Soacutelo en los uacuteltimos antildeos se ha aprendido a detectarla medirla y controlarla

Al contrario de la creencia popular la radiacioacuten no soacutelo se produce en las centrales nucleares o en las bombas atoacutemicas (que en realidad deberiacutean llamarse bombas nucleares) En efecto un 87 de la dosis de radiacioacuten que recibimos proviene de fuentes naturales La radiactividad estaacute en todas partes en las casas en el aire que respiramos en los alimentos que tomamos incluso nuestro propio cuerpo es radiactivo La Tierra es radiactiva por naturaleza y expone a los habitantes a la radiacioacuten proveniente de las rocas superficiales y el suelo

La radiacioacuten natural en la tierra y las rocas da una dosis promedio de 60 mrem (rem es la unidad para medir la dosis de radiactividad) por antildeo Estos materiales forman parte de las viviendas dado que se utilizan estas rocas en los materiales de construccioacuten antildeadiendo cantidades apreciables de radiacioacuten Por ejemplo el habitar en una casa de ladrillo o piedra el hombre se expone a 7 mrem maacutes por antildeo que si se habita en una casa de madera Todos los edificios de granito emiten radiaciones y el vivir sobre granito antildeade cantidades apreciables de radiacioacuten El gas radoacuten que surge del radio natural contenido en los materiales de construccioacuten tambieacuten estaacute presente en las casas y oficinas y emite maacutes radiacioacuten Incluso el dormir junto a otra persona puede aumentar nuestra dosis anual de radiacioacuten ya que cada cuerpo contiene potasio radiactivo que existe normalmente junto con el potasio normal que es esencial a la vida dando una dosis de radiacioacuten interna

La radiactividad natural tambieacuten se introduce en el cuerpo y estas radiaciones internas llegan a la mayoriacutea de los tejidos corporales en una cantidad aproximada de 18 mrem por antildeo Tanto el alimento como el agua y el aire contienen niveles bajos de radiactividad natural y esto ha sido asiacute desde el comienzo del mundo

Las fuentes naturales de radiacioacuten son tiacutepicas de la manera actual de vivir El arar la tierra libera gas radoacuten a la atmoacutesfera Los materiales radiactivos naturales se introducen en la cadena alimentaria el aire que se respira y el agua que bebemos y los materiales de construccioacuten el concreto la piedra y el ladrillo emiten radiacioacuten natural

Graacutefico Serie de desintegracioacuten de 23892U a 206

82Pb las flechas indican las transformaciones que se inician en el uranio y terminan en el plomo las flechas horizontales indican emisioacuten de partiacuteculas szlig y las diagonales partiacuteculas alfa

Tambieacuten cuando se viaja en avioacuten uno se expone a recibir una radiacioacuten mayor ya que hay menos proteccioacuten contra los rayos coacutesmicos Un pasajero que viaje en avioacuten a una altitud normal recibe en una hora una dosis de radiacioacuten cuatro veces mayor que la que recibe de toda la industria nuclear en un antildeo

6- EVOLUCIOacuteN

La evolucioacuten de vida en la tierra seguacuten las teoriacuteas maacutes aceptadas es fruto de las mutaciones geneacuteticas La presencia de una cantidad relativamente importante de Uranio en nuestro planeta convierte a la superficie terrestre en una zona con un importante contenido de radiacioacuten natural La vida no solo ha sido capaz de desarrollarse a pesar de estar sometida a esta radiacion sino que a base de mutaciones aleatorias de los genes debidas a estas radiaciones ionizantes ha ido evolucionando guiada por la seleccioacuten natural (supervivencia de las mutaciones beneficiosas) En un planeta con una menor cantidad de radiactividad natural la evolucioacuten de la vida hubiese sido mucho mas lenta o incluso inalcanzable Por tanto la humanidad como cabeza de la cadena evolutiva debe gran parte de su desarrollo a la radiactividad

61- DATACIOacuteN EL Carbono 14

El carbono 14 se produce de manera contiacutenua en la atmoacutesfera cuando neutrones de alta energiacutea del espacio chocan contra el nitroacutegeno 14

Al igual que el carbono 14 se produce contiacutenuamente por este proceso se descompone en forma continua al emitir partiacuteculas beta con el transcurso de los antildeos estos dos procesos opuestos han alcanzado casi equilibrio por lo que la cantidad de 14

6C presente en la atmoacutesfera permanece aproximadamente constante

El carbono 14 artificial que estaacute actualmente en circulacioacuten por la Tierra alcanza aproximadamente una tonelada y representa aproximadamente el 1 de la abundancia total natural Durante los uacuteltimos siete antildeos el hombre lo ha producido a un ritmo considerablemente mayor que el resultante del proceso natural mediante el cual se forma por la accioacuten de los neutrones de los rayos coacutesmicos La mayoriacutea estaacute todaviacutea en la atmoacutesfera combinado en dioacutexido de carbono En los organismos vivientes se ha elevado el contenido de carbono 14 hasta el 10 por encima de lo normal esta situacioacuten puede confundir a los futuros arqueoacutelogos

62- APLICACIONES MEDICAS

Dentro del uso de la radiactividad en las actividades humanas la maacutes conocida es la de sus aplicaciones meacutedicas El uso de la radiacioacuten en el diagnoacutestico y el tratamiento de enfermedades se ha convertido en una herramienta baacutesica en medicina Con ella se ha podido realizar exploraciones del cerebro y los huesos tratar el caacutencer y usar elementos radiactivos para dar seguimiento a hormonas y otros compuestos

quiacutemicos de los organismos

Tabla

Algunos isoacutetopos radiactivos sus vidas medias y sus aplicaciones meacutedicas como marcadores en el cuerpo humano

Nuacutecleo Vida media Aacuterea del cuerpo que se estudia

131 I 81 diacuteas Tiroides

59 Fe 451 diacuteas Gloacutebulos rojos

99 Mo 67 horas Metabolismo

32 P 143 diacuteas Ojos hiacutegado tumores

51 Cr 278 diacuteas Gloacutebulos rojos

87 Sr 28 horas Huesos

99 To 60 horas Corazoacuten huesos hiacutegado pulmones

133 Xe 53 diacuteas Pulmones

24 Na 148 horas Sistema circulatorio

Ejemplos de Aplicaciones Meacutedicas

Se emplean los trazadores radiactivos normalmente en el diagnoacutestico meacutedico Al respecto de coacutemo se debe detectar la radiactividad fuera del cuerpo generalmente se escogen isoacutetopos radiactivos (radionuacuteclidos) emisores de rayos gama Tambieacuten el trazador debe ser efectivo a bajas concentraciones y debe tener una semivida corta para reducir la posibilidad de dantildeos al paciente Se emplea el yodo radiactivo (I 131) para determinar la funcioacuten tiroidea que es donde el organismo concentra al yodo En este proceso se ingiere una pequentildea cantidad de yoduro radiactivo de sodio o de potasio Se enfoca un detector a la glaacutendula tiroides y se mide la cantidad de yodo en la glaacutendula pudiendo luego comparar con el de una tiroides normal para detectar cualquier diferencia

Tambieacuten Se puede emplear el yodo 131 para el tratamiento del hipertiroidismo( El mal funcionamiento de la glaacutendula tiroides desarrolla el bocio en las personas y causa muchos trastornos en el metabolismo) La dosis terapeacuteutica es mayor que la que emplea en el diagnoacutestico La glaacutendula tiroides concentra selectivamente al Y

131 La seccioacuten de la glaacutendula que es hiperactiva quedaraacute expuesta a una gran dosis del isoacutetopo y seraacute la que se destruya especiacuteficamente

Los meacutedicos pueden examinar la eficiencia cardiaca en el bombeo y verificar la evidencia de una obstruccioacuten en las arterias coronarias mediante el barrido nuclear El radionuacuteclido Tl 201 al inyectarse en el flujo sanguiacuteneo se aloja en el tejido sano del corazoacuten El talio 201 emite radiacioacuten gama que se detecta mediante un dispositivo especial llamado caacutemara de centelleo Los datos obtenidos se traducen simultaacuteneamente en cifras mediante una computadora Con esta teacutecnica se puede observar si el tejido cardiaco ha muerto despueacutes de un ataque al corazoacuten y si la sangre fluye libremente a traveacutes de los conductores coronarios

Una de las uacuteltimas aplicaciones de la quiacutemica nuclear es el uso de la tomografiacutea de emisioacuten de positrones (PET) en la medida de procesos dinaacutemicos en el organismo como el uso de oxiacutegeno o el flujo sanguiacuteneo y en oncologiacutea Para esta aplicacioacuten se fabrica un compuesto que contiene un nuacuteclido emisor de positrones como C 11 O 15 oacute N 13 Se inyecta el compuesto en el organismo y se coloca al paciente en un instrumento que detecta las emisiones de positrones Una computadora produce una imagen tridimensional de la zona Los barridos de emisioacuten de positrones tambieacuten se han empleado para localizar las zonas del cerebro relacionadas con los ataques epileacutepticos El cerebro emplea la glucosa a velocidad distinta del tejido normal

7- PELIGROS

La radiactividad puede ser peligrosa y sus riesgos no deben tomarse a la ligera Puede dantildear las ceacutelulas del organismo y la exposicioacuten a altos niveles puede ser nociva e incluso fatal si se trata de manera inadecuada por eso lleva un largo proceso de investigacioacuten y descubrimientos abrieacutendose las puertas de la era nuclear

Despueacutes de muchos antildeos de investigacioacuten desarrollo y aplicaciones industriales hoy se puede afirmar que existen soluciones tecnoloacutegicas bastante seguras para manejar adecuadamente los desechos radiactivos Estos no solo provienen de los reactores que generan electricidad sino tambieacuten de los hospitales la industria la agricultura y la investigacioacuten como ya se estudioacute en los apartados anteriores donde se conocieron las aplicaciones de la radiactividad en esos campos

71- Residuos Radiactivos

La desventaja principal de las plantas nucleares es que producen desechos altamente radiactivos algunos de los cuales tienen semividas de miles de antildeos Hasta ahora no se ha logrado un consenso sobre coacutemo almacenar con seguridad de tales productos radiactivos

Aproximadamente una vez al antildeo se extrae una parte del combustible nuclear colocado dentro del reactor nuclear de fisioacuten y se sustituye por uno nuevo El combustible gastado es muy radiactivo y debe aislarse por miles de antildeos con mucho cuidado de lo contrario causariacutea dantildeos irreparables a las personas y al ambiente Es extraiacutedo del reactor por manos mecaacutenicas y colocado en piscinas con agua para enfriarlo y aislarlo por poco tiempo mientras es llevado al depoacutesito permanente Tambieacuten se almacena en contenedores de hormigoacuten o acero mientras se les da el lugar definitivo

Este uranio gastado tambieacuten se reutiliza en la actualidad Francia Reino Unido y la Federacioacuten Rusa cuentan con plantas de reelaboracioacuten a nivel industrial y mundial para la obtencioacuten de uranio y plutonio en el proceso quiacutemico Este tipo de desecho representa un 95 ya que una planta tiacutepica nuclear de generacioacuten eleacutectrica produce 30 toneladas anuales de uranio gastado esta cantidad puede reducirse a 3 m3 de desecho radiactivo

Tambieacuten se cuentan con desechos radiactivos soacutelidos liacutequidos y gaseosos Entre los soacutelidos se cuentan toallas papel vidrio metales y otros materiales usados en la central Cada uno tiene su manera de ser tratados para evitar problemas

Los soacutelidos altamente radiactivos se sellan en recipientes de metal o ceraacutemica resistentes a la corrosioacuten para evitar que la humedad los afecte Actualmente algunos paiacuteses que se dedican a la reelaboracioacuten del combustible gastado lo vitrifican Hay acuerdos que la manera idoacutenea para aislar esos desechos es colocarlos en cavidades profundas de la tierra con barreras tecnoloacutegicas y naturales como por ejemplo minas de sal granito arcilla basalto (roca volcaacutenica) y otras maacutes

Los desechos soacutelidos vitrificados se sellan en recipientes de metal o ceraacutemica resistentes a la corrosioacuten para evitar que la humedad los afecte

72- Desastres en Centrales Nucleares

Dos eventos que demostraron los peligros potenciales de la energiacutea nuclear fueron los accidentes en la isla Three Mile en Pennsylvania EUA (1979) y Chernobyl URSS (1986) Ambos accidentes fueron originados por la peacuterdida de refrigerante en el nuacutecleo del reactor Los reactores en la isla Three Mile estaacuten envueltos por cascarones de cemento y por lo tanto dejaron escapar una cantidad relativamente pequentildea de material radiactivo a la atmoacutesfera Como en la Unioacuten Sovieacutetica no se usan estructuras de contencioacuten para las plantas nucleares el accidente de Chernobyl ocasionoacute 31 muertes y la afectoacute en diverso grado hasta un total de 135000 personas La descarga de grandes cantidades de Y 131 Cs 134 y Cs 137 generaron problemas de salud a largo plazo en esa poblacioacuten que estuvo expuesta

Sin embargo aunque muchos puedan creer que una central nuclear puede explotar como una bomba atoacutemica esto no es asiacute Las bombas atoacutemicas y las

centrales nucleares son esencialmente diferentes Las bombas para explotar requieren la unioacuten raacutepida de dos piezas de uranio-235 metaacutelico casi puro formando una masa compacta de geometriacutea definida Un reactor nuclear tiacutepico que produzca vapor para una central eleacutectrica utiliza uranio ceraacutemico (normalmente en forma de oacutexido) no metal con un contenido de uranio-235 soacutelo del orden del 3 el resto del uranio se compone de uranio 238 que no se fisiona en el reactor

Hay que indicar que en la actualidad la experiencia que ha adquirido la industria nuclear en el uso de sustancias radioactivas ha permitido a eacutesta conocer plenamente los peligros que entrantildea Un blindaje y una contencioacuten apropiados evitaraacuten la fuga de radiaciones La clara comprensioacuten de los principios de proteccioacuten radioloacutegica y el conocimiento exhaustivo de las propiedades de la radiacioacuten que posee la industria nuclear le permiten disentildear construir y explotar sus plantas manteniendo en un miacutenimo la exposicioacuten a las radiaciones que afecta a los trabajadores y el puacuteblico de conformidad con las directrices internacionales La vigilancia perioacutedica de los trabajadores de la industria nuclear y de su ambiente de trabajo garantiza que no se rebasen estos niveles

Para asegurarse que el puacuteblico no sufra ninguacuten dantildeo el explotador de la central estaacute obligado a medir la radiactividad en el ambiente y comprobar mediante medidas en el aire agua y suelos y alimentos que las personas que viven alrededor de la central pueden respirar beber y comer los alimentos de la zona sin peligro

Las medidas de seguridad y de precaucioacuten como toda actividad humana ha ido evolucionando con el tiempo tanto es asiacute que actualmente se exige un aacuterea sin poblar alrededor de las centrales nucleares aunque variacutea de acuerdo con cada paiacutes A finalizar 1989 existiacutean 426 centrales nucleares conectadas a la red eleacutectrica en 25 paiacuteses Actualmente la cantidad de energiacutea eleacutectrica representa maacutes del 20 de la demanda

73- Lluvia Acida

La radiactividad liberada en la atmoacutesfera principalmente de pruebas nucleares se deposita poco a poco sobre la superficie de la tierra a traveacutes de la conocida como lluvia radiactiva La dosis media recibida por la poblacioacuten por esta causa ha pasado de valores altos en las deacutecadas de los 50-70 (hasta 008-014 mSv) a los valores actuales del orden de 5 microSievert aunque en algunos lugares alcanza los 10 mocrosievert Como puede observarse en la graacutefica el aumento de radiactividad de 1986 se debe al accidente de la central de Chernobil

74- Bombas Nucleares

La Historia de la humanidad nos muestra que praacutecticamente todo el desarrollo tecnoloacutegico que ha logrado el hombre ha tenido de una u otra manera una aplicacioacuten militar El gran poder de la energiacutea nuclear es por supuesto el ejemplo maacutes clamoroso de esto

El gobierno estadounidense en la Segunda Guerra mundial reunioacute a los principales fiacutesicos nucleares de la eacutepoca y les exigioacute que lograsen crear una bomba nuclear en lo que se conocioacute como Proyecto Manhattan Fruto de un importante esfuerzo econoacutemico y de medios pronto se consiguioacute el objetivo El empleo de estas bombas sobre Japoacuten marcoacute el final de la guerra Una visioacuten pesimista del mundo plantea que la humanidad se enfrentaraacute a su propia extincioacuten fruto de esta carrera militar Esta claro que una (no deseada) Tercera Guerra Mundial en la que se usasen armas nucleares seriacutea nefasta

Page 3: Seminario 14 RADIOISOTOPOS

C ERNEST RUTHERFORD

Ernest Rutherford en 1899 comenzoacute a investigar la naturaleza de los rayos emitidos por el uranio Encontroacute dos tipos de rayos a los que llamoacute rayos alfa y beta Pronto se dio cuenta que el Uranio al emitir estos rayos se transformaba en otro elemento A la altura de 1912 se conociacutean ya maacutes de 30 isoacutetopos radiactivos y hoy se conocen mucho maacutes Paul Villard descubrioacute en 1900 los rayos gamma un tercer tipo de rayos que emiten los materiales radiactivos y que es semejante a los rayos X De

acuerdo con la descripcioacuten del aacutetomo nuclear Rutherford se atribuyoacute el fenoacutemeno de la radiactividad a reacciones que se efectuacutean en los nuacutecleos de aacutetomos

2- ISOTOPOS

Como hemos dicho los nuacutecleos de los aacutetomos estaacuten formados por partiacuteculas llamadas nucleones que son de dos tipos los protones (partiacuteculas eleacutectricamente positivas) y los neutrones (que como su nombre lo indica son eleacutectricamente neutras) Todos los aacutetomos de un mismo elemento tienen la misma cantidad de protones y por tanto la misma cantidad de electrones Esto hace que tengan similares propiedades quiacutemicas (El comportamiento quiacutemico de un aacutetomo estaacute asociado al nuacutemero atoacutemico)

Pero existen aacutetomos que teniendo el mismo nuacutemero de protones tienen diferente cantidad de neutrones Se denominan los isoacutetopos de ese elemento Asiacute como el nuacutemero atoacutemico caracteriza a elementos diferentes el nuacutemero maacutesico que es la suma de protones y neutrones que hay en el nuacutecleo caracteriza isoacutetopos diferentes

El nuacutecleo del aacutetomo de oxiacutegeno tiene 8 protones (esto es imprescindible para que sea oxiacutegeno) pero se encuentran en la naturaleza en forma estable nuacutecleos con 8 neutrones (99756 ) con 9 neutrones (0039 ) y con 10 neutrones (0205 )

Resumiendo Los isoacutetopos de un mismo elemento son las distintas variedades existentes de nuacutecleos que tienen la misma cantidad de protones pero distinto nuacutemero de neutrones Para definir completamente de queacute nuacutecleo se trata deberemos entonces decir cuaacutentos protones y cuaacutentos neutrones tiene Para un mismo elemento de la tabla perioacutedica existe una gran cantidad de diferentes isoacutetopos Esto hace que el nuacutemero de nuacutecleos posibles sea enorme Todos los isoacutetopos de un mismo elemento se deben colocar en el mismo lugar de la tabla perioacutedica (De ahiacute el nombre de isoacutetopos) Hay elementos que tienen hasta 20 oacute 30 isoacutetopos diferentes

El anaacutelogo a la tabla perioacutedica pero considerando todos los posibles isoacutetopos de cada elemento se conoce como la Carta Nuclear

A cada uno de estos nuacutecleos diferentes los llamamos nucleidos La cantidad total de nucleidos identificados hasta el presente es muy grande proacutexima a los 2000

Se disentildeoacute una carta o tabla de nucleidos para sistematizar la informacioacuten sobre ellos Se ordenan en casilleros en distintas filas de acuerdo a la cantidad de protones y en distintas columnas de acuerdo a la cantidad de neutrones

Asiacute encontraremos que en la fila 8 estaacuten los nucleidos que tienen 8 protones es decir encontraremos a todos los isoacutetopos del oxiacutegeno De la misma forma en la fila 92 estaraacuten todos los isoacutetopos del uranio

Dentro de cada casillero de la tabla de nucleidos se incluye normalmente informacioacuten sobre el nucleido en particular de utilidad para los cientiacuteficos nucleares Una informacioacuten relevante es si el nucleido en cuestioacuten es estable o inestable Para ello ademaacutes de datos numeacutericos es comuacuten dar a cada casillero un color particular En nuestra carta de nucleidos hemos pintado de negro los casilleros de los nucleidos estables mientras que los inestables tienen otro color

Entre los nucleidos de la carta solo algunos (pocos) son llamados estables es decir que no se transmutan por siacute solos en otros isoacutetopos y por lo tanto no se alteran con el paso del tiempo Los otros inestables emiten radiaciones son los isoacutetopos radiactivos o radioisoacutetopos

Lo primero que nos asombra es ver que los casilleros negros son muy pocos hay muchiacutesimos maacutes nucleidos inestables que estables Sin embargo es mucho maacutes faacutecil encontrar nucleidos estables que con nucleidos inestables ya que aquellos tienen una vida eterna mientras que los segundos se van transformando en otros nucleidos

En la carta de los nucleidos la curva que forman los casilleros negros es llamada liacutenea de estabilidad como si se pudiera trazar A la derecha de la liacutenea de estabilidad se ubican los isoacutetopos radiactivos que tienen maacutes neutrones que los isoacutetopos estables (color celeste) A la izquierda se ubican los isoacutetopos radiactivos que tienen menos neutrones que los estables (color rosa)

Los isoacutetopos que estaacuten fuera de la liacutenea de estabilidad emiten radiaciones dando como resultado otro nucleido maacutes cercano a la liacutenea de estabilidad En la zona celeste se emiten partiacuteculas negativas normalmente electrones que constituyen la radiacioacuten (beta -) Se dice que el nucleido ha tenido entonces un decaimiento beta La peacuterdida de una carga negativa en el nuacutecleo puede interpretarse como que un neutroacuten se transformoacute en un protoacuten por lo que el nuevo nucleido estaacute una fila maacutes arriba y una columna maacutes a la izquierda que el nucleido original acercaacutendose a los casilleros negros

En la zona rosa en cambio las partiacuteculas emitidas son positivas (positrones) Aquiacute sucede a la inversa en el decaimiento beta maacutes todo pasa como si un protoacuten perdiera su carga y se transformara en un neutroacuten por lo que el nucleido hijo se encuentra una fila maacutes abajo y una columna maacutes a la derecha que el original tambieacuten acercaacutendose a los casilleros negros

En liacuteneas generales se comprueba que los nucleidos que estaacuten maacutes alejados de la liacutenea de estabilidad son los maacutes inestables Esto significa que muy raacutepidamente desde que son creados (ya sea directamente o bien como consecuencia de alguacuten decaimiento) emiten alguna radiacioacuten mientras que los cercanos a los casilleros negros tardan maacutes en hacerlo

Ademaacutes de la emisioacuten beta en el caso de los nucleidos muy pesados es comuacuten la emisioacuten de partiacuteculas alfa Casi siempre el decaimiento de un nucleido mediante la emisioacuten de una partiacutecula cargada (alfa beta) es acompantildeada ademaacutes por la emisioacuten de radiacioacuten gamma

3-TIPOS DE RADIACIONES

Son muchas las radiaciones que existen rayos ultravioleta infrarroja luz visible ondas de radio microondas rayos alfa beta y gamma La descripcioacuten y comprensioacuten de las mismas no fue la obra de una sola persona sino el producto del aporte de muchos cientiacuteficos durante fines del siglo XIX y todo el siglo XX tarea que auacuten continuacutea Se destacan en los primeros tiempos Rutherford y colaboradores que investigaron en detalle la naturaleza de las radiaciones emitidas logrando identificar tres

ALFA - Resultaron ser nuacutecleos de helio (o sea aacutetomos del gas noble helio despojados de sus uacutenicos dos electrones)

BETA - Resultaron ser electrones(Beta menos) o positrones (Beta maacutes) muy raacutepidos

GAMMA - Consisten en Radiacioacuten Electromagneacutetica (similar a otras radiaciones que nos son maacutes familiares como la luz visible o los rayos X) pero con la diferencia de ser mucho maacutes energeacuteticos

Mientras que las partiacuteculas alfa y beta tienen alcances definidos en la materia los rayos gamma experimentan una atenuacioacuten exponencial (si se pasa por alto la acumulacioacuten que resulta de la dispersioacuten dentro de un material) a medida que atraviesan la materia Cuando puede prescindirse de la acumulacioacuten la atenuacioacuten de los rayos gamma viene dada por la caracteriacutestica de la masa El coeficiente maacutesico de atenuacioacuten depende de la energiacutea de los rayos gamma y del material con el que interactuacutean los rayos gamma

PENETRACION DE LAS RADIACIONES IONIZANTES EN LA MATERIA

Las Partiacuteculas Alfa de los materiales radiactivos son detenidas faacutecilmente por un pedazo de cartoacuten Las Partiacuteculas Beta penetran el cartoacuten pero son detenidas por una laacutemina de aluminio Los Rayos Gamma logran atravesar la lamina de aluminio pero acaban siendo absorbidos por un bloque grueso de plomo Los Neutrones producidos por ejemplo en reactores de fisioacuten logran atravesar incluso el plomo pero no un bloque grueso de hormigoacuten

4- VIDA MEDIA DE LOS ELEMENTOS RADIACTIVOS

Cada nuacutecleo radiactivo se desintegra seguacuten la intensidad o rapidez especiacutefica constante siendo distinta para cada especie Asiacute por ejemplo mientras que unos isoacutetopos radiactivos se desintegran en menos de un segundo otros tienen una vida mucho maacutes larga de hasta miles de antildeos

Para caracterizar estos tiempos se usa el concepto de vida media La vida media (t12) es el tiempo necesario para que se desintegre la mitad de una determinada cantidad de un nuacutecleo radiactivo Como hemos dicho las semividas de los elementos alcanzan desde una fraccioacuten de segundo hasta miles de millones de antildeos Un nuacutecleo estable puede considerarse por tanto como un nuacutecleo con una vida media infinita Por ejemplo el 238

92 U tiene una semivida de 45 x 109 antildeos el 226

88Ra tiene una semivida de 1620 antildeos y el 156C tiene una semivida de 24s

Como ejemplo si hoy se tuviera 10g de 22688Ra al cabo de 1620 antildeos se tendriacutean

05 g de 22688Ra al final de otro periacuteodo de 1620 antildeos quedariacutean 025 g y asiacute

sucesivamente

Las vidas medias de los radioisoacutetopos del mismo elemento son distintas En la tabla siguiente aparecen las de algunos isoacutetopos del Radio Carbono y Uranio

Vida Media de isoacutetopos del Radio Carbono y Uranio

Isoacutetopo Semivida Isoacutetopo Semivida

Ra 223 117 diacuteas C 14 5668 antildeos

Ra 224 364 diacuteas C 15 24 segundos

Ra 225 148 diacuteas U 235 71 x 108 antildeos

Ra 226 1620 antildeos U 238 45 x 109 antildeos

Ra 228 67 antildeos

5- RADIACTIVIDAD NATURAL

La radiactividad no es nada nuevo Existe desde que se formoacute la Tierra hace 4500 millones de antildeos No se puede percibir por el olfato el gusto el tacto el oiacutedo ni la vista Soacutelo en los uacuteltimos antildeos se ha aprendido a detectarla medirla y controlarla

Al contrario de la creencia popular la radiacioacuten no soacutelo se produce en las centrales nucleares o en las bombas atoacutemicas (que en realidad deberiacutean llamarse bombas nucleares) En efecto un 87 de la dosis de radiacioacuten que recibimos proviene de fuentes naturales La radiactividad estaacute en todas partes en las casas en el aire que respiramos en los alimentos que tomamos incluso nuestro propio cuerpo es radiactivo La Tierra es radiactiva por naturaleza y expone a los habitantes a la radiacioacuten proveniente de las rocas superficiales y el suelo

La radiacioacuten natural en la tierra y las rocas da una dosis promedio de 60 mrem (rem es la unidad para medir la dosis de radiactividad) por antildeo Estos materiales forman parte de las viviendas dado que se utilizan estas rocas en los materiales de construccioacuten antildeadiendo cantidades apreciables de radiacioacuten Por ejemplo el habitar en una casa de ladrillo o piedra el hombre se expone a 7 mrem maacutes por antildeo que si se habita en una casa de madera Todos los edificios de granito emiten radiaciones y el vivir sobre granito antildeade cantidades apreciables de radiacioacuten El gas radoacuten que surge del radio natural contenido en los materiales de construccioacuten tambieacuten estaacute presente en las casas y oficinas y emite maacutes radiacioacuten Incluso el dormir junto a otra persona puede aumentar nuestra dosis anual de radiacioacuten ya que cada cuerpo contiene potasio radiactivo que existe normalmente junto con el potasio normal que es esencial a la vida dando una dosis de radiacioacuten interna

La radiactividad natural tambieacuten se introduce en el cuerpo y estas radiaciones internas llegan a la mayoriacutea de los tejidos corporales en una cantidad aproximada de 18 mrem por antildeo Tanto el alimento como el agua y el aire contienen niveles bajos de radiactividad natural y esto ha sido asiacute desde el comienzo del mundo

Las fuentes naturales de radiacioacuten son tiacutepicas de la manera actual de vivir El arar la tierra libera gas radoacuten a la atmoacutesfera Los materiales radiactivos naturales se introducen en la cadena alimentaria el aire que se respira y el agua que bebemos y los materiales de construccioacuten el concreto la piedra y el ladrillo emiten radiacioacuten natural

Graacutefico Serie de desintegracioacuten de 23892U a 206

82Pb las flechas indican las transformaciones que se inician en el uranio y terminan en el plomo las flechas horizontales indican emisioacuten de partiacuteculas szlig y las diagonales partiacuteculas alfa

Tambieacuten cuando se viaja en avioacuten uno se expone a recibir una radiacioacuten mayor ya que hay menos proteccioacuten contra los rayos coacutesmicos Un pasajero que viaje en avioacuten a una altitud normal recibe en una hora una dosis de radiacioacuten cuatro veces mayor que la que recibe de toda la industria nuclear en un antildeo

6- EVOLUCIOacuteN

La evolucioacuten de vida en la tierra seguacuten las teoriacuteas maacutes aceptadas es fruto de las mutaciones geneacuteticas La presencia de una cantidad relativamente importante de Uranio en nuestro planeta convierte a la superficie terrestre en una zona con un importante contenido de radiacioacuten natural La vida no solo ha sido capaz de desarrollarse a pesar de estar sometida a esta radiacion sino que a base de mutaciones aleatorias de los genes debidas a estas radiaciones ionizantes ha ido evolucionando guiada por la seleccioacuten natural (supervivencia de las mutaciones beneficiosas) En un planeta con una menor cantidad de radiactividad natural la evolucioacuten de la vida hubiese sido mucho mas lenta o incluso inalcanzable Por tanto la humanidad como cabeza de la cadena evolutiva debe gran parte de su desarrollo a la radiactividad

61- DATACIOacuteN EL Carbono 14

El carbono 14 se produce de manera contiacutenua en la atmoacutesfera cuando neutrones de alta energiacutea del espacio chocan contra el nitroacutegeno 14

Al igual que el carbono 14 se produce contiacutenuamente por este proceso se descompone en forma continua al emitir partiacuteculas beta con el transcurso de los antildeos estos dos procesos opuestos han alcanzado casi equilibrio por lo que la cantidad de 14

6C presente en la atmoacutesfera permanece aproximadamente constante

El carbono 14 artificial que estaacute actualmente en circulacioacuten por la Tierra alcanza aproximadamente una tonelada y representa aproximadamente el 1 de la abundancia total natural Durante los uacuteltimos siete antildeos el hombre lo ha producido a un ritmo considerablemente mayor que el resultante del proceso natural mediante el cual se forma por la accioacuten de los neutrones de los rayos coacutesmicos La mayoriacutea estaacute todaviacutea en la atmoacutesfera combinado en dioacutexido de carbono En los organismos vivientes se ha elevado el contenido de carbono 14 hasta el 10 por encima de lo normal esta situacioacuten puede confundir a los futuros arqueoacutelogos

62- APLICACIONES MEDICAS

Dentro del uso de la radiactividad en las actividades humanas la maacutes conocida es la de sus aplicaciones meacutedicas El uso de la radiacioacuten en el diagnoacutestico y el tratamiento de enfermedades se ha convertido en una herramienta baacutesica en medicina Con ella se ha podido realizar exploraciones del cerebro y los huesos tratar el caacutencer y usar elementos radiactivos para dar seguimiento a hormonas y otros compuestos

quiacutemicos de los organismos

Tabla

Algunos isoacutetopos radiactivos sus vidas medias y sus aplicaciones meacutedicas como marcadores en el cuerpo humano

Nuacutecleo Vida media Aacuterea del cuerpo que se estudia

131 I 81 diacuteas Tiroides

59 Fe 451 diacuteas Gloacutebulos rojos

99 Mo 67 horas Metabolismo

32 P 143 diacuteas Ojos hiacutegado tumores

51 Cr 278 diacuteas Gloacutebulos rojos

87 Sr 28 horas Huesos

99 To 60 horas Corazoacuten huesos hiacutegado pulmones

133 Xe 53 diacuteas Pulmones

24 Na 148 horas Sistema circulatorio

Ejemplos de Aplicaciones Meacutedicas

Se emplean los trazadores radiactivos normalmente en el diagnoacutestico meacutedico Al respecto de coacutemo se debe detectar la radiactividad fuera del cuerpo generalmente se escogen isoacutetopos radiactivos (radionuacuteclidos) emisores de rayos gama Tambieacuten el trazador debe ser efectivo a bajas concentraciones y debe tener una semivida corta para reducir la posibilidad de dantildeos al paciente Se emplea el yodo radiactivo (I 131) para determinar la funcioacuten tiroidea que es donde el organismo concentra al yodo En este proceso se ingiere una pequentildea cantidad de yoduro radiactivo de sodio o de potasio Se enfoca un detector a la glaacutendula tiroides y se mide la cantidad de yodo en la glaacutendula pudiendo luego comparar con el de una tiroides normal para detectar cualquier diferencia

Tambieacuten Se puede emplear el yodo 131 para el tratamiento del hipertiroidismo( El mal funcionamiento de la glaacutendula tiroides desarrolla el bocio en las personas y causa muchos trastornos en el metabolismo) La dosis terapeacuteutica es mayor que la que emplea en el diagnoacutestico La glaacutendula tiroides concentra selectivamente al Y

131 La seccioacuten de la glaacutendula que es hiperactiva quedaraacute expuesta a una gran dosis del isoacutetopo y seraacute la que se destruya especiacuteficamente

Los meacutedicos pueden examinar la eficiencia cardiaca en el bombeo y verificar la evidencia de una obstruccioacuten en las arterias coronarias mediante el barrido nuclear El radionuacuteclido Tl 201 al inyectarse en el flujo sanguiacuteneo se aloja en el tejido sano del corazoacuten El talio 201 emite radiacioacuten gama que se detecta mediante un dispositivo especial llamado caacutemara de centelleo Los datos obtenidos se traducen simultaacuteneamente en cifras mediante una computadora Con esta teacutecnica se puede observar si el tejido cardiaco ha muerto despueacutes de un ataque al corazoacuten y si la sangre fluye libremente a traveacutes de los conductores coronarios

Una de las uacuteltimas aplicaciones de la quiacutemica nuclear es el uso de la tomografiacutea de emisioacuten de positrones (PET) en la medida de procesos dinaacutemicos en el organismo como el uso de oxiacutegeno o el flujo sanguiacuteneo y en oncologiacutea Para esta aplicacioacuten se fabrica un compuesto que contiene un nuacuteclido emisor de positrones como C 11 O 15 oacute N 13 Se inyecta el compuesto en el organismo y se coloca al paciente en un instrumento que detecta las emisiones de positrones Una computadora produce una imagen tridimensional de la zona Los barridos de emisioacuten de positrones tambieacuten se han empleado para localizar las zonas del cerebro relacionadas con los ataques epileacutepticos El cerebro emplea la glucosa a velocidad distinta del tejido normal

7- PELIGROS

La radiactividad puede ser peligrosa y sus riesgos no deben tomarse a la ligera Puede dantildear las ceacutelulas del organismo y la exposicioacuten a altos niveles puede ser nociva e incluso fatal si se trata de manera inadecuada por eso lleva un largo proceso de investigacioacuten y descubrimientos abrieacutendose las puertas de la era nuclear

Despueacutes de muchos antildeos de investigacioacuten desarrollo y aplicaciones industriales hoy se puede afirmar que existen soluciones tecnoloacutegicas bastante seguras para manejar adecuadamente los desechos radiactivos Estos no solo provienen de los reactores que generan electricidad sino tambieacuten de los hospitales la industria la agricultura y la investigacioacuten como ya se estudioacute en los apartados anteriores donde se conocieron las aplicaciones de la radiactividad en esos campos

71- Residuos Radiactivos

La desventaja principal de las plantas nucleares es que producen desechos altamente radiactivos algunos de los cuales tienen semividas de miles de antildeos Hasta ahora no se ha logrado un consenso sobre coacutemo almacenar con seguridad de tales productos radiactivos

Aproximadamente una vez al antildeo se extrae una parte del combustible nuclear colocado dentro del reactor nuclear de fisioacuten y se sustituye por uno nuevo El combustible gastado es muy radiactivo y debe aislarse por miles de antildeos con mucho cuidado de lo contrario causariacutea dantildeos irreparables a las personas y al ambiente Es extraiacutedo del reactor por manos mecaacutenicas y colocado en piscinas con agua para enfriarlo y aislarlo por poco tiempo mientras es llevado al depoacutesito permanente Tambieacuten se almacena en contenedores de hormigoacuten o acero mientras se les da el lugar definitivo

Este uranio gastado tambieacuten se reutiliza en la actualidad Francia Reino Unido y la Federacioacuten Rusa cuentan con plantas de reelaboracioacuten a nivel industrial y mundial para la obtencioacuten de uranio y plutonio en el proceso quiacutemico Este tipo de desecho representa un 95 ya que una planta tiacutepica nuclear de generacioacuten eleacutectrica produce 30 toneladas anuales de uranio gastado esta cantidad puede reducirse a 3 m3 de desecho radiactivo

Tambieacuten se cuentan con desechos radiactivos soacutelidos liacutequidos y gaseosos Entre los soacutelidos se cuentan toallas papel vidrio metales y otros materiales usados en la central Cada uno tiene su manera de ser tratados para evitar problemas

Los soacutelidos altamente radiactivos se sellan en recipientes de metal o ceraacutemica resistentes a la corrosioacuten para evitar que la humedad los afecte Actualmente algunos paiacuteses que se dedican a la reelaboracioacuten del combustible gastado lo vitrifican Hay acuerdos que la manera idoacutenea para aislar esos desechos es colocarlos en cavidades profundas de la tierra con barreras tecnoloacutegicas y naturales como por ejemplo minas de sal granito arcilla basalto (roca volcaacutenica) y otras maacutes

Los desechos soacutelidos vitrificados se sellan en recipientes de metal o ceraacutemica resistentes a la corrosioacuten para evitar que la humedad los afecte

72- Desastres en Centrales Nucleares

Dos eventos que demostraron los peligros potenciales de la energiacutea nuclear fueron los accidentes en la isla Three Mile en Pennsylvania EUA (1979) y Chernobyl URSS (1986) Ambos accidentes fueron originados por la peacuterdida de refrigerante en el nuacutecleo del reactor Los reactores en la isla Three Mile estaacuten envueltos por cascarones de cemento y por lo tanto dejaron escapar una cantidad relativamente pequentildea de material radiactivo a la atmoacutesfera Como en la Unioacuten Sovieacutetica no se usan estructuras de contencioacuten para las plantas nucleares el accidente de Chernobyl ocasionoacute 31 muertes y la afectoacute en diverso grado hasta un total de 135000 personas La descarga de grandes cantidades de Y 131 Cs 134 y Cs 137 generaron problemas de salud a largo plazo en esa poblacioacuten que estuvo expuesta

Sin embargo aunque muchos puedan creer que una central nuclear puede explotar como una bomba atoacutemica esto no es asiacute Las bombas atoacutemicas y las

centrales nucleares son esencialmente diferentes Las bombas para explotar requieren la unioacuten raacutepida de dos piezas de uranio-235 metaacutelico casi puro formando una masa compacta de geometriacutea definida Un reactor nuclear tiacutepico que produzca vapor para una central eleacutectrica utiliza uranio ceraacutemico (normalmente en forma de oacutexido) no metal con un contenido de uranio-235 soacutelo del orden del 3 el resto del uranio se compone de uranio 238 que no se fisiona en el reactor

Hay que indicar que en la actualidad la experiencia que ha adquirido la industria nuclear en el uso de sustancias radioactivas ha permitido a eacutesta conocer plenamente los peligros que entrantildea Un blindaje y una contencioacuten apropiados evitaraacuten la fuga de radiaciones La clara comprensioacuten de los principios de proteccioacuten radioloacutegica y el conocimiento exhaustivo de las propiedades de la radiacioacuten que posee la industria nuclear le permiten disentildear construir y explotar sus plantas manteniendo en un miacutenimo la exposicioacuten a las radiaciones que afecta a los trabajadores y el puacuteblico de conformidad con las directrices internacionales La vigilancia perioacutedica de los trabajadores de la industria nuclear y de su ambiente de trabajo garantiza que no se rebasen estos niveles

Para asegurarse que el puacuteblico no sufra ninguacuten dantildeo el explotador de la central estaacute obligado a medir la radiactividad en el ambiente y comprobar mediante medidas en el aire agua y suelos y alimentos que las personas que viven alrededor de la central pueden respirar beber y comer los alimentos de la zona sin peligro

Las medidas de seguridad y de precaucioacuten como toda actividad humana ha ido evolucionando con el tiempo tanto es asiacute que actualmente se exige un aacuterea sin poblar alrededor de las centrales nucleares aunque variacutea de acuerdo con cada paiacutes A finalizar 1989 existiacutean 426 centrales nucleares conectadas a la red eleacutectrica en 25 paiacuteses Actualmente la cantidad de energiacutea eleacutectrica representa maacutes del 20 de la demanda

73- Lluvia Acida

La radiactividad liberada en la atmoacutesfera principalmente de pruebas nucleares se deposita poco a poco sobre la superficie de la tierra a traveacutes de la conocida como lluvia radiactiva La dosis media recibida por la poblacioacuten por esta causa ha pasado de valores altos en las deacutecadas de los 50-70 (hasta 008-014 mSv) a los valores actuales del orden de 5 microSievert aunque en algunos lugares alcanza los 10 mocrosievert Como puede observarse en la graacutefica el aumento de radiactividad de 1986 se debe al accidente de la central de Chernobil

74- Bombas Nucleares

La Historia de la humanidad nos muestra que praacutecticamente todo el desarrollo tecnoloacutegico que ha logrado el hombre ha tenido de una u otra manera una aplicacioacuten militar El gran poder de la energiacutea nuclear es por supuesto el ejemplo maacutes clamoroso de esto

El gobierno estadounidense en la Segunda Guerra mundial reunioacute a los principales fiacutesicos nucleares de la eacutepoca y les exigioacute que lograsen crear una bomba nuclear en lo que se conocioacute como Proyecto Manhattan Fruto de un importante esfuerzo econoacutemico y de medios pronto se consiguioacute el objetivo El empleo de estas bombas sobre Japoacuten marcoacute el final de la guerra Una visioacuten pesimista del mundo plantea que la humanidad se enfrentaraacute a su propia extincioacuten fruto de esta carrera militar Esta claro que una (no deseada) Tercera Guerra Mundial en la que se usasen armas nucleares seriacutea nefasta

Page 4: Seminario 14 RADIOISOTOPOS

A cada uno de estos nuacutecleos diferentes los llamamos nucleidos La cantidad total de nucleidos identificados hasta el presente es muy grande proacutexima a los 2000

Se disentildeoacute una carta o tabla de nucleidos para sistematizar la informacioacuten sobre ellos Se ordenan en casilleros en distintas filas de acuerdo a la cantidad de protones y en distintas columnas de acuerdo a la cantidad de neutrones

Asiacute encontraremos que en la fila 8 estaacuten los nucleidos que tienen 8 protones es decir encontraremos a todos los isoacutetopos del oxiacutegeno De la misma forma en la fila 92 estaraacuten todos los isoacutetopos del uranio

Dentro de cada casillero de la tabla de nucleidos se incluye normalmente informacioacuten sobre el nucleido en particular de utilidad para los cientiacuteficos nucleares Una informacioacuten relevante es si el nucleido en cuestioacuten es estable o inestable Para ello ademaacutes de datos numeacutericos es comuacuten dar a cada casillero un color particular En nuestra carta de nucleidos hemos pintado de negro los casilleros de los nucleidos estables mientras que los inestables tienen otro color

Entre los nucleidos de la carta solo algunos (pocos) son llamados estables es decir que no se transmutan por siacute solos en otros isoacutetopos y por lo tanto no se alteran con el paso del tiempo Los otros inestables emiten radiaciones son los isoacutetopos radiactivos o radioisoacutetopos

Lo primero que nos asombra es ver que los casilleros negros son muy pocos hay muchiacutesimos maacutes nucleidos inestables que estables Sin embargo es mucho maacutes faacutecil encontrar nucleidos estables que con nucleidos inestables ya que aquellos tienen una vida eterna mientras que los segundos se van transformando en otros nucleidos

En la carta de los nucleidos la curva que forman los casilleros negros es llamada liacutenea de estabilidad como si se pudiera trazar A la derecha de la liacutenea de estabilidad se ubican los isoacutetopos radiactivos que tienen maacutes neutrones que los isoacutetopos estables (color celeste) A la izquierda se ubican los isoacutetopos radiactivos que tienen menos neutrones que los estables (color rosa)

Los isoacutetopos que estaacuten fuera de la liacutenea de estabilidad emiten radiaciones dando como resultado otro nucleido maacutes cercano a la liacutenea de estabilidad En la zona celeste se emiten partiacuteculas negativas normalmente electrones que constituyen la radiacioacuten (beta -) Se dice que el nucleido ha tenido entonces un decaimiento beta La peacuterdida de una carga negativa en el nuacutecleo puede interpretarse como que un neutroacuten se transformoacute en un protoacuten por lo que el nuevo nucleido estaacute una fila maacutes arriba y una columna maacutes a la izquierda que el nucleido original acercaacutendose a los casilleros negros

En la zona rosa en cambio las partiacuteculas emitidas son positivas (positrones) Aquiacute sucede a la inversa en el decaimiento beta maacutes todo pasa como si un protoacuten perdiera su carga y se transformara en un neutroacuten por lo que el nucleido hijo se encuentra una fila maacutes abajo y una columna maacutes a la derecha que el original tambieacuten acercaacutendose a los casilleros negros

En liacuteneas generales se comprueba que los nucleidos que estaacuten maacutes alejados de la liacutenea de estabilidad son los maacutes inestables Esto significa que muy raacutepidamente desde que son creados (ya sea directamente o bien como consecuencia de alguacuten decaimiento) emiten alguna radiacioacuten mientras que los cercanos a los casilleros negros tardan maacutes en hacerlo

Ademaacutes de la emisioacuten beta en el caso de los nucleidos muy pesados es comuacuten la emisioacuten de partiacuteculas alfa Casi siempre el decaimiento de un nucleido mediante la emisioacuten de una partiacutecula cargada (alfa beta) es acompantildeada ademaacutes por la emisioacuten de radiacioacuten gamma

3-TIPOS DE RADIACIONES

Son muchas las radiaciones que existen rayos ultravioleta infrarroja luz visible ondas de radio microondas rayos alfa beta y gamma La descripcioacuten y comprensioacuten de las mismas no fue la obra de una sola persona sino el producto del aporte de muchos cientiacuteficos durante fines del siglo XIX y todo el siglo XX tarea que auacuten continuacutea Se destacan en los primeros tiempos Rutherford y colaboradores que investigaron en detalle la naturaleza de las radiaciones emitidas logrando identificar tres

ALFA - Resultaron ser nuacutecleos de helio (o sea aacutetomos del gas noble helio despojados de sus uacutenicos dos electrones)

BETA - Resultaron ser electrones(Beta menos) o positrones (Beta maacutes) muy raacutepidos

GAMMA - Consisten en Radiacioacuten Electromagneacutetica (similar a otras radiaciones que nos son maacutes familiares como la luz visible o los rayos X) pero con la diferencia de ser mucho maacutes energeacuteticos

Mientras que las partiacuteculas alfa y beta tienen alcances definidos en la materia los rayos gamma experimentan una atenuacioacuten exponencial (si se pasa por alto la acumulacioacuten que resulta de la dispersioacuten dentro de un material) a medida que atraviesan la materia Cuando puede prescindirse de la acumulacioacuten la atenuacioacuten de los rayos gamma viene dada por la caracteriacutestica de la masa El coeficiente maacutesico de atenuacioacuten depende de la energiacutea de los rayos gamma y del material con el que interactuacutean los rayos gamma

PENETRACION DE LAS RADIACIONES IONIZANTES EN LA MATERIA

Las Partiacuteculas Alfa de los materiales radiactivos son detenidas faacutecilmente por un pedazo de cartoacuten Las Partiacuteculas Beta penetran el cartoacuten pero son detenidas por una laacutemina de aluminio Los Rayos Gamma logran atravesar la lamina de aluminio pero acaban siendo absorbidos por un bloque grueso de plomo Los Neutrones producidos por ejemplo en reactores de fisioacuten logran atravesar incluso el plomo pero no un bloque grueso de hormigoacuten

4- VIDA MEDIA DE LOS ELEMENTOS RADIACTIVOS

Cada nuacutecleo radiactivo se desintegra seguacuten la intensidad o rapidez especiacutefica constante siendo distinta para cada especie Asiacute por ejemplo mientras que unos isoacutetopos radiactivos se desintegran en menos de un segundo otros tienen una vida mucho maacutes larga de hasta miles de antildeos

Para caracterizar estos tiempos se usa el concepto de vida media La vida media (t12) es el tiempo necesario para que se desintegre la mitad de una determinada cantidad de un nuacutecleo radiactivo Como hemos dicho las semividas de los elementos alcanzan desde una fraccioacuten de segundo hasta miles de millones de antildeos Un nuacutecleo estable puede considerarse por tanto como un nuacutecleo con una vida media infinita Por ejemplo el 238

92 U tiene una semivida de 45 x 109 antildeos el 226

88Ra tiene una semivida de 1620 antildeos y el 156C tiene una semivida de 24s

Como ejemplo si hoy se tuviera 10g de 22688Ra al cabo de 1620 antildeos se tendriacutean

05 g de 22688Ra al final de otro periacuteodo de 1620 antildeos quedariacutean 025 g y asiacute

sucesivamente

Las vidas medias de los radioisoacutetopos del mismo elemento son distintas En la tabla siguiente aparecen las de algunos isoacutetopos del Radio Carbono y Uranio

Vida Media de isoacutetopos del Radio Carbono y Uranio

Isoacutetopo Semivida Isoacutetopo Semivida

Ra 223 117 diacuteas C 14 5668 antildeos

Ra 224 364 diacuteas C 15 24 segundos

Ra 225 148 diacuteas U 235 71 x 108 antildeos

Ra 226 1620 antildeos U 238 45 x 109 antildeos

Ra 228 67 antildeos

5- RADIACTIVIDAD NATURAL

La radiactividad no es nada nuevo Existe desde que se formoacute la Tierra hace 4500 millones de antildeos No se puede percibir por el olfato el gusto el tacto el oiacutedo ni la vista Soacutelo en los uacuteltimos antildeos se ha aprendido a detectarla medirla y controlarla

Al contrario de la creencia popular la radiacioacuten no soacutelo se produce en las centrales nucleares o en las bombas atoacutemicas (que en realidad deberiacutean llamarse bombas nucleares) En efecto un 87 de la dosis de radiacioacuten que recibimos proviene de fuentes naturales La radiactividad estaacute en todas partes en las casas en el aire que respiramos en los alimentos que tomamos incluso nuestro propio cuerpo es radiactivo La Tierra es radiactiva por naturaleza y expone a los habitantes a la radiacioacuten proveniente de las rocas superficiales y el suelo

La radiacioacuten natural en la tierra y las rocas da una dosis promedio de 60 mrem (rem es la unidad para medir la dosis de radiactividad) por antildeo Estos materiales forman parte de las viviendas dado que se utilizan estas rocas en los materiales de construccioacuten antildeadiendo cantidades apreciables de radiacioacuten Por ejemplo el habitar en una casa de ladrillo o piedra el hombre se expone a 7 mrem maacutes por antildeo que si se habita en una casa de madera Todos los edificios de granito emiten radiaciones y el vivir sobre granito antildeade cantidades apreciables de radiacioacuten El gas radoacuten que surge del radio natural contenido en los materiales de construccioacuten tambieacuten estaacute presente en las casas y oficinas y emite maacutes radiacioacuten Incluso el dormir junto a otra persona puede aumentar nuestra dosis anual de radiacioacuten ya que cada cuerpo contiene potasio radiactivo que existe normalmente junto con el potasio normal que es esencial a la vida dando una dosis de radiacioacuten interna

La radiactividad natural tambieacuten se introduce en el cuerpo y estas radiaciones internas llegan a la mayoriacutea de los tejidos corporales en una cantidad aproximada de 18 mrem por antildeo Tanto el alimento como el agua y el aire contienen niveles bajos de radiactividad natural y esto ha sido asiacute desde el comienzo del mundo

Las fuentes naturales de radiacioacuten son tiacutepicas de la manera actual de vivir El arar la tierra libera gas radoacuten a la atmoacutesfera Los materiales radiactivos naturales se introducen en la cadena alimentaria el aire que se respira y el agua que bebemos y los materiales de construccioacuten el concreto la piedra y el ladrillo emiten radiacioacuten natural

Graacutefico Serie de desintegracioacuten de 23892U a 206

82Pb las flechas indican las transformaciones que se inician en el uranio y terminan en el plomo las flechas horizontales indican emisioacuten de partiacuteculas szlig y las diagonales partiacuteculas alfa

Tambieacuten cuando se viaja en avioacuten uno se expone a recibir una radiacioacuten mayor ya que hay menos proteccioacuten contra los rayos coacutesmicos Un pasajero que viaje en avioacuten a una altitud normal recibe en una hora una dosis de radiacioacuten cuatro veces mayor que la que recibe de toda la industria nuclear en un antildeo

6- EVOLUCIOacuteN

La evolucioacuten de vida en la tierra seguacuten las teoriacuteas maacutes aceptadas es fruto de las mutaciones geneacuteticas La presencia de una cantidad relativamente importante de Uranio en nuestro planeta convierte a la superficie terrestre en una zona con un importante contenido de radiacioacuten natural La vida no solo ha sido capaz de desarrollarse a pesar de estar sometida a esta radiacion sino que a base de mutaciones aleatorias de los genes debidas a estas radiaciones ionizantes ha ido evolucionando guiada por la seleccioacuten natural (supervivencia de las mutaciones beneficiosas) En un planeta con una menor cantidad de radiactividad natural la evolucioacuten de la vida hubiese sido mucho mas lenta o incluso inalcanzable Por tanto la humanidad como cabeza de la cadena evolutiva debe gran parte de su desarrollo a la radiactividad

61- DATACIOacuteN EL Carbono 14

El carbono 14 se produce de manera contiacutenua en la atmoacutesfera cuando neutrones de alta energiacutea del espacio chocan contra el nitroacutegeno 14

Al igual que el carbono 14 se produce contiacutenuamente por este proceso se descompone en forma continua al emitir partiacuteculas beta con el transcurso de los antildeos estos dos procesos opuestos han alcanzado casi equilibrio por lo que la cantidad de 14

6C presente en la atmoacutesfera permanece aproximadamente constante

El carbono 14 artificial que estaacute actualmente en circulacioacuten por la Tierra alcanza aproximadamente una tonelada y representa aproximadamente el 1 de la abundancia total natural Durante los uacuteltimos siete antildeos el hombre lo ha producido a un ritmo considerablemente mayor que el resultante del proceso natural mediante el cual se forma por la accioacuten de los neutrones de los rayos coacutesmicos La mayoriacutea estaacute todaviacutea en la atmoacutesfera combinado en dioacutexido de carbono En los organismos vivientes se ha elevado el contenido de carbono 14 hasta el 10 por encima de lo normal esta situacioacuten puede confundir a los futuros arqueoacutelogos

62- APLICACIONES MEDICAS

Dentro del uso de la radiactividad en las actividades humanas la maacutes conocida es la de sus aplicaciones meacutedicas El uso de la radiacioacuten en el diagnoacutestico y el tratamiento de enfermedades se ha convertido en una herramienta baacutesica en medicina Con ella se ha podido realizar exploraciones del cerebro y los huesos tratar el caacutencer y usar elementos radiactivos para dar seguimiento a hormonas y otros compuestos

quiacutemicos de los organismos

Tabla

Algunos isoacutetopos radiactivos sus vidas medias y sus aplicaciones meacutedicas como marcadores en el cuerpo humano

Nuacutecleo Vida media Aacuterea del cuerpo que se estudia

131 I 81 diacuteas Tiroides

59 Fe 451 diacuteas Gloacutebulos rojos

99 Mo 67 horas Metabolismo

32 P 143 diacuteas Ojos hiacutegado tumores

51 Cr 278 diacuteas Gloacutebulos rojos

87 Sr 28 horas Huesos

99 To 60 horas Corazoacuten huesos hiacutegado pulmones

133 Xe 53 diacuteas Pulmones

24 Na 148 horas Sistema circulatorio

Ejemplos de Aplicaciones Meacutedicas

Se emplean los trazadores radiactivos normalmente en el diagnoacutestico meacutedico Al respecto de coacutemo se debe detectar la radiactividad fuera del cuerpo generalmente se escogen isoacutetopos radiactivos (radionuacuteclidos) emisores de rayos gama Tambieacuten el trazador debe ser efectivo a bajas concentraciones y debe tener una semivida corta para reducir la posibilidad de dantildeos al paciente Se emplea el yodo radiactivo (I 131) para determinar la funcioacuten tiroidea que es donde el organismo concentra al yodo En este proceso se ingiere una pequentildea cantidad de yoduro radiactivo de sodio o de potasio Se enfoca un detector a la glaacutendula tiroides y se mide la cantidad de yodo en la glaacutendula pudiendo luego comparar con el de una tiroides normal para detectar cualquier diferencia

Tambieacuten Se puede emplear el yodo 131 para el tratamiento del hipertiroidismo( El mal funcionamiento de la glaacutendula tiroides desarrolla el bocio en las personas y causa muchos trastornos en el metabolismo) La dosis terapeacuteutica es mayor que la que emplea en el diagnoacutestico La glaacutendula tiroides concentra selectivamente al Y

131 La seccioacuten de la glaacutendula que es hiperactiva quedaraacute expuesta a una gran dosis del isoacutetopo y seraacute la que se destruya especiacuteficamente

Los meacutedicos pueden examinar la eficiencia cardiaca en el bombeo y verificar la evidencia de una obstruccioacuten en las arterias coronarias mediante el barrido nuclear El radionuacuteclido Tl 201 al inyectarse en el flujo sanguiacuteneo se aloja en el tejido sano del corazoacuten El talio 201 emite radiacioacuten gama que se detecta mediante un dispositivo especial llamado caacutemara de centelleo Los datos obtenidos se traducen simultaacuteneamente en cifras mediante una computadora Con esta teacutecnica se puede observar si el tejido cardiaco ha muerto despueacutes de un ataque al corazoacuten y si la sangre fluye libremente a traveacutes de los conductores coronarios

Una de las uacuteltimas aplicaciones de la quiacutemica nuclear es el uso de la tomografiacutea de emisioacuten de positrones (PET) en la medida de procesos dinaacutemicos en el organismo como el uso de oxiacutegeno o el flujo sanguiacuteneo y en oncologiacutea Para esta aplicacioacuten se fabrica un compuesto que contiene un nuacuteclido emisor de positrones como C 11 O 15 oacute N 13 Se inyecta el compuesto en el organismo y se coloca al paciente en un instrumento que detecta las emisiones de positrones Una computadora produce una imagen tridimensional de la zona Los barridos de emisioacuten de positrones tambieacuten se han empleado para localizar las zonas del cerebro relacionadas con los ataques epileacutepticos El cerebro emplea la glucosa a velocidad distinta del tejido normal

7- PELIGROS

La radiactividad puede ser peligrosa y sus riesgos no deben tomarse a la ligera Puede dantildear las ceacutelulas del organismo y la exposicioacuten a altos niveles puede ser nociva e incluso fatal si se trata de manera inadecuada por eso lleva un largo proceso de investigacioacuten y descubrimientos abrieacutendose las puertas de la era nuclear

Despueacutes de muchos antildeos de investigacioacuten desarrollo y aplicaciones industriales hoy se puede afirmar que existen soluciones tecnoloacutegicas bastante seguras para manejar adecuadamente los desechos radiactivos Estos no solo provienen de los reactores que generan electricidad sino tambieacuten de los hospitales la industria la agricultura y la investigacioacuten como ya se estudioacute en los apartados anteriores donde se conocieron las aplicaciones de la radiactividad en esos campos

71- Residuos Radiactivos

La desventaja principal de las plantas nucleares es que producen desechos altamente radiactivos algunos de los cuales tienen semividas de miles de antildeos Hasta ahora no se ha logrado un consenso sobre coacutemo almacenar con seguridad de tales productos radiactivos

Aproximadamente una vez al antildeo se extrae una parte del combustible nuclear colocado dentro del reactor nuclear de fisioacuten y se sustituye por uno nuevo El combustible gastado es muy radiactivo y debe aislarse por miles de antildeos con mucho cuidado de lo contrario causariacutea dantildeos irreparables a las personas y al ambiente Es extraiacutedo del reactor por manos mecaacutenicas y colocado en piscinas con agua para enfriarlo y aislarlo por poco tiempo mientras es llevado al depoacutesito permanente Tambieacuten se almacena en contenedores de hormigoacuten o acero mientras se les da el lugar definitivo

Este uranio gastado tambieacuten se reutiliza en la actualidad Francia Reino Unido y la Federacioacuten Rusa cuentan con plantas de reelaboracioacuten a nivel industrial y mundial para la obtencioacuten de uranio y plutonio en el proceso quiacutemico Este tipo de desecho representa un 95 ya que una planta tiacutepica nuclear de generacioacuten eleacutectrica produce 30 toneladas anuales de uranio gastado esta cantidad puede reducirse a 3 m3 de desecho radiactivo

Tambieacuten se cuentan con desechos radiactivos soacutelidos liacutequidos y gaseosos Entre los soacutelidos se cuentan toallas papel vidrio metales y otros materiales usados en la central Cada uno tiene su manera de ser tratados para evitar problemas

Los soacutelidos altamente radiactivos se sellan en recipientes de metal o ceraacutemica resistentes a la corrosioacuten para evitar que la humedad los afecte Actualmente algunos paiacuteses que se dedican a la reelaboracioacuten del combustible gastado lo vitrifican Hay acuerdos que la manera idoacutenea para aislar esos desechos es colocarlos en cavidades profundas de la tierra con barreras tecnoloacutegicas y naturales como por ejemplo minas de sal granito arcilla basalto (roca volcaacutenica) y otras maacutes

Los desechos soacutelidos vitrificados se sellan en recipientes de metal o ceraacutemica resistentes a la corrosioacuten para evitar que la humedad los afecte

72- Desastres en Centrales Nucleares

Dos eventos que demostraron los peligros potenciales de la energiacutea nuclear fueron los accidentes en la isla Three Mile en Pennsylvania EUA (1979) y Chernobyl URSS (1986) Ambos accidentes fueron originados por la peacuterdida de refrigerante en el nuacutecleo del reactor Los reactores en la isla Three Mile estaacuten envueltos por cascarones de cemento y por lo tanto dejaron escapar una cantidad relativamente pequentildea de material radiactivo a la atmoacutesfera Como en la Unioacuten Sovieacutetica no se usan estructuras de contencioacuten para las plantas nucleares el accidente de Chernobyl ocasionoacute 31 muertes y la afectoacute en diverso grado hasta un total de 135000 personas La descarga de grandes cantidades de Y 131 Cs 134 y Cs 137 generaron problemas de salud a largo plazo en esa poblacioacuten que estuvo expuesta

Sin embargo aunque muchos puedan creer que una central nuclear puede explotar como una bomba atoacutemica esto no es asiacute Las bombas atoacutemicas y las

centrales nucleares son esencialmente diferentes Las bombas para explotar requieren la unioacuten raacutepida de dos piezas de uranio-235 metaacutelico casi puro formando una masa compacta de geometriacutea definida Un reactor nuclear tiacutepico que produzca vapor para una central eleacutectrica utiliza uranio ceraacutemico (normalmente en forma de oacutexido) no metal con un contenido de uranio-235 soacutelo del orden del 3 el resto del uranio se compone de uranio 238 que no se fisiona en el reactor

Hay que indicar que en la actualidad la experiencia que ha adquirido la industria nuclear en el uso de sustancias radioactivas ha permitido a eacutesta conocer plenamente los peligros que entrantildea Un blindaje y una contencioacuten apropiados evitaraacuten la fuga de radiaciones La clara comprensioacuten de los principios de proteccioacuten radioloacutegica y el conocimiento exhaustivo de las propiedades de la radiacioacuten que posee la industria nuclear le permiten disentildear construir y explotar sus plantas manteniendo en un miacutenimo la exposicioacuten a las radiaciones que afecta a los trabajadores y el puacuteblico de conformidad con las directrices internacionales La vigilancia perioacutedica de los trabajadores de la industria nuclear y de su ambiente de trabajo garantiza que no se rebasen estos niveles

Para asegurarse que el puacuteblico no sufra ninguacuten dantildeo el explotador de la central estaacute obligado a medir la radiactividad en el ambiente y comprobar mediante medidas en el aire agua y suelos y alimentos que las personas que viven alrededor de la central pueden respirar beber y comer los alimentos de la zona sin peligro

Las medidas de seguridad y de precaucioacuten como toda actividad humana ha ido evolucionando con el tiempo tanto es asiacute que actualmente se exige un aacuterea sin poblar alrededor de las centrales nucleares aunque variacutea de acuerdo con cada paiacutes A finalizar 1989 existiacutean 426 centrales nucleares conectadas a la red eleacutectrica en 25 paiacuteses Actualmente la cantidad de energiacutea eleacutectrica representa maacutes del 20 de la demanda

73- Lluvia Acida

La radiactividad liberada en la atmoacutesfera principalmente de pruebas nucleares se deposita poco a poco sobre la superficie de la tierra a traveacutes de la conocida como lluvia radiactiva La dosis media recibida por la poblacioacuten por esta causa ha pasado de valores altos en las deacutecadas de los 50-70 (hasta 008-014 mSv) a los valores actuales del orden de 5 microSievert aunque en algunos lugares alcanza los 10 mocrosievert Como puede observarse en la graacutefica el aumento de radiactividad de 1986 se debe al accidente de la central de Chernobil

74- Bombas Nucleares

La Historia de la humanidad nos muestra que praacutecticamente todo el desarrollo tecnoloacutegico que ha logrado el hombre ha tenido de una u otra manera una aplicacioacuten militar El gran poder de la energiacutea nuclear es por supuesto el ejemplo maacutes clamoroso de esto

El gobierno estadounidense en la Segunda Guerra mundial reunioacute a los principales fiacutesicos nucleares de la eacutepoca y les exigioacute que lograsen crear una bomba nuclear en lo que se conocioacute como Proyecto Manhattan Fruto de un importante esfuerzo econoacutemico y de medios pronto se consiguioacute el objetivo El empleo de estas bombas sobre Japoacuten marcoacute el final de la guerra Una visioacuten pesimista del mundo plantea que la humanidad se enfrentaraacute a su propia extincioacuten fruto de esta carrera militar Esta claro que una (no deseada) Tercera Guerra Mundial en la que se usasen armas nucleares seriacutea nefasta

Page 5: Seminario 14 RADIOISOTOPOS

Lo primero que nos asombra es ver que los casilleros negros son muy pocos hay muchiacutesimos maacutes nucleidos inestables que estables Sin embargo es mucho maacutes faacutecil encontrar nucleidos estables que con nucleidos inestables ya que aquellos tienen una vida eterna mientras que los segundos se van transformando en otros nucleidos

En la carta de los nucleidos la curva que forman los casilleros negros es llamada liacutenea de estabilidad como si se pudiera trazar A la derecha de la liacutenea de estabilidad se ubican los isoacutetopos radiactivos que tienen maacutes neutrones que los isoacutetopos estables (color celeste) A la izquierda se ubican los isoacutetopos radiactivos que tienen menos neutrones que los estables (color rosa)

Los isoacutetopos que estaacuten fuera de la liacutenea de estabilidad emiten radiaciones dando como resultado otro nucleido maacutes cercano a la liacutenea de estabilidad En la zona celeste se emiten partiacuteculas negativas normalmente electrones que constituyen la radiacioacuten (beta -) Se dice que el nucleido ha tenido entonces un decaimiento beta La peacuterdida de una carga negativa en el nuacutecleo puede interpretarse como que un neutroacuten se transformoacute en un protoacuten por lo que el nuevo nucleido estaacute una fila maacutes arriba y una columna maacutes a la izquierda que el nucleido original acercaacutendose a los casilleros negros

En la zona rosa en cambio las partiacuteculas emitidas son positivas (positrones) Aquiacute sucede a la inversa en el decaimiento beta maacutes todo pasa como si un protoacuten perdiera su carga y se transformara en un neutroacuten por lo que el nucleido hijo se encuentra una fila maacutes abajo y una columna maacutes a la derecha que el original tambieacuten acercaacutendose a los casilleros negros

En liacuteneas generales se comprueba que los nucleidos que estaacuten maacutes alejados de la liacutenea de estabilidad son los maacutes inestables Esto significa que muy raacutepidamente desde que son creados (ya sea directamente o bien como consecuencia de alguacuten decaimiento) emiten alguna radiacioacuten mientras que los cercanos a los casilleros negros tardan maacutes en hacerlo

Ademaacutes de la emisioacuten beta en el caso de los nucleidos muy pesados es comuacuten la emisioacuten de partiacuteculas alfa Casi siempre el decaimiento de un nucleido mediante la emisioacuten de una partiacutecula cargada (alfa beta) es acompantildeada ademaacutes por la emisioacuten de radiacioacuten gamma

3-TIPOS DE RADIACIONES

Son muchas las radiaciones que existen rayos ultravioleta infrarroja luz visible ondas de radio microondas rayos alfa beta y gamma La descripcioacuten y comprensioacuten de las mismas no fue la obra de una sola persona sino el producto del aporte de muchos cientiacuteficos durante fines del siglo XIX y todo el siglo XX tarea que auacuten continuacutea Se destacan en los primeros tiempos Rutherford y colaboradores que investigaron en detalle la naturaleza de las radiaciones emitidas logrando identificar tres

ALFA - Resultaron ser nuacutecleos de helio (o sea aacutetomos del gas noble helio despojados de sus uacutenicos dos electrones)

BETA - Resultaron ser electrones(Beta menos) o positrones (Beta maacutes) muy raacutepidos

GAMMA - Consisten en Radiacioacuten Electromagneacutetica (similar a otras radiaciones que nos son maacutes familiares como la luz visible o los rayos X) pero con la diferencia de ser mucho maacutes energeacuteticos

Mientras que las partiacuteculas alfa y beta tienen alcances definidos en la materia los rayos gamma experimentan una atenuacioacuten exponencial (si se pasa por alto la acumulacioacuten que resulta de la dispersioacuten dentro de un material) a medida que atraviesan la materia Cuando puede prescindirse de la acumulacioacuten la atenuacioacuten de los rayos gamma viene dada por la caracteriacutestica de la masa El coeficiente maacutesico de atenuacioacuten depende de la energiacutea de los rayos gamma y del material con el que interactuacutean los rayos gamma

PENETRACION DE LAS RADIACIONES IONIZANTES EN LA MATERIA

Las Partiacuteculas Alfa de los materiales radiactivos son detenidas faacutecilmente por un pedazo de cartoacuten Las Partiacuteculas Beta penetran el cartoacuten pero son detenidas por una laacutemina de aluminio Los Rayos Gamma logran atravesar la lamina de aluminio pero acaban siendo absorbidos por un bloque grueso de plomo Los Neutrones producidos por ejemplo en reactores de fisioacuten logran atravesar incluso el plomo pero no un bloque grueso de hormigoacuten

4- VIDA MEDIA DE LOS ELEMENTOS RADIACTIVOS

Cada nuacutecleo radiactivo se desintegra seguacuten la intensidad o rapidez especiacutefica constante siendo distinta para cada especie Asiacute por ejemplo mientras que unos isoacutetopos radiactivos se desintegran en menos de un segundo otros tienen una vida mucho maacutes larga de hasta miles de antildeos

Para caracterizar estos tiempos se usa el concepto de vida media La vida media (t12) es el tiempo necesario para que se desintegre la mitad de una determinada cantidad de un nuacutecleo radiactivo Como hemos dicho las semividas de los elementos alcanzan desde una fraccioacuten de segundo hasta miles de millones de antildeos Un nuacutecleo estable puede considerarse por tanto como un nuacutecleo con una vida media infinita Por ejemplo el 238

92 U tiene una semivida de 45 x 109 antildeos el 226

88Ra tiene una semivida de 1620 antildeos y el 156C tiene una semivida de 24s

Como ejemplo si hoy se tuviera 10g de 22688Ra al cabo de 1620 antildeos se tendriacutean

05 g de 22688Ra al final de otro periacuteodo de 1620 antildeos quedariacutean 025 g y asiacute

sucesivamente

Las vidas medias de los radioisoacutetopos del mismo elemento son distintas En la tabla siguiente aparecen las de algunos isoacutetopos del Radio Carbono y Uranio

Vida Media de isoacutetopos del Radio Carbono y Uranio

Isoacutetopo Semivida Isoacutetopo Semivida

Ra 223 117 diacuteas C 14 5668 antildeos

Ra 224 364 diacuteas C 15 24 segundos

Ra 225 148 diacuteas U 235 71 x 108 antildeos

Ra 226 1620 antildeos U 238 45 x 109 antildeos

Ra 228 67 antildeos

5- RADIACTIVIDAD NATURAL

La radiactividad no es nada nuevo Existe desde que se formoacute la Tierra hace 4500 millones de antildeos No se puede percibir por el olfato el gusto el tacto el oiacutedo ni la vista Soacutelo en los uacuteltimos antildeos se ha aprendido a detectarla medirla y controlarla

Al contrario de la creencia popular la radiacioacuten no soacutelo se produce en las centrales nucleares o en las bombas atoacutemicas (que en realidad deberiacutean llamarse bombas nucleares) En efecto un 87 de la dosis de radiacioacuten que recibimos proviene de fuentes naturales La radiactividad estaacute en todas partes en las casas en el aire que respiramos en los alimentos que tomamos incluso nuestro propio cuerpo es radiactivo La Tierra es radiactiva por naturaleza y expone a los habitantes a la radiacioacuten proveniente de las rocas superficiales y el suelo

La radiacioacuten natural en la tierra y las rocas da una dosis promedio de 60 mrem (rem es la unidad para medir la dosis de radiactividad) por antildeo Estos materiales forman parte de las viviendas dado que se utilizan estas rocas en los materiales de construccioacuten antildeadiendo cantidades apreciables de radiacioacuten Por ejemplo el habitar en una casa de ladrillo o piedra el hombre se expone a 7 mrem maacutes por antildeo que si se habita en una casa de madera Todos los edificios de granito emiten radiaciones y el vivir sobre granito antildeade cantidades apreciables de radiacioacuten El gas radoacuten que surge del radio natural contenido en los materiales de construccioacuten tambieacuten estaacute presente en las casas y oficinas y emite maacutes radiacioacuten Incluso el dormir junto a otra persona puede aumentar nuestra dosis anual de radiacioacuten ya que cada cuerpo contiene potasio radiactivo que existe normalmente junto con el potasio normal que es esencial a la vida dando una dosis de radiacioacuten interna

La radiactividad natural tambieacuten se introduce en el cuerpo y estas radiaciones internas llegan a la mayoriacutea de los tejidos corporales en una cantidad aproximada de 18 mrem por antildeo Tanto el alimento como el agua y el aire contienen niveles bajos de radiactividad natural y esto ha sido asiacute desde el comienzo del mundo

Las fuentes naturales de radiacioacuten son tiacutepicas de la manera actual de vivir El arar la tierra libera gas radoacuten a la atmoacutesfera Los materiales radiactivos naturales se introducen en la cadena alimentaria el aire que se respira y el agua que bebemos y los materiales de construccioacuten el concreto la piedra y el ladrillo emiten radiacioacuten natural

Graacutefico Serie de desintegracioacuten de 23892U a 206

82Pb las flechas indican las transformaciones que se inician en el uranio y terminan en el plomo las flechas horizontales indican emisioacuten de partiacuteculas szlig y las diagonales partiacuteculas alfa

Tambieacuten cuando se viaja en avioacuten uno se expone a recibir una radiacioacuten mayor ya que hay menos proteccioacuten contra los rayos coacutesmicos Un pasajero que viaje en avioacuten a una altitud normal recibe en una hora una dosis de radiacioacuten cuatro veces mayor que la que recibe de toda la industria nuclear en un antildeo

6- EVOLUCIOacuteN

La evolucioacuten de vida en la tierra seguacuten las teoriacuteas maacutes aceptadas es fruto de las mutaciones geneacuteticas La presencia de una cantidad relativamente importante de Uranio en nuestro planeta convierte a la superficie terrestre en una zona con un importante contenido de radiacioacuten natural La vida no solo ha sido capaz de desarrollarse a pesar de estar sometida a esta radiacion sino que a base de mutaciones aleatorias de los genes debidas a estas radiaciones ionizantes ha ido evolucionando guiada por la seleccioacuten natural (supervivencia de las mutaciones beneficiosas) En un planeta con una menor cantidad de radiactividad natural la evolucioacuten de la vida hubiese sido mucho mas lenta o incluso inalcanzable Por tanto la humanidad como cabeza de la cadena evolutiva debe gran parte de su desarrollo a la radiactividad

61- DATACIOacuteN EL Carbono 14

El carbono 14 se produce de manera contiacutenua en la atmoacutesfera cuando neutrones de alta energiacutea del espacio chocan contra el nitroacutegeno 14

Al igual que el carbono 14 se produce contiacutenuamente por este proceso se descompone en forma continua al emitir partiacuteculas beta con el transcurso de los antildeos estos dos procesos opuestos han alcanzado casi equilibrio por lo que la cantidad de 14

6C presente en la atmoacutesfera permanece aproximadamente constante

El carbono 14 artificial que estaacute actualmente en circulacioacuten por la Tierra alcanza aproximadamente una tonelada y representa aproximadamente el 1 de la abundancia total natural Durante los uacuteltimos siete antildeos el hombre lo ha producido a un ritmo considerablemente mayor que el resultante del proceso natural mediante el cual se forma por la accioacuten de los neutrones de los rayos coacutesmicos La mayoriacutea estaacute todaviacutea en la atmoacutesfera combinado en dioacutexido de carbono En los organismos vivientes se ha elevado el contenido de carbono 14 hasta el 10 por encima de lo normal esta situacioacuten puede confundir a los futuros arqueoacutelogos

62- APLICACIONES MEDICAS

Dentro del uso de la radiactividad en las actividades humanas la maacutes conocida es la de sus aplicaciones meacutedicas El uso de la radiacioacuten en el diagnoacutestico y el tratamiento de enfermedades se ha convertido en una herramienta baacutesica en medicina Con ella se ha podido realizar exploraciones del cerebro y los huesos tratar el caacutencer y usar elementos radiactivos para dar seguimiento a hormonas y otros compuestos

quiacutemicos de los organismos

Tabla

Algunos isoacutetopos radiactivos sus vidas medias y sus aplicaciones meacutedicas como marcadores en el cuerpo humano

Nuacutecleo Vida media Aacuterea del cuerpo que se estudia

131 I 81 diacuteas Tiroides

59 Fe 451 diacuteas Gloacutebulos rojos

99 Mo 67 horas Metabolismo

32 P 143 diacuteas Ojos hiacutegado tumores

51 Cr 278 diacuteas Gloacutebulos rojos

87 Sr 28 horas Huesos

99 To 60 horas Corazoacuten huesos hiacutegado pulmones

133 Xe 53 diacuteas Pulmones

24 Na 148 horas Sistema circulatorio

Ejemplos de Aplicaciones Meacutedicas

Se emplean los trazadores radiactivos normalmente en el diagnoacutestico meacutedico Al respecto de coacutemo se debe detectar la radiactividad fuera del cuerpo generalmente se escogen isoacutetopos radiactivos (radionuacuteclidos) emisores de rayos gama Tambieacuten el trazador debe ser efectivo a bajas concentraciones y debe tener una semivida corta para reducir la posibilidad de dantildeos al paciente Se emplea el yodo radiactivo (I 131) para determinar la funcioacuten tiroidea que es donde el organismo concentra al yodo En este proceso se ingiere una pequentildea cantidad de yoduro radiactivo de sodio o de potasio Se enfoca un detector a la glaacutendula tiroides y se mide la cantidad de yodo en la glaacutendula pudiendo luego comparar con el de una tiroides normal para detectar cualquier diferencia

Tambieacuten Se puede emplear el yodo 131 para el tratamiento del hipertiroidismo( El mal funcionamiento de la glaacutendula tiroides desarrolla el bocio en las personas y causa muchos trastornos en el metabolismo) La dosis terapeacuteutica es mayor que la que emplea en el diagnoacutestico La glaacutendula tiroides concentra selectivamente al Y

131 La seccioacuten de la glaacutendula que es hiperactiva quedaraacute expuesta a una gran dosis del isoacutetopo y seraacute la que se destruya especiacuteficamente

Los meacutedicos pueden examinar la eficiencia cardiaca en el bombeo y verificar la evidencia de una obstruccioacuten en las arterias coronarias mediante el barrido nuclear El radionuacuteclido Tl 201 al inyectarse en el flujo sanguiacuteneo se aloja en el tejido sano del corazoacuten El talio 201 emite radiacioacuten gama que se detecta mediante un dispositivo especial llamado caacutemara de centelleo Los datos obtenidos se traducen simultaacuteneamente en cifras mediante una computadora Con esta teacutecnica se puede observar si el tejido cardiaco ha muerto despueacutes de un ataque al corazoacuten y si la sangre fluye libremente a traveacutes de los conductores coronarios

Una de las uacuteltimas aplicaciones de la quiacutemica nuclear es el uso de la tomografiacutea de emisioacuten de positrones (PET) en la medida de procesos dinaacutemicos en el organismo como el uso de oxiacutegeno o el flujo sanguiacuteneo y en oncologiacutea Para esta aplicacioacuten se fabrica un compuesto que contiene un nuacuteclido emisor de positrones como C 11 O 15 oacute N 13 Se inyecta el compuesto en el organismo y se coloca al paciente en un instrumento que detecta las emisiones de positrones Una computadora produce una imagen tridimensional de la zona Los barridos de emisioacuten de positrones tambieacuten se han empleado para localizar las zonas del cerebro relacionadas con los ataques epileacutepticos El cerebro emplea la glucosa a velocidad distinta del tejido normal

7- PELIGROS

La radiactividad puede ser peligrosa y sus riesgos no deben tomarse a la ligera Puede dantildear las ceacutelulas del organismo y la exposicioacuten a altos niveles puede ser nociva e incluso fatal si se trata de manera inadecuada por eso lleva un largo proceso de investigacioacuten y descubrimientos abrieacutendose las puertas de la era nuclear

Despueacutes de muchos antildeos de investigacioacuten desarrollo y aplicaciones industriales hoy se puede afirmar que existen soluciones tecnoloacutegicas bastante seguras para manejar adecuadamente los desechos radiactivos Estos no solo provienen de los reactores que generan electricidad sino tambieacuten de los hospitales la industria la agricultura y la investigacioacuten como ya se estudioacute en los apartados anteriores donde se conocieron las aplicaciones de la radiactividad en esos campos

71- Residuos Radiactivos

La desventaja principal de las plantas nucleares es que producen desechos altamente radiactivos algunos de los cuales tienen semividas de miles de antildeos Hasta ahora no se ha logrado un consenso sobre coacutemo almacenar con seguridad de tales productos radiactivos

Aproximadamente una vez al antildeo se extrae una parte del combustible nuclear colocado dentro del reactor nuclear de fisioacuten y se sustituye por uno nuevo El combustible gastado es muy radiactivo y debe aislarse por miles de antildeos con mucho cuidado de lo contrario causariacutea dantildeos irreparables a las personas y al ambiente Es extraiacutedo del reactor por manos mecaacutenicas y colocado en piscinas con agua para enfriarlo y aislarlo por poco tiempo mientras es llevado al depoacutesito permanente Tambieacuten se almacena en contenedores de hormigoacuten o acero mientras se les da el lugar definitivo

Este uranio gastado tambieacuten se reutiliza en la actualidad Francia Reino Unido y la Federacioacuten Rusa cuentan con plantas de reelaboracioacuten a nivel industrial y mundial para la obtencioacuten de uranio y plutonio en el proceso quiacutemico Este tipo de desecho representa un 95 ya que una planta tiacutepica nuclear de generacioacuten eleacutectrica produce 30 toneladas anuales de uranio gastado esta cantidad puede reducirse a 3 m3 de desecho radiactivo

Tambieacuten se cuentan con desechos radiactivos soacutelidos liacutequidos y gaseosos Entre los soacutelidos se cuentan toallas papel vidrio metales y otros materiales usados en la central Cada uno tiene su manera de ser tratados para evitar problemas

Los soacutelidos altamente radiactivos se sellan en recipientes de metal o ceraacutemica resistentes a la corrosioacuten para evitar que la humedad los afecte Actualmente algunos paiacuteses que se dedican a la reelaboracioacuten del combustible gastado lo vitrifican Hay acuerdos que la manera idoacutenea para aislar esos desechos es colocarlos en cavidades profundas de la tierra con barreras tecnoloacutegicas y naturales como por ejemplo minas de sal granito arcilla basalto (roca volcaacutenica) y otras maacutes

Los desechos soacutelidos vitrificados se sellan en recipientes de metal o ceraacutemica resistentes a la corrosioacuten para evitar que la humedad los afecte

72- Desastres en Centrales Nucleares

Dos eventos que demostraron los peligros potenciales de la energiacutea nuclear fueron los accidentes en la isla Three Mile en Pennsylvania EUA (1979) y Chernobyl URSS (1986) Ambos accidentes fueron originados por la peacuterdida de refrigerante en el nuacutecleo del reactor Los reactores en la isla Three Mile estaacuten envueltos por cascarones de cemento y por lo tanto dejaron escapar una cantidad relativamente pequentildea de material radiactivo a la atmoacutesfera Como en la Unioacuten Sovieacutetica no se usan estructuras de contencioacuten para las plantas nucleares el accidente de Chernobyl ocasionoacute 31 muertes y la afectoacute en diverso grado hasta un total de 135000 personas La descarga de grandes cantidades de Y 131 Cs 134 y Cs 137 generaron problemas de salud a largo plazo en esa poblacioacuten que estuvo expuesta

Sin embargo aunque muchos puedan creer que una central nuclear puede explotar como una bomba atoacutemica esto no es asiacute Las bombas atoacutemicas y las

centrales nucleares son esencialmente diferentes Las bombas para explotar requieren la unioacuten raacutepida de dos piezas de uranio-235 metaacutelico casi puro formando una masa compacta de geometriacutea definida Un reactor nuclear tiacutepico que produzca vapor para una central eleacutectrica utiliza uranio ceraacutemico (normalmente en forma de oacutexido) no metal con un contenido de uranio-235 soacutelo del orden del 3 el resto del uranio se compone de uranio 238 que no se fisiona en el reactor

Hay que indicar que en la actualidad la experiencia que ha adquirido la industria nuclear en el uso de sustancias radioactivas ha permitido a eacutesta conocer plenamente los peligros que entrantildea Un blindaje y una contencioacuten apropiados evitaraacuten la fuga de radiaciones La clara comprensioacuten de los principios de proteccioacuten radioloacutegica y el conocimiento exhaustivo de las propiedades de la radiacioacuten que posee la industria nuclear le permiten disentildear construir y explotar sus plantas manteniendo en un miacutenimo la exposicioacuten a las radiaciones que afecta a los trabajadores y el puacuteblico de conformidad con las directrices internacionales La vigilancia perioacutedica de los trabajadores de la industria nuclear y de su ambiente de trabajo garantiza que no se rebasen estos niveles

Para asegurarse que el puacuteblico no sufra ninguacuten dantildeo el explotador de la central estaacute obligado a medir la radiactividad en el ambiente y comprobar mediante medidas en el aire agua y suelos y alimentos que las personas que viven alrededor de la central pueden respirar beber y comer los alimentos de la zona sin peligro

Las medidas de seguridad y de precaucioacuten como toda actividad humana ha ido evolucionando con el tiempo tanto es asiacute que actualmente se exige un aacuterea sin poblar alrededor de las centrales nucleares aunque variacutea de acuerdo con cada paiacutes A finalizar 1989 existiacutean 426 centrales nucleares conectadas a la red eleacutectrica en 25 paiacuteses Actualmente la cantidad de energiacutea eleacutectrica representa maacutes del 20 de la demanda

73- Lluvia Acida

La radiactividad liberada en la atmoacutesfera principalmente de pruebas nucleares se deposita poco a poco sobre la superficie de la tierra a traveacutes de la conocida como lluvia radiactiva La dosis media recibida por la poblacioacuten por esta causa ha pasado de valores altos en las deacutecadas de los 50-70 (hasta 008-014 mSv) a los valores actuales del orden de 5 microSievert aunque en algunos lugares alcanza los 10 mocrosievert Como puede observarse en la graacutefica el aumento de radiactividad de 1986 se debe al accidente de la central de Chernobil

74- Bombas Nucleares

La Historia de la humanidad nos muestra que praacutecticamente todo el desarrollo tecnoloacutegico que ha logrado el hombre ha tenido de una u otra manera una aplicacioacuten militar El gran poder de la energiacutea nuclear es por supuesto el ejemplo maacutes clamoroso de esto

El gobierno estadounidense en la Segunda Guerra mundial reunioacute a los principales fiacutesicos nucleares de la eacutepoca y les exigioacute que lograsen crear una bomba nuclear en lo que se conocioacute como Proyecto Manhattan Fruto de un importante esfuerzo econoacutemico y de medios pronto se consiguioacute el objetivo El empleo de estas bombas sobre Japoacuten marcoacute el final de la guerra Una visioacuten pesimista del mundo plantea que la humanidad se enfrentaraacute a su propia extincioacuten fruto de esta carrera militar Esta claro que una (no deseada) Tercera Guerra Mundial en la que se usasen armas nucleares seriacutea nefasta

Page 6: Seminario 14 RADIOISOTOPOS

ALFA - Resultaron ser nuacutecleos de helio (o sea aacutetomos del gas noble helio despojados de sus uacutenicos dos electrones)

BETA - Resultaron ser electrones(Beta menos) o positrones (Beta maacutes) muy raacutepidos

GAMMA - Consisten en Radiacioacuten Electromagneacutetica (similar a otras radiaciones que nos son maacutes familiares como la luz visible o los rayos X) pero con la diferencia de ser mucho maacutes energeacuteticos

Mientras que las partiacuteculas alfa y beta tienen alcances definidos en la materia los rayos gamma experimentan una atenuacioacuten exponencial (si se pasa por alto la acumulacioacuten que resulta de la dispersioacuten dentro de un material) a medida que atraviesan la materia Cuando puede prescindirse de la acumulacioacuten la atenuacioacuten de los rayos gamma viene dada por la caracteriacutestica de la masa El coeficiente maacutesico de atenuacioacuten depende de la energiacutea de los rayos gamma y del material con el que interactuacutean los rayos gamma

PENETRACION DE LAS RADIACIONES IONIZANTES EN LA MATERIA

Las Partiacuteculas Alfa de los materiales radiactivos son detenidas faacutecilmente por un pedazo de cartoacuten Las Partiacuteculas Beta penetran el cartoacuten pero son detenidas por una laacutemina de aluminio Los Rayos Gamma logran atravesar la lamina de aluminio pero acaban siendo absorbidos por un bloque grueso de plomo Los Neutrones producidos por ejemplo en reactores de fisioacuten logran atravesar incluso el plomo pero no un bloque grueso de hormigoacuten

4- VIDA MEDIA DE LOS ELEMENTOS RADIACTIVOS

Cada nuacutecleo radiactivo se desintegra seguacuten la intensidad o rapidez especiacutefica constante siendo distinta para cada especie Asiacute por ejemplo mientras que unos isoacutetopos radiactivos se desintegran en menos de un segundo otros tienen una vida mucho maacutes larga de hasta miles de antildeos

Para caracterizar estos tiempos se usa el concepto de vida media La vida media (t12) es el tiempo necesario para que se desintegre la mitad de una determinada cantidad de un nuacutecleo radiactivo Como hemos dicho las semividas de los elementos alcanzan desde una fraccioacuten de segundo hasta miles de millones de antildeos Un nuacutecleo estable puede considerarse por tanto como un nuacutecleo con una vida media infinita Por ejemplo el 238

92 U tiene una semivida de 45 x 109 antildeos el 226

88Ra tiene una semivida de 1620 antildeos y el 156C tiene una semivida de 24s

Como ejemplo si hoy se tuviera 10g de 22688Ra al cabo de 1620 antildeos se tendriacutean

05 g de 22688Ra al final de otro periacuteodo de 1620 antildeos quedariacutean 025 g y asiacute

sucesivamente

Las vidas medias de los radioisoacutetopos del mismo elemento son distintas En la tabla siguiente aparecen las de algunos isoacutetopos del Radio Carbono y Uranio

Vida Media de isoacutetopos del Radio Carbono y Uranio

Isoacutetopo Semivida Isoacutetopo Semivida

Ra 223 117 diacuteas C 14 5668 antildeos

Ra 224 364 diacuteas C 15 24 segundos

Ra 225 148 diacuteas U 235 71 x 108 antildeos

Ra 226 1620 antildeos U 238 45 x 109 antildeos

Ra 228 67 antildeos

5- RADIACTIVIDAD NATURAL

La radiactividad no es nada nuevo Existe desde que se formoacute la Tierra hace 4500 millones de antildeos No se puede percibir por el olfato el gusto el tacto el oiacutedo ni la vista Soacutelo en los uacuteltimos antildeos se ha aprendido a detectarla medirla y controlarla

Al contrario de la creencia popular la radiacioacuten no soacutelo se produce en las centrales nucleares o en las bombas atoacutemicas (que en realidad deberiacutean llamarse bombas nucleares) En efecto un 87 de la dosis de radiacioacuten que recibimos proviene de fuentes naturales La radiactividad estaacute en todas partes en las casas en el aire que respiramos en los alimentos que tomamos incluso nuestro propio cuerpo es radiactivo La Tierra es radiactiva por naturaleza y expone a los habitantes a la radiacioacuten proveniente de las rocas superficiales y el suelo

La radiacioacuten natural en la tierra y las rocas da una dosis promedio de 60 mrem (rem es la unidad para medir la dosis de radiactividad) por antildeo Estos materiales forman parte de las viviendas dado que se utilizan estas rocas en los materiales de construccioacuten antildeadiendo cantidades apreciables de radiacioacuten Por ejemplo el habitar en una casa de ladrillo o piedra el hombre se expone a 7 mrem maacutes por antildeo que si se habita en una casa de madera Todos los edificios de granito emiten radiaciones y el vivir sobre granito antildeade cantidades apreciables de radiacioacuten El gas radoacuten que surge del radio natural contenido en los materiales de construccioacuten tambieacuten estaacute presente en las casas y oficinas y emite maacutes radiacioacuten Incluso el dormir junto a otra persona puede aumentar nuestra dosis anual de radiacioacuten ya que cada cuerpo contiene potasio radiactivo que existe normalmente junto con el potasio normal que es esencial a la vida dando una dosis de radiacioacuten interna

La radiactividad natural tambieacuten se introduce en el cuerpo y estas radiaciones internas llegan a la mayoriacutea de los tejidos corporales en una cantidad aproximada de 18 mrem por antildeo Tanto el alimento como el agua y el aire contienen niveles bajos de radiactividad natural y esto ha sido asiacute desde el comienzo del mundo

Las fuentes naturales de radiacioacuten son tiacutepicas de la manera actual de vivir El arar la tierra libera gas radoacuten a la atmoacutesfera Los materiales radiactivos naturales se introducen en la cadena alimentaria el aire que se respira y el agua que bebemos y los materiales de construccioacuten el concreto la piedra y el ladrillo emiten radiacioacuten natural

Graacutefico Serie de desintegracioacuten de 23892U a 206

82Pb las flechas indican las transformaciones que se inician en el uranio y terminan en el plomo las flechas horizontales indican emisioacuten de partiacuteculas szlig y las diagonales partiacuteculas alfa

Tambieacuten cuando se viaja en avioacuten uno se expone a recibir una radiacioacuten mayor ya que hay menos proteccioacuten contra los rayos coacutesmicos Un pasajero que viaje en avioacuten a una altitud normal recibe en una hora una dosis de radiacioacuten cuatro veces mayor que la que recibe de toda la industria nuclear en un antildeo

6- EVOLUCIOacuteN

La evolucioacuten de vida en la tierra seguacuten las teoriacuteas maacutes aceptadas es fruto de las mutaciones geneacuteticas La presencia de una cantidad relativamente importante de Uranio en nuestro planeta convierte a la superficie terrestre en una zona con un importante contenido de radiacioacuten natural La vida no solo ha sido capaz de desarrollarse a pesar de estar sometida a esta radiacion sino que a base de mutaciones aleatorias de los genes debidas a estas radiaciones ionizantes ha ido evolucionando guiada por la seleccioacuten natural (supervivencia de las mutaciones beneficiosas) En un planeta con una menor cantidad de radiactividad natural la evolucioacuten de la vida hubiese sido mucho mas lenta o incluso inalcanzable Por tanto la humanidad como cabeza de la cadena evolutiva debe gran parte de su desarrollo a la radiactividad

61- DATACIOacuteN EL Carbono 14

El carbono 14 se produce de manera contiacutenua en la atmoacutesfera cuando neutrones de alta energiacutea del espacio chocan contra el nitroacutegeno 14

Al igual que el carbono 14 se produce contiacutenuamente por este proceso se descompone en forma continua al emitir partiacuteculas beta con el transcurso de los antildeos estos dos procesos opuestos han alcanzado casi equilibrio por lo que la cantidad de 14

6C presente en la atmoacutesfera permanece aproximadamente constante

El carbono 14 artificial que estaacute actualmente en circulacioacuten por la Tierra alcanza aproximadamente una tonelada y representa aproximadamente el 1 de la abundancia total natural Durante los uacuteltimos siete antildeos el hombre lo ha producido a un ritmo considerablemente mayor que el resultante del proceso natural mediante el cual se forma por la accioacuten de los neutrones de los rayos coacutesmicos La mayoriacutea estaacute todaviacutea en la atmoacutesfera combinado en dioacutexido de carbono En los organismos vivientes se ha elevado el contenido de carbono 14 hasta el 10 por encima de lo normal esta situacioacuten puede confundir a los futuros arqueoacutelogos

62- APLICACIONES MEDICAS

Dentro del uso de la radiactividad en las actividades humanas la maacutes conocida es la de sus aplicaciones meacutedicas El uso de la radiacioacuten en el diagnoacutestico y el tratamiento de enfermedades se ha convertido en una herramienta baacutesica en medicina Con ella se ha podido realizar exploraciones del cerebro y los huesos tratar el caacutencer y usar elementos radiactivos para dar seguimiento a hormonas y otros compuestos

quiacutemicos de los organismos

Tabla

Algunos isoacutetopos radiactivos sus vidas medias y sus aplicaciones meacutedicas como marcadores en el cuerpo humano

Nuacutecleo Vida media Aacuterea del cuerpo que se estudia

131 I 81 diacuteas Tiroides

59 Fe 451 diacuteas Gloacutebulos rojos

99 Mo 67 horas Metabolismo

32 P 143 diacuteas Ojos hiacutegado tumores

51 Cr 278 diacuteas Gloacutebulos rojos

87 Sr 28 horas Huesos

99 To 60 horas Corazoacuten huesos hiacutegado pulmones

133 Xe 53 diacuteas Pulmones

24 Na 148 horas Sistema circulatorio

Ejemplos de Aplicaciones Meacutedicas

Se emplean los trazadores radiactivos normalmente en el diagnoacutestico meacutedico Al respecto de coacutemo se debe detectar la radiactividad fuera del cuerpo generalmente se escogen isoacutetopos radiactivos (radionuacuteclidos) emisores de rayos gama Tambieacuten el trazador debe ser efectivo a bajas concentraciones y debe tener una semivida corta para reducir la posibilidad de dantildeos al paciente Se emplea el yodo radiactivo (I 131) para determinar la funcioacuten tiroidea que es donde el organismo concentra al yodo En este proceso se ingiere una pequentildea cantidad de yoduro radiactivo de sodio o de potasio Se enfoca un detector a la glaacutendula tiroides y se mide la cantidad de yodo en la glaacutendula pudiendo luego comparar con el de una tiroides normal para detectar cualquier diferencia

Tambieacuten Se puede emplear el yodo 131 para el tratamiento del hipertiroidismo( El mal funcionamiento de la glaacutendula tiroides desarrolla el bocio en las personas y causa muchos trastornos en el metabolismo) La dosis terapeacuteutica es mayor que la que emplea en el diagnoacutestico La glaacutendula tiroides concentra selectivamente al Y

131 La seccioacuten de la glaacutendula que es hiperactiva quedaraacute expuesta a una gran dosis del isoacutetopo y seraacute la que se destruya especiacuteficamente

Los meacutedicos pueden examinar la eficiencia cardiaca en el bombeo y verificar la evidencia de una obstruccioacuten en las arterias coronarias mediante el barrido nuclear El radionuacuteclido Tl 201 al inyectarse en el flujo sanguiacuteneo se aloja en el tejido sano del corazoacuten El talio 201 emite radiacioacuten gama que se detecta mediante un dispositivo especial llamado caacutemara de centelleo Los datos obtenidos se traducen simultaacuteneamente en cifras mediante una computadora Con esta teacutecnica se puede observar si el tejido cardiaco ha muerto despueacutes de un ataque al corazoacuten y si la sangre fluye libremente a traveacutes de los conductores coronarios

Una de las uacuteltimas aplicaciones de la quiacutemica nuclear es el uso de la tomografiacutea de emisioacuten de positrones (PET) en la medida de procesos dinaacutemicos en el organismo como el uso de oxiacutegeno o el flujo sanguiacuteneo y en oncologiacutea Para esta aplicacioacuten se fabrica un compuesto que contiene un nuacuteclido emisor de positrones como C 11 O 15 oacute N 13 Se inyecta el compuesto en el organismo y se coloca al paciente en un instrumento que detecta las emisiones de positrones Una computadora produce una imagen tridimensional de la zona Los barridos de emisioacuten de positrones tambieacuten se han empleado para localizar las zonas del cerebro relacionadas con los ataques epileacutepticos El cerebro emplea la glucosa a velocidad distinta del tejido normal

7- PELIGROS

La radiactividad puede ser peligrosa y sus riesgos no deben tomarse a la ligera Puede dantildear las ceacutelulas del organismo y la exposicioacuten a altos niveles puede ser nociva e incluso fatal si se trata de manera inadecuada por eso lleva un largo proceso de investigacioacuten y descubrimientos abrieacutendose las puertas de la era nuclear

Despueacutes de muchos antildeos de investigacioacuten desarrollo y aplicaciones industriales hoy se puede afirmar que existen soluciones tecnoloacutegicas bastante seguras para manejar adecuadamente los desechos radiactivos Estos no solo provienen de los reactores que generan electricidad sino tambieacuten de los hospitales la industria la agricultura y la investigacioacuten como ya se estudioacute en los apartados anteriores donde se conocieron las aplicaciones de la radiactividad en esos campos

71- Residuos Radiactivos

La desventaja principal de las plantas nucleares es que producen desechos altamente radiactivos algunos de los cuales tienen semividas de miles de antildeos Hasta ahora no se ha logrado un consenso sobre coacutemo almacenar con seguridad de tales productos radiactivos

Aproximadamente una vez al antildeo se extrae una parte del combustible nuclear colocado dentro del reactor nuclear de fisioacuten y se sustituye por uno nuevo El combustible gastado es muy radiactivo y debe aislarse por miles de antildeos con mucho cuidado de lo contrario causariacutea dantildeos irreparables a las personas y al ambiente Es extraiacutedo del reactor por manos mecaacutenicas y colocado en piscinas con agua para enfriarlo y aislarlo por poco tiempo mientras es llevado al depoacutesito permanente Tambieacuten se almacena en contenedores de hormigoacuten o acero mientras se les da el lugar definitivo

Este uranio gastado tambieacuten se reutiliza en la actualidad Francia Reino Unido y la Federacioacuten Rusa cuentan con plantas de reelaboracioacuten a nivel industrial y mundial para la obtencioacuten de uranio y plutonio en el proceso quiacutemico Este tipo de desecho representa un 95 ya que una planta tiacutepica nuclear de generacioacuten eleacutectrica produce 30 toneladas anuales de uranio gastado esta cantidad puede reducirse a 3 m3 de desecho radiactivo

Tambieacuten se cuentan con desechos radiactivos soacutelidos liacutequidos y gaseosos Entre los soacutelidos se cuentan toallas papel vidrio metales y otros materiales usados en la central Cada uno tiene su manera de ser tratados para evitar problemas

Los soacutelidos altamente radiactivos se sellan en recipientes de metal o ceraacutemica resistentes a la corrosioacuten para evitar que la humedad los afecte Actualmente algunos paiacuteses que se dedican a la reelaboracioacuten del combustible gastado lo vitrifican Hay acuerdos que la manera idoacutenea para aislar esos desechos es colocarlos en cavidades profundas de la tierra con barreras tecnoloacutegicas y naturales como por ejemplo minas de sal granito arcilla basalto (roca volcaacutenica) y otras maacutes

Los desechos soacutelidos vitrificados se sellan en recipientes de metal o ceraacutemica resistentes a la corrosioacuten para evitar que la humedad los afecte

72- Desastres en Centrales Nucleares

Dos eventos que demostraron los peligros potenciales de la energiacutea nuclear fueron los accidentes en la isla Three Mile en Pennsylvania EUA (1979) y Chernobyl URSS (1986) Ambos accidentes fueron originados por la peacuterdida de refrigerante en el nuacutecleo del reactor Los reactores en la isla Three Mile estaacuten envueltos por cascarones de cemento y por lo tanto dejaron escapar una cantidad relativamente pequentildea de material radiactivo a la atmoacutesfera Como en la Unioacuten Sovieacutetica no se usan estructuras de contencioacuten para las plantas nucleares el accidente de Chernobyl ocasionoacute 31 muertes y la afectoacute en diverso grado hasta un total de 135000 personas La descarga de grandes cantidades de Y 131 Cs 134 y Cs 137 generaron problemas de salud a largo plazo en esa poblacioacuten que estuvo expuesta

Sin embargo aunque muchos puedan creer que una central nuclear puede explotar como una bomba atoacutemica esto no es asiacute Las bombas atoacutemicas y las

centrales nucleares son esencialmente diferentes Las bombas para explotar requieren la unioacuten raacutepida de dos piezas de uranio-235 metaacutelico casi puro formando una masa compacta de geometriacutea definida Un reactor nuclear tiacutepico que produzca vapor para una central eleacutectrica utiliza uranio ceraacutemico (normalmente en forma de oacutexido) no metal con un contenido de uranio-235 soacutelo del orden del 3 el resto del uranio se compone de uranio 238 que no se fisiona en el reactor

Hay que indicar que en la actualidad la experiencia que ha adquirido la industria nuclear en el uso de sustancias radioactivas ha permitido a eacutesta conocer plenamente los peligros que entrantildea Un blindaje y una contencioacuten apropiados evitaraacuten la fuga de radiaciones La clara comprensioacuten de los principios de proteccioacuten radioloacutegica y el conocimiento exhaustivo de las propiedades de la radiacioacuten que posee la industria nuclear le permiten disentildear construir y explotar sus plantas manteniendo en un miacutenimo la exposicioacuten a las radiaciones que afecta a los trabajadores y el puacuteblico de conformidad con las directrices internacionales La vigilancia perioacutedica de los trabajadores de la industria nuclear y de su ambiente de trabajo garantiza que no se rebasen estos niveles

Para asegurarse que el puacuteblico no sufra ninguacuten dantildeo el explotador de la central estaacute obligado a medir la radiactividad en el ambiente y comprobar mediante medidas en el aire agua y suelos y alimentos que las personas que viven alrededor de la central pueden respirar beber y comer los alimentos de la zona sin peligro

Las medidas de seguridad y de precaucioacuten como toda actividad humana ha ido evolucionando con el tiempo tanto es asiacute que actualmente se exige un aacuterea sin poblar alrededor de las centrales nucleares aunque variacutea de acuerdo con cada paiacutes A finalizar 1989 existiacutean 426 centrales nucleares conectadas a la red eleacutectrica en 25 paiacuteses Actualmente la cantidad de energiacutea eleacutectrica representa maacutes del 20 de la demanda

73- Lluvia Acida

La radiactividad liberada en la atmoacutesfera principalmente de pruebas nucleares se deposita poco a poco sobre la superficie de la tierra a traveacutes de la conocida como lluvia radiactiva La dosis media recibida por la poblacioacuten por esta causa ha pasado de valores altos en las deacutecadas de los 50-70 (hasta 008-014 mSv) a los valores actuales del orden de 5 microSievert aunque en algunos lugares alcanza los 10 mocrosievert Como puede observarse en la graacutefica el aumento de radiactividad de 1986 se debe al accidente de la central de Chernobil

74- Bombas Nucleares

La Historia de la humanidad nos muestra que praacutecticamente todo el desarrollo tecnoloacutegico que ha logrado el hombre ha tenido de una u otra manera una aplicacioacuten militar El gran poder de la energiacutea nuclear es por supuesto el ejemplo maacutes clamoroso de esto

El gobierno estadounidense en la Segunda Guerra mundial reunioacute a los principales fiacutesicos nucleares de la eacutepoca y les exigioacute que lograsen crear una bomba nuclear en lo que se conocioacute como Proyecto Manhattan Fruto de un importante esfuerzo econoacutemico y de medios pronto se consiguioacute el objetivo El empleo de estas bombas sobre Japoacuten marcoacute el final de la guerra Una visioacuten pesimista del mundo plantea que la humanidad se enfrentaraacute a su propia extincioacuten fruto de esta carrera militar Esta claro que una (no deseada) Tercera Guerra Mundial en la que se usasen armas nucleares seriacutea nefasta

Page 7: Seminario 14 RADIOISOTOPOS

Mientras que las partiacuteculas alfa y beta tienen alcances definidos en la materia los rayos gamma experimentan una atenuacioacuten exponencial (si se pasa por alto la acumulacioacuten que resulta de la dispersioacuten dentro de un material) a medida que atraviesan la materia Cuando puede prescindirse de la acumulacioacuten la atenuacioacuten de los rayos gamma viene dada por la caracteriacutestica de la masa El coeficiente maacutesico de atenuacioacuten depende de la energiacutea de los rayos gamma y del material con el que interactuacutean los rayos gamma

PENETRACION DE LAS RADIACIONES IONIZANTES EN LA MATERIA

Las Partiacuteculas Alfa de los materiales radiactivos son detenidas faacutecilmente por un pedazo de cartoacuten Las Partiacuteculas Beta penetran el cartoacuten pero son detenidas por una laacutemina de aluminio Los Rayos Gamma logran atravesar la lamina de aluminio pero acaban siendo absorbidos por un bloque grueso de plomo Los Neutrones producidos por ejemplo en reactores de fisioacuten logran atravesar incluso el plomo pero no un bloque grueso de hormigoacuten

4- VIDA MEDIA DE LOS ELEMENTOS RADIACTIVOS

Cada nuacutecleo radiactivo se desintegra seguacuten la intensidad o rapidez especiacutefica constante siendo distinta para cada especie Asiacute por ejemplo mientras que unos isoacutetopos radiactivos se desintegran en menos de un segundo otros tienen una vida mucho maacutes larga de hasta miles de antildeos

Para caracterizar estos tiempos se usa el concepto de vida media La vida media (t12) es el tiempo necesario para que se desintegre la mitad de una determinada cantidad de un nuacutecleo radiactivo Como hemos dicho las semividas de los elementos alcanzan desde una fraccioacuten de segundo hasta miles de millones de antildeos Un nuacutecleo estable puede considerarse por tanto como un nuacutecleo con una vida media infinita Por ejemplo el 238

92 U tiene una semivida de 45 x 109 antildeos el 226

88Ra tiene una semivida de 1620 antildeos y el 156C tiene una semivida de 24s

Como ejemplo si hoy se tuviera 10g de 22688Ra al cabo de 1620 antildeos se tendriacutean

05 g de 22688Ra al final de otro periacuteodo de 1620 antildeos quedariacutean 025 g y asiacute

sucesivamente

Las vidas medias de los radioisoacutetopos del mismo elemento son distintas En la tabla siguiente aparecen las de algunos isoacutetopos del Radio Carbono y Uranio

Vida Media de isoacutetopos del Radio Carbono y Uranio

Isoacutetopo Semivida Isoacutetopo Semivida

Ra 223 117 diacuteas C 14 5668 antildeos

Ra 224 364 diacuteas C 15 24 segundos

Ra 225 148 diacuteas U 235 71 x 108 antildeos

Ra 226 1620 antildeos U 238 45 x 109 antildeos

Ra 228 67 antildeos

5- RADIACTIVIDAD NATURAL

La radiactividad no es nada nuevo Existe desde que se formoacute la Tierra hace 4500 millones de antildeos No se puede percibir por el olfato el gusto el tacto el oiacutedo ni la vista Soacutelo en los uacuteltimos antildeos se ha aprendido a detectarla medirla y controlarla

Al contrario de la creencia popular la radiacioacuten no soacutelo se produce en las centrales nucleares o en las bombas atoacutemicas (que en realidad deberiacutean llamarse bombas nucleares) En efecto un 87 de la dosis de radiacioacuten que recibimos proviene de fuentes naturales La radiactividad estaacute en todas partes en las casas en el aire que respiramos en los alimentos que tomamos incluso nuestro propio cuerpo es radiactivo La Tierra es radiactiva por naturaleza y expone a los habitantes a la radiacioacuten proveniente de las rocas superficiales y el suelo

La radiacioacuten natural en la tierra y las rocas da una dosis promedio de 60 mrem (rem es la unidad para medir la dosis de radiactividad) por antildeo Estos materiales forman parte de las viviendas dado que se utilizan estas rocas en los materiales de construccioacuten antildeadiendo cantidades apreciables de radiacioacuten Por ejemplo el habitar en una casa de ladrillo o piedra el hombre se expone a 7 mrem maacutes por antildeo que si se habita en una casa de madera Todos los edificios de granito emiten radiaciones y el vivir sobre granito antildeade cantidades apreciables de radiacioacuten El gas radoacuten que surge del radio natural contenido en los materiales de construccioacuten tambieacuten estaacute presente en las casas y oficinas y emite maacutes radiacioacuten Incluso el dormir junto a otra persona puede aumentar nuestra dosis anual de radiacioacuten ya que cada cuerpo contiene potasio radiactivo que existe normalmente junto con el potasio normal que es esencial a la vida dando una dosis de radiacioacuten interna

La radiactividad natural tambieacuten se introduce en el cuerpo y estas radiaciones internas llegan a la mayoriacutea de los tejidos corporales en una cantidad aproximada de 18 mrem por antildeo Tanto el alimento como el agua y el aire contienen niveles bajos de radiactividad natural y esto ha sido asiacute desde el comienzo del mundo

Las fuentes naturales de radiacioacuten son tiacutepicas de la manera actual de vivir El arar la tierra libera gas radoacuten a la atmoacutesfera Los materiales radiactivos naturales se introducen en la cadena alimentaria el aire que se respira y el agua que bebemos y los materiales de construccioacuten el concreto la piedra y el ladrillo emiten radiacioacuten natural

Graacutefico Serie de desintegracioacuten de 23892U a 206

82Pb las flechas indican las transformaciones que se inician en el uranio y terminan en el plomo las flechas horizontales indican emisioacuten de partiacuteculas szlig y las diagonales partiacuteculas alfa

Tambieacuten cuando se viaja en avioacuten uno se expone a recibir una radiacioacuten mayor ya que hay menos proteccioacuten contra los rayos coacutesmicos Un pasajero que viaje en avioacuten a una altitud normal recibe en una hora una dosis de radiacioacuten cuatro veces mayor que la que recibe de toda la industria nuclear en un antildeo

6- EVOLUCIOacuteN

La evolucioacuten de vida en la tierra seguacuten las teoriacuteas maacutes aceptadas es fruto de las mutaciones geneacuteticas La presencia de una cantidad relativamente importante de Uranio en nuestro planeta convierte a la superficie terrestre en una zona con un importante contenido de radiacioacuten natural La vida no solo ha sido capaz de desarrollarse a pesar de estar sometida a esta radiacion sino que a base de mutaciones aleatorias de los genes debidas a estas radiaciones ionizantes ha ido evolucionando guiada por la seleccioacuten natural (supervivencia de las mutaciones beneficiosas) En un planeta con una menor cantidad de radiactividad natural la evolucioacuten de la vida hubiese sido mucho mas lenta o incluso inalcanzable Por tanto la humanidad como cabeza de la cadena evolutiva debe gran parte de su desarrollo a la radiactividad

61- DATACIOacuteN EL Carbono 14

El carbono 14 se produce de manera contiacutenua en la atmoacutesfera cuando neutrones de alta energiacutea del espacio chocan contra el nitroacutegeno 14

Al igual que el carbono 14 se produce contiacutenuamente por este proceso se descompone en forma continua al emitir partiacuteculas beta con el transcurso de los antildeos estos dos procesos opuestos han alcanzado casi equilibrio por lo que la cantidad de 14

6C presente en la atmoacutesfera permanece aproximadamente constante

El carbono 14 artificial que estaacute actualmente en circulacioacuten por la Tierra alcanza aproximadamente una tonelada y representa aproximadamente el 1 de la abundancia total natural Durante los uacuteltimos siete antildeos el hombre lo ha producido a un ritmo considerablemente mayor que el resultante del proceso natural mediante el cual se forma por la accioacuten de los neutrones de los rayos coacutesmicos La mayoriacutea estaacute todaviacutea en la atmoacutesfera combinado en dioacutexido de carbono En los organismos vivientes se ha elevado el contenido de carbono 14 hasta el 10 por encima de lo normal esta situacioacuten puede confundir a los futuros arqueoacutelogos

62- APLICACIONES MEDICAS

Dentro del uso de la radiactividad en las actividades humanas la maacutes conocida es la de sus aplicaciones meacutedicas El uso de la radiacioacuten en el diagnoacutestico y el tratamiento de enfermedades se ha convertido en una herramienta baacutesica en medicina Con ella se ha podido realizar exploraciones del cerebro y los huesos tratar el caacutencer y usar elementos radiactivos para dar seguimiento a hormonas y otros compuestos

quiacutemicos de los organismos

Tabla

Algunos isoacutetopos radiactivos sus vidas medias y sus aplicaciones meacutedicas como marcadores en el cuerpo humano

Nuacutecleo Vida media Aacuterea del cuerpo que se estudia

131 I 81 diacuteas Tiroides

59 Fe 451 diacuteas Gloacutebulos rojos

99 Mo 67 horas Metabolismo

32 P 143 diacuteas Ojos hiacutegado tumores

51 Cr 278 diacuteas Gloacutebulos rojos

87 Sr 28 horas Huesos

99 To 60 horas Corazoacuten huesos hiacutegado pulmones

133 Xe 53 diacuteas Pulmones

24 Na 148 horas Sistema circulatorio

Ejemplos de Aplicaciones Meacutedicas

Se emplean los trazadores radiactivos normalmente en el diagnoacutestico meacutedico Al respecto de coacutemo se debe detectar la radiactividad fuera del cuerpo generalmente se escogen isoacutetopos radiactivos (radionuacuteclidos) emisores de rayos gama Tambieacuten el trazador debe ser efectivo a bajas concentraciones y debe tener una semivida corta para reducir la posibilidad de dantildeos al paciente Se emplea el yodo radiactivo (I 131) para determinar la funcioacuten tiroidea que es donde el organismo concentra al yodo En este proceso se ingiere una pequentildea cantidad de yoduro radiactivo de sodio o de potasio Se enfoca un detector a la glaacutendula tiroides y se mide la cantidad de yodo en la glaacutendula pudiendo luego comparar con el de una tiroides normal para detectar cualquier diferencia

Tambieacuten Se puede emplear el yodo 131 para el tratamiento del hipertiroidismo( El mal funcionamiento de la glaacutendula tiroides desarrolla el bocio en las personas y causa muchos trastornos en el metabolismo) La dosis terapeacuteutica es mayor que la que emplea en el diagnoacutestico La glaacutendula tiroides concentra selectivamente al Y

131 La seccioacuten de la glaacutendula que es hiperactiva quedaraacute expuesta a una gran dosis del isoacutetopo y seraacute la que se destruya especiacuteficamente

Los meacutedicos pueden examinar la eficiencia cardiaca en el bombeo y verificar la evidencia de una obstruccioacuten en las arterias coronarias mediante el barrido nuclear El radionuacuteclido Tl 201 al inyectarse en el flujo sanguiacuteneo se aloja en el tejido sano del corazoacuten El talio 201 emite radiacioacuten gama que se detecta mediante un dispositivo especial llamado caacutemara de centelleo Los datos obtenidos se traducen simultaacuteneamente en cifras mediante una computadora Con esta teacutecnica se puede observar si el tejido cardiaco ha muerto despueacutes de un ataque al corazoacuten y si la sangre fluye libremente a traveacutes de los conductores coronarios

Una de las uacuteltimas aplicaciones de la quiacutemica nuclear es el uso de la tomografiacutea de emisioacuten de positrones (PET) en la medida de procesos dinaacutemicos en el organismo como el uso de oxiacutegeno o el flujo sanguiacuteneo y en oncologiacutea Para esta aplicacioacuten se fabrica un compuesto que contiene un nuacuteclido emisor de positrones como C 11 O 15 oacute N 13 Se inyecta el compuesto en el organismo y se coloca al paciente en un instrumento que detecta las emisiones de positrones Una computadora produce una imagen tridimensional de la zona Los barridos de emisioacuten de positrones tambieacuten se han empleado para localizar las zonas del cerebro relacionadas con los ataques epileacutepticos El cerebro emplea la glucosa a velocidad distinta del tejido normal

7- PELIGROS

La radiactividad puede ser peligrosa y sus riesgos no deben tomarse a la ligera Puede dantildear las ceacutelulas del organismo y la exposicioacuten a altos niveles puede ser nociva e incluso fatal si se trata de manera inadecuada por eso lleva un largo proceso de investigacioacuten y descubrimientos abrieacutendose las puertas de la era nuclear

Despueacutes de muchos antildeos de investigacioacuten desarrollo y aplicaciones industriales hoy se puede afirmar que existen soluciones tecnoloacutegicas bastante seguras para manejar adecuadamente los desechos radiactivos Estos no solo provienen de los reactores que generan electricidad sino tambieacuten de los hospitales la industria la agricultura y la investigacioacuten como ya se estudioacute en los apartados anteriores donde se conocieron las aplicaciones de la radiactividad en esos campos

71- Residuos Radiactivos

La desventaja principal de las plantas nucleares es que producen desechos altamente radiactivos algunos de los cuales tienen semividas de miles de antildeos Hasta ahora no se ha logrado un consenso sobre coacutemo almacenar con seguridad de tales productos radiactivos

Aproximadamente una vez al antildeo se extrae una parte del combustible nuclear colocado dentro del reactor nuclear de fisioacuten y se sustituye por uno nuevo El combustible gastado es muy radiactivo y debe aislarse por miles de antildeos con mucho cuidado de lo contrario causariacutea dantildeos irreparables a las personas y al ambiente Es extraiacutedo del reactor por manos mecaacutenicas y colocado en piscinas con agua para enfriarlo y aislarlo por poco tiempo mientras es llevado al depoacutesito permanente Tambieacuten se almacena en contenedores de hormigoacuten o acero mientras se les da el lugar definitivo

Este uranio gastado tambieacuten se reutiliza en la actualidad Francia Reino Unido y la Federacioacuten Rusa cuentan con plantas de reelaboracioacuten a nivel industrial y mundial para la obtencioacuten de uranio y plutonio en el proceso quiacutemico Este tipo de desecho representa un 95 ya que una planta tiacutepica nuclear de generacioacuten eleacutectrica produce 30 toneladas anuales de uranio gastado esta cantidad puede reducirse a 3 m3 de desecho radiactivo

Tambieacuten se cuentan con desechos radiactivos soacutelidos liacutequidos y gaseosos Entre los soacutelidos se cuentan toallas papel vidrio metales y otros materiales usados en la central Cada uno tiene su manera de ser tratados para evitar problemas

Los soacutelidos altamente radiactivos se sellan en recipientes de metal o ceraacutemica resistentes a la corrosioacuten para evitar que la humedad los afecte Actualmente algunos paiacuteses que se dedican a la reelaboracioacuten del combustible gastado lo vitrifican Hay acuerdos que la manera idoacutenea para aislar esos desechos es colocarlos en cavidades profundas de la tierra con barreras tecnoloacutegicas y naturales como por ejemplo minas de sal granito arcilla basalto (roca volcaacutenica) y otras maacutes

Los desechos soacutelidos vitrificados se sellan en recipientes de metal o ceraacutemica resistentes a la corrosioacuten para evitar que la humedad los afecte

72- Desastres en Centrales Nucleares

Dos eventos que demostraron los peligros potenciales de la energiacutea nuclear fueron los accidentes en la isla Three Mile en Pennsylvania EUA (1979) y Chernobyl URSS (1986) Ambos accidentes fueron originados por la peacuterdida de refrigerante en el nuacutecleo del reactor Los reactores en la isla Three Mile estaacuten envueltos por cascarones de cemento y por lo tanto dejaron escapar una cantidad relativamente pequentildea de material radiactivo a la atmoacutesfera Como en la Unioacuten Sovieacutetica no se usan estructuras de contencioacuten para las plantas nucleares el accidente de Chernobyl ocasionoacute 31 muertes y la afectoacute en diverso grado hasta un total de 135000 personas La descarga de grandes cantidades de Y 131 Cs 134 y Cs 137 generaron problemas de salud a largo plazo en esa poblacioacuten que estuvo expuesta

Sin embargo aunque muchos puedan creer que una central nuclear puede explotar como una bomba atoacutemica esto no es asiacute Las bombas atoacutemicas y las

centrales nucleares son esencialmente diferentes Las bombas para explotar requieren la unioacuten raacutepida de dos piezas de uranio-235 metaacutelico casi puro formando una masa compacta de geometriacutea definida Un reactor nuclear tiacutepico que produzca vapor para una central eleacutectrica utiliza uranio ceraacutemico (normalmente en forma de oacutexido) no metal con un contenido de uranio-235 soacutelo del orden del 3 el resto del uranio se compone de uranio 238 que no se fisiona en el reactor

Hay que indicar que en la actualidad la experiencia que ha adquirido la industria nuclear en el uso de sustancias radioactivas ha permitido a eacutesta conocer plenamente los peligros que entrantildea Un blindaje y una contencioacuten apropiados evitaraacuten la fuga de radiaciones La clara comprensioacuten de los principios de proteccioacuten radioloacutegica y el conocimiento exhaustivo de las propiedades de la radiacioacuten que posee la industria nuclear le permiten disentildear construir y explotar sus plantas manteniendo en un miacutenimo la exposicioacuten a las radiaciones que afecta a los trabajadores y el puacuteblico de conformidad con las directrices internacionales La vigilancia perioacutedica de los trabajadores de la industria nuclear y de su ambiente de trabajo garantiza que no se rebasen estos niveles

Para asegurarse que el puacuteblico no sufra ninguacuten dantildeo el explotador de la central estaacute obligado a medir la radiactividad en el ambiente y comprobar mediante medidas en el aire agua y suelos y alimentos que las personas que viven alrededor de la central pueden respirar beber y comer los alimentos de la zona sin peligro

Las medidas de seguridad y de precaucioacuten como toda actividad humana ha ido evolucionando con el tiempo tanto es asiacute que actualmente se exige un aacuterea sin poblar alrededor de las centrales nucleares aunque variacutea de acuerdo con cada paiacutes A finalizar 1989 existiacutean 426 centrales nucleares conectadas a la red eleacutectrica en 25 paiacuteses Actualmente la cantidad de energiacutea eleacutectrica representa maacutes del 20 de la demanda

73- Lluvia Acida

La radiactividad liberada en la atmoacutesfera principalmente de pruebas nucleares se deposita poco a poco sobre la superficie de la tierra a traveacutes de la conocida como lluvia radiactiva La dosis media recibida por la poblacioacuten por esta causa ha pasado de valores altos en las deacutecadas de los 50-70 (hasta 008-014 mSv) a los valores actuales del orden de 5 microSievert aunque en algunos lugares alcanza los 10 mocrosievert Como puede observarse en la graacutefica el aumento de radiactividad de 1986 se debe al accidente de la central de Chernobil

74- Bombas Nucleares

La Historia de la humanidad nos muestra que praacutecticamente todo el desarrollo tecnoloacutegico que ha logrado el hombre ha tenido de una u otra manera una aplicacioacuten militar El gran poder de la energiacutea nuclear es por supuesto el ejemplo maacutes clamoroso de esto

El gobierno estadounidense en la Segunda Guerra mundial reunioacute a los principales fiacutesicos nucleares de la eacutepoca y les exigioacute que lograsen crear una bomba nuclear en lo que se conocioacute como Proyecto Manhattan Fruto de un importante esfuerzo econoacutemico y de medios pronto se consiguioacute el objetivo El empleo de estas bombas sobre Japoacuten marcoacute el final de la guerra Una visioacuten pesimista del mundo plantea que la humanidad se enfrentaraacute a su propia extincioacuten fruto de esta carrera militar Esta claro que una (no deseada) Tercera Guerra Mundial en la que se usasen armas nucleares seriacutea nefasta

Page 8: Seminario 14 RADIOISOTOPOS

05 g de 22688Ra al final de otro periacuteodo de 1620 antildeos quedariacutean 025 g y asiacute

sucesivamente

Las vidas medias de los radioisoacutetopos del mismo elemento son distintas En la tabla siguiente aparecen las de algunos isoacutetopos del Radio Carbono y Uranio

Vida Media de isoacutetopos del Radio Carbono y Uranio

Isoacutetopo Semivida Isoacutetopo Semivida

Ra 223 117 diacuteas C 14 5668 antildeos

Ra 224 364 diacuteas C 15 24 segundos

Ra 225 148 diacuteas U 235 71 x 108 antildeos

Ra 226 1620 antildeos U 238 45 x 109 antildeos

Ra 228 67 antildeos

5- RADIACTIVIDAD NATURAL

La radiactividad no es nada nuevo Existe desde que se formoacute la Tierra hace 4500 millones de antildeos No se puede percibir por el olfato el gusto el tacto el oiacutedo ni la vista Soacutelo en los uacuteltimos antildeos se ha aprendido a detectarla medirla y controlarla

Al contrario de la creencia popular la radiacioacuten no soacutelo se produce en las centrales nucleares o en las bombas atoacutemicas (que en realidad deberiacutean llamarse bombas nucleares) En efecto un 87 de la dosis de radiacioacuten que recibimos proviene de fuentes naturales La radiactividad estaacute en todas partes en las casas en el aire que respiramos en los alimentos que tomamos incluso nuestro propio cuerpo es radiactivo La Tierra es radiactiva por naturaleza y expone a los habitantes a la radiacioacuten proveniente de las rocas superficiales y el suelo

La radiacioacuten natural en la tierra y las rocas da una dosis promedio de 60 mrem (rem es la unidad para medir la dosis de radiactividad) por antildeo Estos materiales forman parte de las viviendas dado que se utilizan estas rocas en los materiales de construccioacuten antildeadiendo cantidades apreciables de radiacioacuten Por ejemplo el habitar en una casa de ladrillo o piedra el hombre se expone a 7 mrem maacutes por antildeo que si se habita en una casa de madera Todos los edificios de granito emiten radiaciones y el vivir sobre granito antildeade cantidades apreciables de radiacioacuten El gas radoacuten que surge del radio natural contenido en los materiales de construccioacuten tambieacuten estaacute presente en las casas y oficinas y emite maacutes radiacioacuten Incluso el dormir junto a otra persona puede aumentar nuestra dosis anual de radiacioacuten ya que cada cuerpo contiene potasio radiactivo que existe normalmente junto con el potasio normal que es esencial a la vida dando una dosis de radiacioacuten interna

La radiactividad natural tambieacuten se introduce en el cuerpo y estas radiaciones internas llegan a la mayoriacutea de los tejidos corporales en una cantidad aproximada de 18 mrem por antildeo Tanto el alimento como el agua y el aire contienen niveles bajos de radiactividad natural y esto ha sido asiacute desde el comienzo del mundo

Las fuentes naturales de radiacioacuten son tiacutepicas de la manera actual de vivir El arar la tierra libera gas radoacuten a la atmoacutesfera Los materiales radiactivos naturales se introducen en la cadena alimentaria el aire que se respira y el agua que bebemos y los materiales de construccioacuten el concreto la piedra y el ladrillo emiten radiacioacuten natural

Graacutefico Serie de desintegracioacuten de 23892U a 206

82Pb las flechas indican las transformaciones que se inician en el uranio y terminan en el plomo las flechas horizontales indican emisioacuten de partiacuteculas szlig y las diagonales partiacuteculas alfa

Tambieacuten cuando se viaja en avioacuten uno se expone a recibir una radiacioacuten mayor ya que hay menos proteccioacuten contra los rayos coacutesmicos Un pasajero que viaje en avioacuten a una altitud normal recibe en una hora una dosis de radiacioacuten cuatro veces mayor que la que recibe de toda la industria nuclear en un antildeo

6- EVOLUCIOacuteN

La evolucioacuten de vida en la tierra seguacuten las teoriacuteas maacutes aceptadas es fruto de las mutaciones geneacuteticas La presencia de una cantidad relativamente importante de Uranio en nuestro planeta convierte a la superficie terrestre en una zona con un importante contenido de radiacioacuten natural La vida no solo ha sido capaz de desarrollarse a pesar de estar sometida a esta radiacion sino que a base de mutaciones aleatorias de los genes debidas a estas radiaciones ionizantes ha ido evolucionando guiada por la seleccioacuten natural (supervivencia de las mutaciones beneficiosas) En un planeta con una menor cantidad de radiactividad natural la evolucioacuten de la vida hubiese sido mucho mas lenta o incluso inalcanzable Por tanto la humanidad como cabeza de la cadena evolutiva debe gran parte de su desarrollo a la radiactividad

61- DATACIOacuteN EL Carbono 14

El carbono 14 se produce de manera contiacutenua en la atmoacutesfera cuando neutrones de alta energiacutea del espacio chocan contra el nitroacutegeno 14

Al igual que el carbono 14 se produce contiacutenuamente por este proceso se descompone en forma continua al emitir partiacuteculas beta con el transcurso de los antildeos estos dos procesos opuestos han alcanzado casi equilibrio por lo que la cantidad de 14

6C presente en la atmoacutesfera permanece aproximadamente constante

El carbono 14 artificial que estaacute actualmente en circulacioacuten por la Tierra alcanza aproximadamente una tonelada y representa aproximadamente el 1 de la abundancia total natural Durante los uacuteltimos siete antildeos el hombre lo ha producido a un ritmo considerablemente mayor que el resultante del proceso natural mediante el cual se forma por la accioacuten de los neutrones de los rayos coacutesmicos La mayoriacutea estaacute todaviacutea en la atmoacutesfera combinado en dioacutexido de carbono En los organismos vivientes se ha elevado el contenido de carbono 14 hasta el 10 por encima de lo normal esta situacioacuten puede confundir a los futuros arqueoacutelogos

62- APLICACIONES MEDICAS

Dentro del uso de la radiactividad en las actividades humanas la maacutes conocida es la de sus aplicaciones meacutedicas El uso de la radiacioacuten en el diagnoacutestico y el tratamiento de enfermedades se ha convertido en una herramienta baacutesica en medicina Con ella se ha podido realizar exploraciones del cerebro y los huesos tratar el caacutencer y usar elementos radiactivos para dar seguimiento a hormonas y otros compuestos

quiacutemicos de los organismos

Tabla

Algunos isoacutetopos radiactivos sus vidas medias y sus aplicaciones meacutedicas como marcadores en el cuerpo humano

Nuacutecleo Vida media Aacuterea del cuerpo que se estudia

131 I 81 diacuteas Tiroides

59 Fe 451 diacuteas Gloacutebulos rojos

99 Mo 67 horas Metabolismo

32 P 143 diacuteas Ojos hiacutegado tumores

51 Cr 278 diacuteas Gloacutebulos rojos

87 Sr 28 horas Huesos

99 To 60 horas Corazoacuten huesos hiacutegado pulmones

133 Xe 53 diacuteas Pulmones

24 Na 148 horas Sistema circulatorio

Ejemplos de Aplicaciones Meacutedicas

Se emplean los trazadores radiactivos normalmente en el diagnoacutestico meacutedico Al respecto de coacutemo se debe detectar la radiactividad fuera del cuerpo generalmente se escogen isoacutetopos radiactivos (radionuacuteclidos) emisores de rayos gama Tambieacuten el trazador debe ser efectivo a bajas concentraciones y debe tener una semivida corta para reducir la posibilidad de dantildeos al paciente Se emplea el yodo radiactivo (I 131) para determinar la funcioacuten tiroidea que es donde el organismo concentra al yodo En este proceso se ingiere una pequentildea cantidad de yoduro radiactivo de sodio o de potasio Se enfoca un detector a la glaacutendula tiroides y se mide la cantidad de yodo en la glaacutendula pudiendo luego comparar con el de una tiroides normal para detectar cualquier diferencia

Tambieacuten Se puede emplear el yodo 131 para el tratamiento del hipertiroidismo( El mal funcionamiento de la glaacutendula tiroides desarrolla el bocio en las personas y causa muchos trastornos en el metabolismo) La dosis terapeacuteutica es mayor que la que emplea en el diagnoacutestico La glaacutendula tiroides concentra selectivamente al Y

131 La seccioacuten de la glaacutendula que es hiperactiva quedaraacute expuesta a una gran dosis del isoacutetopo y seraacute la que se destruya especiacuteficamente

Los meacutedicos pueden examinar la eficiencia cardiaca en el bombeo y verificar la evidencia de una obstruccioacuten en las arterias coronarias mediante el barrido nuclear El radionuacuteclido Tl 201 al inyectarse en el flujo sanguiacuteneo se aloja en el tejido sano del corazoacuten El talio 201 emite radiacioacuten gama que se detecta mediante un dispositivo especial llamado caacutemara de centelleo Los datos obtenidos se traducen simultaacuteneamente en cifras mediante una computadora Con esta teacutecnica se puede observar si el tejido cardiaco ha muerto despueacutes de un ataque al corazoacuten y si la sangre fluye libremente a traveacutes de los conductores coronarios

Una de las uacuteltimas aplicaciones de la quiacutemica nuclear es el uso de la tomografiacutea de emisioacuten de positrones (PET) en la medida de procesos dinaacutemicos en el organismo como el uso de oxiacutegeno o el flujo sanguiacuteneo y en oncologiacutea Para esta aplicacioacuten se fabrica un compuesto que contiene un nuacuteclido emisor de positrones como C 11 O 15 oacute N 13 Se inyecta el compuesto en el organismo y se coloca al paciente en un instrumento que detecta las emisiones de positrones Una computadora produce una imagen tridimensional de la zona Los barridos de emisioacuten de positrones tambieacuten se han empleado para localizar las zonas del cerebro relacionadas con los ataques epileacutepticos El cerebro emplea la glucosa a velocidad distinta del tejido normal

7- PELIGROS

La radiactividad puede ser peligrosa y sus riesgos no deben tomarse a la ligera Puede dantildear las ceacutelulas del organismo y la exposicioacuten a altos niveles puede ser nociva e incluso fatal si se trata de manera inadecuada por eso lleva un largo proceso de investigacioacuten y descubrimientos abrieacutendose las puertas de la era nuclear

Despueacutes de muchos antildeos de investigacioacuten desarrollo y aplicaciones industriales hoy se puede afirmar que existen soluciones tecnoloacutegicas bastante seguras para manejar adecuadamente los desechos radiactivos Estos no solo provienen de los reactores que generan electricidad sino tambieacuten de los hospitales la industria la agricultura y la investigacioacuten como ya se estudioacute en los apartados anteriores donde se conocieron las aplicaciones de la radiactividad en esos campos

71- Residuos Radiactivos

La desventaja principal de las plantas nucleares es que producen desechos altamente radiactivos algunos de los cuales tienen semividas de miles de antildeos Hasta ahora no se ha logrado un consenso sobre coacutemo almacenar con seguridad de tales productos radiactivos

Aproximadamente una vez al antildeo se extrae una parte del combustible nuclear colocado dentro del reactor nuclear de fisioacuten y se sustituye por uno nuevo El combustible gastado es muy radiactivo y debe aislarse por miles de antildeos con mucho cuidado de lo contrario causariacutea dantildeos irreparables a las personas y al ambiente Es extraiacutedo del reactor por manos mecaacutenicas y colocado en piscinas con agua para enfriarlo y aislarlo por poco tiempo mientras es llevado al depoacutesito permanente Tambieacuten se almacena en contenedores de hormigoacuten o acero mientras se les da el lugar definitivo

Este uranio gastado tambieacuten se reutiliza en la actualidad Francia Reino Unido y la Federacioacuten Rusa cuentan con plantas de reelaboracioacuten a nivel industrial y mundial para la obtencioacuten de uranio y plutonio en el proceso quiacutemico Este tipo de desecho representa un 95 ya que una planta tiacutepica nuclear de generacioacuten eleacutectrica produce 30 toneladas anuales de uranio gastado esta cantidad puede reducirse a 3 m3 de desecho radiactivo

Tambieacuten se cuentan con desechos radiactivos soacutelidos liacutequidos y gaseosos Entre los soacutelidos se cuentan toallas papel vidrio metales y otros materiales usados en la central Cada uno tiene su manera de ser tratados para evitar problemas

Los soacutelidos altamente radiactivos se sellan en recipientes de metal o ceraacutemica resistentes a la corrosioacuten para evitar que la humedad los afecte Actualmente algunos paiacuteses que se dedican a la reelaboracioacuten del combustible gastado lo vitrifican Hay acuerdos que la manera idoacutenea para aislar esos desechos es colocarlos en cavidades profundas de la tierra con barreras tecnoloacutegicas y naturales como por ejemplo minas de sal granito arcilla basalto (roca volcaacutenica) y otras maacutes

Los desechos soacutelidos vitrificados se sellan en recipientes de metal o ceraacutemica resistentes a la corrosioacuten para evitar que la humedad los afecte

72- Desastres en Centrales Nucleares

Dos eventos que demostraron los peligros potenciales de la energiacutea nuclear fueron los accidentes en la isla Three Mile en Pennsylvania EUA (1979) y Chernobyl URSS (1986) Ambos accidentes fueron originados por la peacuterdida de refrigerante en el nuacutecleo del reactor Los reactores en la isla Three Mile estaacuten envueltos por cascarones de cemento y por lo tanto dejaron escapar una cantidad relativamente pequentildea de material radiactivo a la atmoacutesfera Como en la Unioacuten Sovieacutetica no se usan estructuras de contencioacuten para las plantas nucleares el accidente de Chernobyl ocasionoacute 31 muertes y la afectoacute en diverso grado hasta un total de 135000 personas La descarga de grandes cantidades de Y 131 Cs 134 y Cs 137 generaron problemas de salud a largo plazo en esa poblacioacuten que estuvo expuesta

Sin embargo aunque muchos puedan creer que una central nuclear puede explotar como una bomba atoacutemica esto no es asiacute Las bombas atoacutemicas y las

centrales nucleares son esencialmente diferentes Las bombas para explotar requieren la unioacuten raacutepida de dos piezas de uranio-235 metaacutelico casi puro formando una masa compacta de geometriacutea definida Un reactor nuclear tiacutepico que produzca vapor para una central eleacutectrica utiliza uranio ceraacutemico (normalmente en forma de oacutexido) no metal con un contenido de uranio-235 soacutelo del orden del 3 el resto del uranio se compone de uranio 238 que no se fisiona en el reactor

Hay que indicar que en la actualidad la experiencia que ha adquirido la industria nuclear en el uso de sustancias radioactivas ha permitido a eacutesta conocer plenamente los peligros que entrantildea Un blindaje y una contencioacuten apropiados evitaraacuten la fuga de radiaciones La clara comprensioacuten de los principios de proteccioacuten radioloacutegica y el conocimiento exhaustivo de las propiedades de la radiacioacuten que posee la industria nuclear le permiten disentildear construir y explotar sus plantas manteniendo en un miacutenimo la exposicioacuten a las radiaciones que afecta a los trabajadores y el puacuteblico de conformidad con las directrices internacionales La vigilancia perioacutedica de los trabajadores de la industria nuclear y de su ambiente de trabajo garantiza que no se rebasen estos niveles

Para asegurarse que el puacuteblico no sufra ninguacuten dantildeo el explotador de la central estaacute obligado a medir la radiactividad en el ambiente y comprobar mediante medidas en el aire agua y suelos y alimentos que las personas que viven alrededor de la central pueden respirar beber y comer los alimentos de la zona sin peligro

Las medidas de seguridad y de precaucioacuten como toda actividad humana ha ido evolucionando con el tiempo tanto es asiacute que actualmente se exige un aacuterea sin poblar alrededor de las centrales nucleares aunque variacutea de acuerdo con cada paiacutes A finalizar 1989 existiacutean 426 centrales nucleares conectadas a la red eleacutectrica en 25 paiacuteses Actualmente la cantidad de energiacutea eleacutectrica representa maacutes del 20 de la demanda

73- Lluvia Acida

La radiactividad liberada en la atmoacutesfera principalmente de pruebas nucleares se deposita poco a poco sobre la superficie de la tierra a traveacutes de la conocida como lluvia radiactiva La dosis media recibida por la poblacioacuten por esta causa ha pasado de valores altos en las deacutecadas de los 50-70 (hasta 008-014 mSv) a los valores actuales del orden de 5 microSievert aunque en algunos lugares alcanza los 10 mocrosievert Como puede observarse en la graacutefica el aumento de radiactividad de 1986 se debe al accidente de la central de Chernobil

74- Bombas Nucleares

La Historia de la humanidad nos muestra que praacutecticamente todo el desarrollo tecnoloacutegico que ha logrado el hombre ha tenido de una u otra manera una aplicacioacuten militar El gran poder de la energiacutea nuclear es por supuesto el ejemplo maacutes clamoroso de esto

El gobierno estadounidense en la Segunda Guerra mundial reunioacute a los principales fiacutesicos nucleares de la eacutepoca y les exigioacute que lograsen crear una bomba nuclear en lo que se conocioacute como Proyecto Manhattan Fruto de un importante esfuerzo econoacutemico y de medios pronto se consiguioacute el objetivo El empleo de estas bombas sobre Japoacuten marcoacute el final de la guerra Una visioacuten pesimista del mundo plantea que la humanidad se enfrentaraacute a su propia extincioacuten fruto de esta carrera militar Esta claro que una (no deseada) Tercera Guerra Mundial en la que se usasen armas nucleares seriacutea nefasta

Page 9: Seminario 14 RADIOISOTOPOS

La radiacioacuten natural en la tierra y las rocas da una dosis promedio de 60 mrem (rem es la unidad para medir la dosis de radiactividad) por antildeo Estos materiales forman parte de las viviendas dado que se utilizan estas rocas en los materiales de construccioacuten antildeadiendo cantidades apreciables de radiacioacuten Por ejemplo el habitar en una casa de ladrillo o piedra el hombre se expone a 7 mrem maacutes por antildeo que si se habita en una casa de madera Todos los edificios de granito emiten radiaciones y el vivir sobre granito antildeade cantidades apreciables de radiacioacuten El gas radoacuten que surge del radio natural contenido en los materiales de construccioacuten tambieacuten estaacute presente en las casas y oficinas y emite maacutes radiacioacuten Incluso el dormir junto a otra persona puede aumentar nuestra dosis anual de radiacioacuten ya que cada cuerpo contiene potasio radiactivo que existe normalmente junto con el potasio normal que es esencial a la vida dando una dosis de radiacioacuten interna

La radiactividad natural tambieacuten se introduce en el cuerpo y estas radiaciones internas llegan a la mayoriacutea de los tejidos corporales en una cantidad aproximada de 18 mrem por antildeo Tanto el alimento como el agua y el aire contienen niveles bajos de radiactividad natural y esto ha sido asiacute desde el comienzo del mundo

Las fuentes naturales de radiacioacuten son tiacutepicas de la manera actual de vivir El arar la tierra libera gas radoacuten a la atmoacutesfera Los materiales radiactivos naturales se introducen en la cadena alimentaria el aire que se respira y el agua que bebemos y los materiales de construccioacuten el concreto la piedra y el ladrillo emiten radiacioacuten natural

Graacutefico Serie de desintegracioacuten de 23892U a 206

82Pb las flechas indican las transformaciones que se inician en el uranio y terminan en el plomo las flechas horizontales indican emisioacuten de partiacuteculas szlig y las diagonales partiacuteculas alfa

Tambieacuten cuando se viaja en avioacuten uno se expone a recibir una radiacioacuten mayor ya que hay menos proteccioacuten contra los rayos coacutesmicos Un pasajero que viaje en avioacuten a una altitud normal recibe en una hora una dosis de radiacioacuten cuatro veces mayor que la que recibe de toda la industria nuclear en un antildeo

6- EVOLUCIOacuteN

La evolucioacuten de vida en la tierra seguacuten las teoriacuteas maacutes aceptadas es fruto de las mutaciones geneacuteticas La presencia de una cantidad relativamente importante de Uranio en nuestro planeta convierte a la superficie terrestre en una zona con un importante contenido de radiacioacuten natural La vida no solo ha sido capaz de desarrollarse a pesar de estar sometida a esta radiacion sino que a base de mutaciones aleatorias de los genes debidas a estas radiaciones ionizantes ha ido evolucionando guiada por la seleccioacuten natural (supervivencia de las mutaciones beneficiosas) En un planeta con una menor cantidad de radiactividad natural la evolucioacuten de la vida hubiese sido mucho mas lenta o incluso inalcanzable Por tanto la humanidad como cabeza de la cadena evolutiva debe gran parte de su desarrollo a la radiactividad

61- DATACIOacuteN EL Carbono 14

El carbono 14 se produce de manera contiacutenua en la atmoacutesfera cuando neutrones de alta energiacutea del espacio chocan contra el nitroacutegeno 14

Al igual que el carbono 14 se produce contiacutenuamente por este proceso se descompone en forma continua al emitir partiacuteculas beta con el transcurso de los antildeos estos dos procesos opuestos han alcanzado casi equilibrio por lo que la cantidad de 14

6C presente en la atmoacutesfera permanece aproximadamente constante

El carbono 14 artificial que estaacute actualmente en circulacioacuten por la Tierra alcanza aproximadamente una tonelada y representa aproximadamente el 1 de la abundancia total natural Durante los uacuteltimos siete antildeos el hombre lo ha producido a un ritmo considerablemente mayor que el resultante del proceso natural mediante el cual se forma por la accioacuten de los neutrones de los rayos coacutesmicos La mayoriacutea estaacute todaviacutea en la atmoacutesfera combinado en dioacutexido de carbono En los organismos vivientes se ha elevado el contenido de carbono 14 hasta el 10 por encima de lo normal esta situacioacuten puede confundir a los futuros arqueoacutelogos

62- APLICACIONES MEDICAS

Dentro del uso de la radiactividad en las actividades humanas la maacutes conocida es la de sus aplicaciones meacutedicas El uso de la radiacioacuten en el diagnoacutestico y el tratamiento de enfermedades se ha convertido en una herramienta baacutesica en medicina Con ella se ha podido realizar exploraciones del cerebro y los huesos tratar el caacutencer y usar elementos radiactivos para dar seguimiento a hormonas y otros compuestos

quiacutemicos de los organismos

Tabla

Algunos isoacutetopos radiactivos sus vidas medias y sus aplicaciones meacutedicas como marcadores en el cuerpo humano

Nuacutecleo Vida media Aacuterea del cuerpo que se estudia

131 I 81 diacuteas Tiroides

59 Fe 451 diacuteas Gloacutebulos rojos

99 Mo 67 horas Metabolismo

32 P 143 diacuteas Ojos hiacutegado tumores

51 Cr 278 diacuteas Gloacutebulos rojos

87 Sr 28 horas Huesos

99 To 60 horas Corazoacuten huesos hiacutegado pulmones

133 Xe 53 diacuteas Pulmones

24 Na 148 horas Sistema circulatorio

Ejemplos de Aplicaciones Meacutedicas

Se emplean los trazadores radiactivos normalmente en el diagnoacutestico meacutedico Al respecto de coacutemo se debe detectar la radiactividad fuera del cuerpo generalmente se escogen isoacutetopos radiactivos (radionuacuteclidos) emisores de rayos gama Tambieacuten el trazador debe ser efectivo a bajas concentraciones y debe tener una semivida corta para reducir la posibilidad de dantildeos al paciente Se emplea el yodo radiactivo (I 131) para determinar la funcioacuten tiroidea que es donde el organismo concentra al yodo En este proceso se ingiere una pequentildea cantidad de yoduro radiactivo de sodio o de potasio Se enfoca un detector a la glaacutendula tiroides y se mide la cantidad de yodo en la glaacutendula pudiendo luego comparar con el de una tiroides normal para detectar cualquier diferencia

Tambieacuten Se puede emplear el yodo 131 para el tratamiento del hipertiroidismo( El mal funcionamiento de la glaacutendula tiroides desarrolla el bocio en las personas y causa muchos trastornos en el metabolismo) La dosis terapeacuteutica es mayor que la que emplea en el diagnoacutestico La glaacutendula tiroides concentra selectivamente al Y

131 La seccioacuten de la glaacutendula que es hiperactiva quedaraacute expuesta a una gran dosis del isoacutetopo y seraacute la que se destruya especiacuteficamente

Los meacutedicos pueden examinar la eficiencia cardiaca en el bombeo y verificar la evidencia de una obstruccioacuten en las arterias coronarias mediante el barrido nuclear El radionuacuteclido Tl 201 al inyectarse en el flujo sanguiacuteneo se aloja en el tejido sano del corazoacuten El talio 201 emite radiacioacuten gama que se detecta mediante un dispositivo especial llamado caacutemara de centelleo Los datos obtenidos se traducen simultaacuteneamente en cifras mediante una computadora Con esta teacutecnica se puede observar si el tejido cardiaco ha muerto despueacutes de un ataque al corazoacuten y si la sangre fluye libremente a traveacutes de los conductores coronarios

Una de las uacuteltimas aplicaciones de la quiacutemica nuclear es el uso de la tomografiacutea de emisioacuten de positrones (PET) en la medida de procesos dinaacutemicos en el organismo como el uso de oxiacutegeno o el flujo sanguiacuteneo y en oncologiacutea Para esta aplicacioacuten se fabrica un compuesto que contiene un nuacuteclido emisor de positrones como C 11 O 15 oacute N 13 Se inyecta el compuesto en el organismo y se coloca al paciente en un instrumento que detecta las emisiones de positrones Una computadora produce una imagen tridimensional de la zona Los barridos de emisioacuten de positrones tambieacuten se han empleado para localizar las zonas del cerebro relacionadas con los ataques epileacutepticos El cerebro emplea la glucosa a velocidad distinta del tejido normal

7- PELIGROS

La radiactividad puede ser peligrosa y sus riesgos no deben tomarse a la ligera Puede dantildear las ceacutelulas del organismo y la exposicioacuten a altos niveles puede ser nociva e incluso fatal si se trata de manera inadecuada por eso lleva un largo proceso de investigacioacuten y descubrimientos abrieacutendose las puertas de la era nuclear

Despueacutes de muchos antildeos de investigacioacuten desarrollo y aplicaciones industriales hoy se puede afirmar que existen soluciones tecnoloacutegicas bastante seguras para manejar adecuadamente los desechos radiactivos Estos no solo provienen de los reactores que generan electricidad sino tambieacuten de los hospitales la industria la agricultura y la investigacioacuten como ya se estudioacute en los apartados anteriores donde se conocieron las aplicaciones de la radiactividad en esos campos

71- Residuos Radiactivos

La desventaja principal de las plantas nucleares es que producen desechos altamente radiactivos algunos de los cuales tienen semividas de miles de antildeos Hasta ahora no se ha logrado un consenso sobre coacutemo almacenar con seguridad de tales productos radiactivos

Aproximadamente una vez al antildeo se extrae una parte del combustible nuclear colocado dentro del reactor nuclear de fisioacuten y se sustituye por uno nuevo El combustible gastado es muy radiactivo y debe aislarse por miles de antildeos con mucho cuidado de lo contrario causariacutea dantildeos irreparables a las personas y al ambiente Es extraiacutedo del reactor por manos mecaacutenicas y colocado en piscinas con agua para enfriarlo y aislarlo por poco tiempo mientras es llevado al depoacutesito permanente Tambieacuten se almacena en contenedores de hormigoacuten o acero mientras se les da el lugar definitivo

Este uranio gastado tambieacuten se reutiliza en la actualidad Francia Reino Unido y la Federacioacuten Rusa cuentan con plantas de reelaboracioacuten a nivel industrial y mundial para la obtencioacuten de uranio y plutonio en el proceso quiacutemico Este tipo de desecho representa un 95 ya que una planta tiacutepica nuclear de generacioacuten eleacutectrica produce 30 toneladas anuales de uranio gastado esta cantidad puede reducirse a 3 m3 de desecho radiactivo

Tambieacuten se cuentan con desechos radiactivos soacutelidos liacutequidos y gaseosos Entre los soacutelidos se cuentan toallas papel vidrio metales y otros materiales usados en la central Cada uno tiene su manera de ser tratados para evitar problemas

Los soacutelidos altamente radiactivos se sellan en recipientes de metal o ceraacutemica resistentes a la corrosioacuten para evitar que la humedad los afecte Actualmente algunos paiacuteses que se dedican a la reelaboracioacuten del combustible gastado lo vitrifican Hay acuerdos que la manera idoacutenea para aislar esos desechos es colocarlos en cavidades profundas de la tierra con barreras tecnoloacutegicas y naturales como por ejemplo minas de sal granito arcilla basalto (roca volcaacutenica) y otras maacutes

Los desechos soacutelidos vitrificados se sellan en recipientes de metal o ceraacutemica resistentes a la corrosioacuten para evitar que la humedad los afecte

72- Desastres en Centrales Nucleares

Dos eventos que demostraron los peligros potenciales de la energiacutea nuclear fueron los accidentes en la isla Three Mile en Pennsylvania EUA (1979) y Chernobyl URSS (1986) Ambos accidentes fueron originados por la peacuterdida de refrigerante en el nuacutecleo del reactor Los reactores en la isla Three Mile estaacuten envueltos por cascarones de cemento y por lo tanto dejaron escapar una cantidad relativamente pequentildea de material radiactivo a la atmoacutesfera Como en la Unioacuten Sovieacutetica no se usan estructuras de contencioacuten para las plantas nucleares el accidente de Chernobyl ocasionoacute 31 muertes y la afectoacute en diverso grado hasta un total de 135000 personas La descarga de grandes cantidades de Y 131 Cs 134 y Cs 137 generaron problemas de salud a largo plazo en esa poblacioacuten que estuvo expuesta

Sin embargo aunque muchos puedan creer que una central nuclear puede explotar como una bomba atoacutemica esto no es asiacute Las bombas atoacutemicas y las

centrales nucleares son esencialmente diferentes Las bombas para explotar requieren la unioacuten raacutepida de dos piezas de uranio-235 metaacutelico casi puro formando una masa compacta de geometriacutea definida Un reactor nuclear tiacutepico que produzca vapor para una central eleacutectrica utiliza uranio ceraacutemico (normalmente en forma de oacutexido) no metal con un contenido de uranio-235 soacutelo del orden del 3 el resto del uranio se compone de uranio 238 que no se fisiona en el reactor

Hay que indicar que en la actualidad la experiencia que ha adquirido la industria nuclear en el uso de sustancias radioactivas ha permitido a eacutesta conocer plenamente los peligros que entrantildea Un blindaje y una contencioacuten apropiados evitaraacuten la fuga de radiaciones La clara comprensioacuten de los principios de proteccioacuten radioloacutegica y el conocimiento exhaustivo de las propiedades de la radiacioacuten que posee la industria nuclear le permiten disentildear construir y explotar sus plantas manteniendo en un miacutenimo la exposicioacuten a las radiaciones que afecta a los trabajadores y el puacuteblico de conformidad con las directrices internacionales La vigilancia perioacutedica de los trabajadores de la industria nuclear y de su ambiente de trabajo garantiza que no se rebasen estos niveles

Para asegurarse que el puacuteblico no sufra ninguacuten dantildeo el explotador de la central estaacute obligado a medir la radiactividad en el ambiente y comprobar mediante medidas en el aire agua y suelos y alimentos que las personas que viven alrededor de la central pueden respirar beber y comer los alimentos de la zona sin peligro

Las medidas de seguridad y de precaucioacuten como toda actividad humana ha ido evolucionando con el tiempo tanto es asiacute que actualmente se exige un aacuterea sin poblar alrededor de las centrales nucleares aunque variacutea de acuerdo con cada paiacutes A finalizar 1989 existiacutean 426 centrales nucleares conectadas a la red eleacutectrica en 25 paiacuteses Actualmente la cantidad de energiacutea eleacutectrica representa maacutes del 20 de la demanda

73- Lluvia Acida

La radiactividad liberada en la atmoacutesfera principalmente de pruebas nucleares se deposita poco a poco sobre la superficie de la tierra a traveacutes de la conocida como lluvia radiactiva La dosis media recibida por la poblacioacuten por esta causa ha pasado de valores altos en las deacutecadas de los 50-70 (hasta 008-014 mSv) a los valores actuales del orden de 5 microSievert aunque en algunos lugares alcanza los 10 mocrosievert Como puede observarse en la graacutefica el aumento de radiactividad de 1986 se debe al accidente de la central de Chernobil

74- Bombas Nucleares

La Historia de la humanidad nos muestra que praacutecticamente todo el desarrollo tecnoloacutegico que ha logrado el hombre ha tenido de una u otra manera una aplicacioacuten militar El gran poder de la energiacutea nuclear es por supuesto el ejemplo maacutes clamoroso de esto

El gobierno estadounidense en la Segunda Guerra mundial reunioacute a los principales fiacutesicos nucleares de la eacutepoca y les exigioacute que lograsen crear una bomba nuclear en lo que se conocioacute como Proyecto Manhattan Fruto de un importante esfuerzo econoacutemico y de medios pronto se consiguioacute el objetivo El empleo de estas bombas sobre Japoacuten marcoacute el final de la guerra Una visioacuten pesimista del mundo plantea que la humanidad se enfrentaraacute a su propia extincioacuten fruto de esta carrera militar Esta claro que una (no deseada) Tercera Guerra Mundial en la que se usasen armas nucleares seriacutea nefasta

Page 10: Seminario 14 RADIOISOTOPOS

Graacutefico Serie de desintegracioacuten de 23892U a 206

82Pb las flechas indican las transformaciones que se inician en el uranio y terminan en el plomo las flechas horizontales indican emisioacuten de partiacuteculas szlig y las diagonales partiacuteculas alfa

Tambieacuten cuando se viaja en avioacuten uno se expone a recibir una radiacioacuten mayor ya que hay menos proteccioacuten contra los rayos coacutesmicos Un pasajero que viaje en avioacuten a una altitud normal recibe en una hora una dosis de radiacioacuten cuatro veces mayor que la que recibe de toda la industria nuclear en un antildeo

6- EVOLUCIOacuteN

La evolucioacuten de vida en la tierra seguacuten las teoriacuteas maacutes aceptadas es fruto de las mutaciones geneacuteticas La presencia de una cantidad relativamente importante de Uranio en nuestro planeta convierte a la superficie terrestre en una zona con un importante contenido de radiacioacuten natural La vida no solo ha sido capaz de desarrollarse a pesar de estar sometida a esta radiacion sino que a base de mutaciones aleatorias de los genes debidas a estas radiaciones ionizantes ha ido evolucionando guiada por la seleccioacuten natural (supervivencia de las mutaciones beneficiosas) En un planeta con una menor cantidad de radiactividad natural la evolucioacuten de la vida hubiese sido mucho mas lenta o incluso inalcanzable Por tanto la humanidad como cabeza de la cadena evolutiva debe gran parte de su desarrollo a la radiactividad

61- DATACIOacuteN EL Carbono 14

El carbono 14 se produce de manera contiacutenua en la atmoacutesfera cuando neutrones de alta energiacutea del espacio chocan contra el nitroacutegeno 14

Al igual que el carbono 14 se produce contiacutenuamente por este proceso se descompone en forma continua al emitir partiacuteculas beta con el transcurso de los antildeos estos dos procesos opuestos han alcanzado casi equilibrio por lo que la cantidad de 14

6C presente en la atmoacutesfera permanece aproximadamente constante

El carbono 14 artificial que estaacute actualmente en circulacioacuten por la Tierra alcanza aproximadamente una tonelada y representa aproximadamente el 1 de la abundancia total natural Durante los uacuteltimos siete antildeos el hombre lo ha producido a un ritmo considerablemente mayor que el resultante del proceso natural mediante el cual se forma por la accioacuten de los neutrones de los rayos coacutesmicos La mayoriacutea estaacute todaviacutea en la atmoacutesfera combinado en dioacutexido de carbono En los organismos vivientes se ha elevado el contenido de carbono 14 hasta el 10 por encima de lo normal esta situacioacuten puede confundir a los futuros arqueoacutelogos

62- APLICACIONES MEDICAS

Dentro del uso de la radiactividad en las actividades humanas la maacutes conocida es la de sus aplicaciones meacutedicas El uso de la radiacioacuten en el diagnoacutestico y el tratamiento de enfermedades se ha convertido en una herramienta baacutesica en medicina Con ella se ha podido realizar exploraciones del cerebro y los huesos tratar el caacutencer y usar elementos radiactivos para dar seguimiento a hormonas y otros compuestos

quiacutemicos de los organismos

Tabla

Algunos isoacutetopos radiactivos sus vidas medias y sus aplicaciones meacutedicas como marcadores en el cuerpo humano

Nuacutecleo Vida media Aacuterea del cuerpo que se estudia

131 I 81 diacuteas Tiroides

59 Fe 451 diacuteas Gloacutebulos rojos

99 Mo 67 horas Metabolismo

32 P 143 diacuteas Ojos hiacutegado tumores

51 Cr 278 diacuteas Gloacutebulos rojos

87 Sr 28 horas Huesos

99 To 60 horas Corazoacuten huesos hiacutegado pulmones

133 Xe 53 diacuteas Pulmones

24 Na 148 horas Sistema circulatorio

Ejemplos de Aplicaciones Meacutedicas

Se emplean los trazadores radiactivos normalmente en el diagnoacutestico meacutedico Al respecto de coacutemo se debe detectar la radiactividad fuera del cuerpo generalmente se escogen isoacutetopos radiactivos (radionuacuteclidos) emisores de rayos gama Tambieacuten el trazador debe ser efectivo a bajas concentraciones y debe tener una semivida corta para reducir la posibilidad de dantildeos al paciente Se emplea el yodo radiactivo (I 131) para determinar la funcioacuten tiroidea que es donde el organismo concentra al yodo En este proceso se ingiere una pequentildea cantidad de yoduro radiactivo de sodio o de potasio Se enfoca un detector a la glaacutendula tiroides y se mide la cantidad de yodo en la glaacutendula pudiendo luego comparar con el de una tiroides normal para detectar cualquier diferencia

Tambieacuten Se puede emplear el yodo 131 para el tratamiento del hipertiroidismo( El mal funcionamiento de la glaacutendula tiroides desarrolla el bocio en las personas y causa muchos trastornos en el metabolismo) La dosis terapeacuteutica es mayor que la que emplea en el diagnoacutestico La glaacutendula tiroides concentra selectivamente al Y

131 La seccioacuten de la glaacutendula que es hiperactiva quedaraacute expuesta a una gran dosis del isoacutetopo y seraacute la que se destruya especiacuteficamente

Los meacutedicos pueden examinar la eficiencia cardiaca en el bombeo y verificar la evidencia de una obstruccioacuten en las arterias coronarias mediante el barrido nuclear El radionuacuteclido Tl 201 al inyectarse en el flujo sanguiacuteneo se aloja en el tejido sano del corazoacuten El talio 201 emite radiacioacuten gama que se detecta mediante un dispositivo especial llamado caacutemara de centelleo Los datos obtenidos se traducen simultaacuteneamente en cifras mediante una computadora Con esta teacutecnica se puede observar si el tejido cardiaco ha muerto despueacutes de un ataque al corazoacuten y si la sangre fluye libremente a traveacutes de los conductores coronarios

Una de las uacuteltimas aplicaciones de la quiacutemica nuclear es el uso de la tomografiacutea de emisioacuten de positrones (PET) en la medida de procesos dinaacutemicos en el organismo como el uso de oxiacutegeno o el flujo sanguiacuteneo y en oncologiacutea Para esta aplicacioacuten se fabrica un compuesto que contiene un nuacuteclido emisor de positrones como C 11 O 15 oacute N 13 Se inyecta el compuesto en el organismo y se coloca al paciente en un instrumento que detecta las emisiones de positrones Una computadora produce una imagen tridimensional de la zona Los barridos de emisioacuten de positrones tambieacuten se han empleado para localizar las zonas del cerebro relacionadas con los ataques epileacutepticos El cerebro emplea la glucosa a velocidad distinta del tejido normal

7- PELIGROS

La radiactividad puede ser peligrosa y sus riesgos no deben tomarse a la ligera Puede dantildear las ceacutelulas del organismo y la exposicioacuten a altos niveles puede ser nociva e incluso fatal si se trata de manera inadecuada por eso lleva un largo proceso de investigacioacuten y descubrimientos abrieacutendose las puertas de la era nuclear

Despueacutes de muchos antildeos de investigacioacuten desarrollo y aplicaciones industriales hoy se puede afirmar que existen soluciones tecnoloacutegicas bastante seguras para manejar adecuadamente los desechos radiactivos Estos no solo provienen de los reactores que generan electricidad sino tambieacuten de los hospitales la industria la agricultura y la investigacioacuten como ya se estudioacute en los apartados anteriores donde se conocieron las aplicaciones de la radiactividad en esos campos

71- Residuos Radiactivos

La desventaja principal de las plantas nucleares es que producen desechos altamente radiactivos algunos de los cuales tienen semividas de miles de antildeos Hasta ahora no se ha logrado un consenso sobre coacutemo almacenar con seguridad de tales productos radiactivos

Aproximadamente una vez al antildeo se extrae una parte del combustible nuclear colocado dentro del reactor nuclear de fisioacuten y se sustituye por uno nuevo El combustible gastado es muy radiactivo y debe aislarse por miles de antildeos con mucho cuidado de lo contrario causariacutea dantildeos irreparables a las personas y al ambiente Es extraiacutedo del reactor por manos mecaacutenicas y colocado en piscinas con agua para enfriarlo y aislarlo por poco tiempo mientras es llevado al depoacutesito permanente Tambieacuten se almacena en contenedores de hormigoacuten o acero mientras se les da el lugar definitivo

Este uranio gastado tambieacuten se reutiliza en la actualidad Francia Reino Unido y la Federacioacuten Rusa cuentan con plantas de reelaboracioacuten a nivel industrial y mundial para la obtencioacuten de uranio y plutonio en el proceso quiacutemico Este tipo de desecho representa un 95 ya que una planta tiacutepica nuclear de generacioacuten eleacutectrica produce 30 toneladas anuales de uranio gastado esta cantidad puede reducirse a 3 m3 de desecho radiactivo

Tambieacuten se cuentan con desechos radiactivos soacutelidos liacutequidos y gaseosos Entre los soacutelidos se cuentan toallas papel vidrio metales y otros materiales usados en la central Cada uno tiene su manera de ser tratados para evitar problemas

Los soacutelidos altamente radiactivos se sellan en recipientes de metal o ceraacutemica resistentes a la corrosioacuten para evitar que la humedad los afecte Actualmente algunos paiacuteses que se dedican a la reelaboracioacuten del combustible gastado lo vitrifican Hay acuerdos que la manera idoacutenea para aislar esos desechos es colocarlos en cavidades profundas de la tierra con barreras tecnoloacutegicas y naturales como por ejemplo minas de sal granito arcilla basalto (roca volcaacutenica) y otras maacutes

Los desechos soacutelidos vitrificados se sellan en recipientes de metal o ceraacutemica resistentes a la corrosioacuten para evitar que la humedad los afecte

72- Desastres en Centrales Nucleares

Dos eventos que demostraron los peligros potenciales de la energiacutea nuclear fueron los accidentes en la isla Three Mile en Pennsylvania EUA (1979) y Chernobyl URSS (1986) Ambos accidentes fueron originados por la peacuterdida de refrigerante en el nuacutecleo del reactor Los reactores en la isla Three Mile estaacuten envueltos por cascarones de cemento y por lo tanto dejaron escapar una cantidad relativamente pequentildea de material radiactivo a la atmoacutesfera Como en la Unioacuten Sovieacutetica no se usan estructuras de contencioacuten para las plantas nucleares el accidente de Chernobyl ocasionoacute 31 muertes y la afectoacute en diverso grado hasta un total de 135000 personas La descarga de grandes cantidades de Y 131 Cs 134 y Cs 137 generaron problemas de salud a largo plazo en esa poblacioacuten que estuvo expuesta

Sin embargo aunque muchos puedan creer que una central nuclear puede explotar como una bomba atoacutemica esto no es asiacute Las bombas atoacutemicas y las

centrales nucleares son esencialmente diferentes Las bombas para explotar requieren la unioacuten raacutepida de dos piezas de uranio-235 metaacutelico casi puro formando una masa compacta de geometriacutea definida Un reactor nuclear tiacutepico que produzca vapor para una central eleacutectrica utiliza uranio ceraacutemico (normalmente en forma de oacutexido) no metal con un contenido de uranio-235 soacutelo del orden del 3 el resto del uranio se compone de uranio 238 que no se fisiona en el reactor

Hay que indicar que en la actualidad la experiencia que ha adquirido la industria nuclear en el uso de sustancias radioactivas ha permitido a eacutesta conocer plenamente los peligros que entrantildea Un blindaje y una contencioacuten apropiados evitaraacuten la fuga de radiaciones La clara comprensioacuten de los principios de proteccioacuten radioloacutegica y el conocimiento exhaustivo de las propiedades de la radiacioacuten que posee la industria nuclear le permiten disentildear construir y explotar sus plantas manteniendo en un miacutenimo la exposicioacuten a las radiaciones que afecta a los trabajadores y el puacuteblico de conformidad con las directrices internacionales La vigilancia perioacutedica de los trabajadores de la industria nuclear y de su ambiente de trabajo garantiza que no se rebasen estos niveles

Para asegurarse que el puacuteblico no sufra ninguacuten dantildeo el explotador de la central estaacute obligado a medir la radiactividad en el ambiente y comprobar mediante medidas en el aire agua y suelos y alimentos que las personas que viven alrededor de la central pueden respirar beber y comer los alimentos de la zona sin peligro

Las medidas de seguridad y de precaucioacuten como toda actividad humana ha ido evolucionando con el tiempo tanto es asiacute que actualmente se exige un aacuterea sin poblar alrededor de las centrales nucleares aunque variacutea de acuerdo con cada paiacutes A finalizar 1989 existiacutean 426 centrales nucleares conectadas a la red eleacutectrica en 25 paiacuteses Actualmente la cantidad de energiacutea eleacutectrica representa maacutes del 20 de la demanda

73- Lluvia Acida

La radiactividad liberada en la atmoacutesfera principalmente de pruebas nucleares se deposita poco a poco sobre la superficie de la tierra a traveacutes de la conocida como lluvia radiactiva La dosis media recibida por la poblacioacuten por esta causa ha pasado de valores altos en las deacutecadas de los 50-70 (hasta 008-014 mSv) a los valores actuales del orden de 5 microSievert aunque en algunos lugares alcanza los 10 mocrosievert Como puede observarse en la graacutefica el aumento de radiactividad de 1986 se debe al accidente de la central de Chernobil

74- Bombas Nucleares

La Historia de la humanidad nos muestra que praacutecticamente todo el desarrollo tecnoloacutegico que ha logrado el hombre ha tenido de una u otra manera una aplicacioacuten militar El gran poder de la energiacutea nuclear es por supuesto el ejemplo maacutes clamoroso de esto

El gobierno estadounidense en la Segunda Guerra mundial reunioacute a los principales fiacutesicos nucleares de la eacutepoca y les exigioacute que lograsen crear una bomba nuclear en lo que se conocioacute como Proyecto Manhattan Fruto de un importante esfuerzo econoacutemico y de medios pronto se consiguioacute el objetivo El empleo de estas bombas sobre Japoacuten marcoacute el final de la guerra Una visioacuten pesimista del mundo plantea que la humanidad se enfrentaraacute a su propia extincioacuten fruto de esta carrera militar Esta claro que una (no deseada) Tercera Guerra Mundial en la que se usasen armas nucleares seriacutea nefasta

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61- DATACIOacuteN EL Carbono 14

El carbono 14 se produce de manera contiacutenua en la atmoacutesfera cuando neutrones de alta energiacutea del espacio chocan contra el nitroacutegeno 14

Al igual que el carbono 14 se produce contiacutenuamente por este proceso se descompone en forma continua al emitir partiacuteculas beta con el transcurso de los antildeos estos dos procesos opuestos han alcanzado casi equilibrio por lo que la cantidad de 14

6C presente en la atmoacutesfera permanece aproximadamente constante

El carbono 14 artificial que estaacute actualmente en circulacioacuten por la Tierra alcanza aproximadamente una tonelada y representa aproximadamente el 1 de la abundancia total natural Durante los uacuteltimos siete antildeos el hombre lo ha producido a un ritmo considerablemente mayor que el resultante del proceso natural mediante el cual se forma por la accioacuten de los neutrones de los rayos coacutesmicos La mayoriacutea estaacute todaviacutea en la atmoacutesfera combinado en dioacutexido de carbono En los organismos vivientes se ha elevado el contenido de carbono 14 hasta el 10 por encima de lo normal esta situacioacuten puede confundir a los futuros arqueoacutelogos

62- APLICACIONES MEDICAS

Dentro del uso de la radiactividad en las actividades humanas la maacutes conocida es la de sus aplicaciones meacutedicas El uso de la radiacioacuten en el diagnoacutestico y el tratamiento de enfermedades se ha convertido en una herramienta baacutesica en medicina Con ella se ha podido realizar exploraciones del cerebro y los huesos tratar el caacutencer y usar elementos radiactivos para dar seguimiento a hormonas y otros compuestos

quiacutemicos de los organismos

Tabla

Algunos isoacutetopos radiactivos sus vidas medias y sus aplicaciones meacutedicas como marcadores en el cuerpo humano

Nuacutecleo Vida media Aacuterea del cuerpo que se estudia

131 I 81 diacuteas Tiroides

59 Fe 451 diacuteas Gloacutebulos rojos

99 Mo 67 horas Metabolismo

32 P 143 diacuteas Ojos hiacutegado tumores

51 Cr 278 diacuteas Gloacutebulos rojos

87 Sr 28 horas Huesos

99 To 60 horas Corazoacuten huesos hiacutegado pulmones

133 Xe 53 diacuteas Pulmones

24 Na 148 horas Sistema circulatorio

Ejemplos de Aplicaciones Meacutedicas

Se emplean los trazadores radiactivos normalmente en el diagnoacutestico meacutedico Al respecto de coacutemo se debe detectar la radiactividad fuera del cuerpo generalmente se escogen isoacutetopos radiactivos (radionuacuteclidos) emisores de rayos gama Tambieacuten el trazador debe ser efectivo a bajas concentraciones y debe tener una semivida corta para reducir la posibilidad de dantildeos al paciente Se emplea el yodo radiactivo (I 131) para determinar la funcioacuten tiroidea que es donde el organismo concentra al yodo En este proceso se ingiere una pequentildea cantidad de yoduro radiactivo de sodio o de potasio Se enfoca un detector a la glaacutendula tiroides y se mide la cantidad de yodo en la glaacutendula pudiendo luego comparar con el de una tiroides normal para detectar cualquier diferencia

Tambieacuten Se puede emplear el yodo 131 para el tratamiento del hipertiroidismo( El mal funcionamiento de la glaacutendula tiroides desarrolla el bocio en las personas y causa muchos trastornos en el metabolismo) La dosis terapeacuteutica es mayor que la que emplea en el diagnoacutestico La glaacutendula tiroides concentra selectivamente al Y

131 La seccioacuten de la glaacutendula que es hiperactiva quedaraacute expuesta a una gran dosis del isoacutetopo y seraacute la que se destruya especiacuteficamente

Los meacutedicos pueden examinar la eficiencia cardiaca en el bombeo y verificar la evidencia de una obstruccioacuten en las arterias coronarias mediante el barrido nuclear El radionuacuteclido Tl 201 al inyectarse en el flujo sanguiacuteneo se aloja en el tejido sano del corazoacuten El talio 201 emite radiacioacuten gama que se detecta mediante un dispositivo especial llamado caacutemara de centelleo Los datos obtenidos se traducen simultaacuteneamente en cifras mediante una computadora Con esta teacutecnica se puede observar si el tejido cardiaco ha muerto despueacutes de un ataque al corazoacuten y si la sangre fluye libremente a traveacutes de los conductores coronarios

Una de las uacuteltimas aplicaciones de la quiacutemica nuclear es el uso de la tomografiacutea de emisioacuten de positrones (PET) en la medida de procesos dinaacutemicos en el organismo como el uso de oxiacutegeno o el flujo sanguiacuteneo y en oncologiacutea Para esta aplicacioacuten se fabrica un compuesto que contiene un nuacuteclido emisor de positrones como C 11 O 15 oacute N 13 Se inyecta el compuesto en el organismo y se coloca al paciente en un instrumento que detecta las emisiones de positrones Una computadora produce una imagen tridimensional de la zona Los barridos de emisioacuten de positrones tambieacuten se han empleado para localizar las zonas del cerebro relacionadas con los ataques epileacutepticos El cerebro emplea la glucosa a velocidad distinta del tejido normal

7- PELIGROS

La radiactividad puede ser peligrosa y sus riesgos no deben tomarse a la ligera Puede dantildear las ceacutelulas del organismo y la exposicioacuten a altos niveles puede ser nociva e incluso fatal si se trata de manera inadecuada por eso lleva un largo proceso de investigacioacuten y descubrimientos abrieacutendose las puertas de la era nuclear

Despueacutes de muchos antildeos de investigacioacuten desarrollo y aplicaciones industriales hoy se puede afirmar que existen soluciones tecnoloacutegicas bastante seguras para manejar adecuadamente los desechos radiactivos Estos no solo provienen de los reactores que generan electricidad sino tambieacuten de los hospitales la industria la agricultura y la investigacioacuten como ya se estudioacute en los apartados anteriores donde se conocieron las aplicaciones de la radiactividad en esos campos

71- Residuos Radiactivos

La desventaja principal de las plantas nucleares es que producen desechos altamente radiactivos algunos de los cuales tienen semividas de miles de antildeos Hasta ahora no se ha logrado un consenso sobre coacutemo almacenar con seguridad de tales productos radiactivos

Aproximadamente una vez al antildeo se extrae una parte del combustible nuclear colocado dentro del reactor nuclear de fisioacuten y se sustituye por uno nuevo El combustible gastado es muy radiactivo y debe aislarse por miles de antildeos con mucho cuidado de lo contrario causariacutea dantildeos irreparables a las personas y al ambiente Es extraiacutedo del reactor por manos mecaacutenicas y colocado en piscinas con agua para enfriarlo y aislarlo por poco tiempo mientras es llevado al depoacutesito permanente Tambieacuten se almacena en contenedores de hormigoacuten o acero mientras se les da el lugar definitivo

Este uranio gastado tambieacuten se reutiliza en la actualidad Francia Reino Unido y la Federacioacuten Rusa cuentan con plantas de reelaboracioacuten a nivel industrial y mundial para la obtencioacuten de uranio y plutonio en el proceso quiacutemico Este tipo de desecho representa un 95 ya que una planta tiacutepica nuclear de generacioacuten eleacutectrica produce 30 toneladas anuales de uranio gastado esta cantidad puede reducirse a 3 m3 de desecho radiactivo

Tambieacuten se cuentan con desechos radiactivos soacutelidos liacutequidos y gaseosos Entre los soacutelidos se cuentan toallas papel vidrio metales y otros materiales usados en la central Cada uno tiene su manera de ser tratados para evitar problemas

Los soacutelidos altamente radiactivos se sellan en recipientes de metal o ceraacutemica resistentes a la corrosioacuten para evitar que la humedad los afecte Actualmente algunos paiacuteses que se dedican a la reelaboracioacuten del combustible gastado lo vitrifican Hay acuerdos que la manera idoacutenea para aislar esos desechos es colocarlos en cavidades profundas de la tierra con barreras tecnoloacutegicas y naturales como por ejemplo minas de sal granito arcilla basalto (roca volcaacutenica) y otras maacutes

Los desechos soacutelidos vitrificados se sellan en recipientes de metal o ceraacutemica resistentes a la corrosioacuten para evitar que la humedad los afecte

72- Desastres en Centrales Nucleares

Dos eventos que demostraron los peligros potenciales de la energiacutea nuclear fueron los accidentes en la isla Three Mile en Pennsylvania EUA (1979) y Chernobyl URSS (1986) Ambos accidentes fueron originados por la peacuterdida de refrigerante en el nuacutecleo del reactor Los reactores en la isla Three Mile estaacuten envueltos por cascarones de cemento y por lo tanto dejaron escapar una cantidad relativamente pequentildea de material radiactivo a la atmoacutesfera Como en la Unioacuten Sovieacutetica no se usan estructuras de contencioacuten para las plantas nucleares el accidente de Chernobyl ocasionoacute 31 muertes y la afectoacute en diverso grado hasta un total de 135000 personas La descarga de grandes cantidades de Y 131 Cs 134 y Cs 137 generaron problemas de salud a largo plazo en esa poblacioacuten que estuvo expuesta

Sin embargo aunque muchos puedan creer que una central nuclear puede explotar como una bomba atoacutemica esto no es asiacute Las bombas atoacutemicas y las

centrales nucleares son esencialmente diferentes Las bombas para explotar requieren la unioacuten raacutepida de dos piezas de uranio-235 metaacutelico casi puro formando una masa compacta de geometriacutea definida Un reactor nuclear tiacutepico que produzca vapor para una central eleacutectrica utiliza uranio ceraacutemico (normalmente en forma de oacutexido) no metal con un contenido de uranio-235 soacutelo del orden del 3 el resto del uranio se compone de uranio 238 que no se fisiona en el reactor

Hay que indicar que en la actualidad la experiencia que ha adquirido la industria nuclear en el uso de sustancias radioactivas ha permitido a eacutesta conocer plenamente los peligros que entrantildea Un blindaje y una contencioacuten apropiados evitaraacuten la fuga de radiaciones La clara comprensioacuten de los principios de proteccioacuten radioloacutegica y el conocimiento exhaustivo de las propiedades de la radiacioacuten que posee la industria nuclear le permiten disentildear construir y explotar sus plantas manteniendo en un miacutenimo la exposicioacuten a las radiaciones que afecta a los trabajadores y el puacuteblico de conformidad con las directrices internacionales La vigilancia perioacutedica de los trabajadores de la industria nuclear y de su ambiente de trabajo garantiza que no se rebasen estos niveles

Para asegurarse que el puacuteblico no sufra ninguacuten dantildeo el explotador de la central estaacute obligado a medir la radiactividad en el ambiente y comprobar mediante medidas en el aire agua y suelos y alimentos que las personas que viven alrededor de la central pueden respirar beber y comer los alimentos de la zona sin peligro

Las medidas de seguridad y de precaucioacuten como toda actividad humana ha ido evolucionando con el tiempo tanto es asiacute que actualmente se exige un aacuterea sin poblar alrededor de las centrales nucleares aunque variacutea de acuerdo con cada paiacutes A finalizar 1989 existiacutean 426 centrales nucleares conectadas a la red eleacutectrica en 25 paiacuteses Actualmente la cantidad de energiacutea eleacutectrica representa maacutes del 20 de la demanda

73- Lluvia Acida

La radiactividad liberada en la atmoacutesfera principalmente de pruebas nucleares se deposita poco a poco sobre la superficie de la tierra a traveacutes de la conocida como lluvia radiactiva La dosis media recibida por la poblacioacuten por esta causa ha pasado de valores altos en las deacutecadas de los 50-70 (hasta 008-014 mSv) a los valores actuales del orden de 5 microSievert aunque en algunos lugares alcanza los 10 mocrosievert Como puede observarse en la graacutefica el aumento de radiactividad de 1986 se debe al accidente de la central de Chernobil

74- Bombas Nucleares

La Historia de la humanidad nos muestra que praacutecticamente todo el desarrollo tecnoloacutegico que ha logrado el hombre ha tenido de una u otra manera una aplicacioacuten militar El gran poder de la energiacutea nuclear es por supuesto el ejemplo maacutes clamoroso de esto

El gobierno estadounidense en la Segunda Guerra mundial reunioacute a los principales fiacutesicos nucleares de la eacutepoca y les exigioacute que lograsen crear una bomba nuclear en lo que se conocioacute como Proyecto Manhattan Fruto de un importante esfuerzo econoacutemico y de medios pronto se consiguioacute el objetivo El empleo de estas bombas sobre Japoacuten marcoacute el final de la guerra Una visioacuten pesimista del mundo plantea que la humanidad se enfrentaraacute a su propia extincioacuten fruto de esta carrera militar Esta claro que una (no deseada) Tercera Guerra Mundial en la que se usasen armas nucleares seriacutea nefasta

Page 12: Seminario 14 RADIOISOTOPOS

Tabla

Algunos isoacutetopos radiactivos sus vidas medias y sus aplicaciones meacutedicas como marcadores en el cuerpo humano

Nuacutecleo Vida media Aacuterea del cuerpo que se estudia

131 I 81 diacuteas Tiroides

59 Fe 451 diacuteas Gloacutebulos rojos

99 Mo 67 horas Metabolismo

32 P 143 diacuteas Ojos hiacutegado tumores

51 Cr 278 diacuteas Gloacutebulos rojos

87 Sr 28 horas Huesos

99 To 60 horas Corazoacuten huesos hiacutegado pulmones

133 Xe 53 diacuteas Pulmones

24 Na 148 horas Sistema circulatorio

Ejemplos de Aplicaciones Meacutedicas

Se emplean los trazadores radiactivos normalmente en el diagnoacutestico meacutedico Al respecto de coacutemo se debe detectar la radiactividad fuera del cuerpo generalmente se escogen isoacutetopos radiactivos (radionuacuteclidos) emisores de rayos gama Tambieacuten el trazador debe ser efectivo a bajas concentraciones y debe tener una semivida corta para reducir la posibilidad de dantildeos al paciente Se emplea el yodo radiactivo (I 131) para determinar la funcioacuten tiroidea que es donde el organismo concentra al yodo En este proceso se ingiere una pequentildea cantidad de yoduro radiactivo de sodio o de potasio Se enfoca un detector a la glaacutendula tiroides y se mide la cantidad de yodo en la glaacutendula pudiendo luego comparar con el de una tiroides normal para detectar cualquier diferencia

Tambieacuten Se puede emplear el yodo 131 para el tratamiento del hipertiroidismo( El mal funcionamiento de la glaacutendula tiroides desarrolla el bocio en las personas y causa muchos trastornos en el metabolismo) La dosis terapeacuteutica es mayor que la que emplea en el diagnoacutestico La glaacutendula tiroides concentra selectivamente al Y

131 La seccioacuten de la glaacutendula que es hiperactiva quedaraacute expuesta a una gran dosis del isoacutetopo y seraacute la que se destruya especiacuteficamente

Los meacutedicos pueden examinar la eficiencia cardiaca en el bombeo y verificar la evidencia de una obstruccioacuten en las arterias coronarias mediante el barrido nuclear El radionuacuteclido Tl 201 al inyectarse en el flujo sanguiacuteneo se aloja en el tejido sano del corazoacuten El talio 201 emite radiacioacuten gama que se detecta mediante un dispositivo especial llamado caacutemara de centelleo Los datos obtenidos se traducen simultaacuteneamente en cifras mediante una computadora Con esta teacutecnica se puede observar si el tejido cardiaco ha muerto despueacutes de un ataque al corazoacuten y si la sangre fluye libremente a traveacutes de los conductores coronarios

Una de las uacuteltimas aplicaciones de la quiacutemica nuclear es el uso de la tomografiacutea de emisioacuten de positrones (PET) en la medida de procesos dinaacutemicos en el organismo como el uso de oxiacutegeno o el flujo sanguiacuteneo y en oncologiacutea Para esta aplicacioacuten se fabrica un compuesto que contiene un nuacuteclido emisor de positrones como C 11 O 15 oacute N 13 Se inyecta el compuesto en el organismo y se coloca al paciente en un instrumento que detecta las emisiones de positrones Una computadora produce una imagen tridimensional de la zona Los barridos de emisioacuten de positrones tambieacuten se han empleado para localizar las zonas del cerebro relacionadas con los ataques epileacutepticos El cerebro emplea la glucosa a velocidad distinta del tejido normal

7- PELIGROS

La radiactividad puede ser peligrosa y sus riesgos no deben tomarse a la ligera Puede dantildear las ceacutelulas del organismo y la exposicioacuten a altos niveles puede ser nociva e incluso fatal si se trata de manera inadecuada por eso lleva un largo proceso de investigacioacuten y descubrimientos abrieacutendose las puertas de la era nuclear

Despueacutes de muchos antildeos de investigacioacuten desarrollo y aplicaciones industriales hoy se puede afirmar que existen soluciones tecnoloacutegicas bastante seguras para manejar adecuadamente los desechos radiactivos Estos no solo provienen de los reactores que generan electricidad sino tambieacuten de los hospitales la industria la agricultura y la investigacioacuten como ya se estudioacute en los apartados anteriores donde se conocieron las aplicaciones de la radiactividad en esos campos

71- Residuos Radiactivos

La desventaja principal de las plantas nucleares es que producen desechos altamente radiactivos algunos de los cuales tienen semividas de miles de antildeos Hasta ahora no se ha logrado un consenso sobre coacutemo almacenar con seguridad de tales productos radiactivos

Aproximadamente una vez al antildeo se extrae una parte del combustible nuclear colocado dentro del reactor nuclear de fisioacuten y se sustituye por uno nuevo El combustible gastado es muy radiactivo y debe aislarse por miles de antildeos con mucho cuidado de lo contrario causariacutea dantildeos irreparables a las personas y al ambiente Es extraiacutedo del reactor por manos mecaacutenicas y colocado en piscinas con agua para enfriarlo y aislarlo por poco tiempo mientras es llevado al depoacutesito permanente Tambieacuten se almacena en contenedores de hormigoacuten o acero mientras se les da el lugar definitivo

Este uranio gastado tambieacuten se reutiliza en la actualidad Francia Reino Unido y la Federacioacuten Rusa cuentan con plantas de reelaboracioacuten a nivel industrial y mundial para la obtencioacuten de uranio y plutonio en el proceso quiacutemico Este tipo de desecho representa un 95 ya que una planta tiacutepica nuclear de generacioacuten eleacutectrica produce 30 toneladas anuales de uranio gastado esta cantidad puede reducirse a 3 m3 de desecho radiactivo

Tambieacuten se cuentan con desechos radiactivos soacutelidos liacutequidos y gaseosos Entre los soacutelidos se cuentan toallas papel vidrio metales y otros materiales usados en la central Cada uno tiene su manera de ser tratados para evitar problemas

Los soacutelidos altamente radiactivos se sellan en recipientes de metal o ceraacutemica resistentes a la corrosioacuten para evitar que la humedad los afecte Actualmente algunos paiacuteses que se dedican a la reelaboracioacuten del combustible gastado lo vitrifican Hay acuerdos que la manera idoacutenea para aislar esos desechos es colocarlos en cavidades profundas de la tierra con barreras tecnoloacutegicas y naturales como por ejemplo minas de sal granito arcilla basalto (roca volcaacutenica) y otras maacutes

Los desechos soacutelidos vitrificados se sellan en recipientes de metal o ceraacutemica resistentes a la corrosioacuten para evitar que la humedad los afecte

72- Desastres en Centrales Nucleares

Dos eventos que demostraron los peligros potenciales de la energiacutea nuclear fueron los accidentes en la isla Three Mile en Pennsylvania EUA (1979) y Chernobyl URSS (1986) Ambos accidentes fueron originados por la peacuterdida de refrigerante en el nuacutecleo del reactor Los reactores en la isla Three Mile estaacuten envueltos por cascarones de cemento y por lo tanto dejaron escapar una cantidad relativamente pequentildea de material radiactivo a la atmoacutesfera Como en la Unioacuten Sovieacutetica no se usan estructuras de contencioacuten para las plantas nucleares el accidente de Chernobyl ocasionoacute 31 muertes y la afectoacute en diverso grado hasta un total de 135000 personas La descarga de grandes cantidades de Y 131 Cs 134 y Cs 137 generaron problemas de salud a largo plazo en esa poblacioacuten que estuvo expuesta

Sin embargo aunque muchos puedan creer que una central nuclear puede explotar como una bomba atoacutemica esto no es asiacute Las bombas atoacutemicas y las

centrales nucleares son esencialmente diferentes Las bombas para explotar requieren la unioacuten raacutepida de dos piezas de uranio-235 metaacutelico casi puro formando una masa compacta de geometriacutea definida Un reactor nuclear tiacutepico que produzca vapor para una central eleacutectrica utiliza uranio ceraacutemico (normalmente en forma de oacutexido) no metal con un contenido de uranio-235 soacutelo del orden del 3 el resto del uranio se compone de uranio 238 que no se fisiona en el reactor

Hay que indicar que en la actualidad la experiencia que ha adquirido la industria nuclear en el uso de sustancias radioactivas ha permitido a eacutesta conocer plenamente los peligros que entrantildea Un blindaje y una contencioacuten apropiados evitaraacuten la fuga de radiaciones La clara comprensioacuten de los principios de proteccioacuten radioloacutegica y el conocimiento exhaustivo de las propiedades de la radiacioacuten que posee la industria nuclear le permiten disentildear construir y explotar sus plantas manteniendo en un miacutenimo la exposicioacuten a las radiaciones que afecta a los trabajadores y el puacuteblico de conformidad con las directrices internacionales La vigilancia perioacutedica de los trabajadores de la industria nuclear y de su ambiente de trabajo garantiza que no se rebasen estos niveles

Para asegurarse que el puacuteblico no sufra ninguacuten dantildeo el explotador de la central estaacute obligado a medir la radiactividad en el ambiente y comprobar mediante medidas en el aire agua y suelos y alimentos que las personas que viven alrededor de la central pueden respirar beber y comer los alimentos de la zona sin peligro

Las medidas de seguridad y de precaucioacuten como toda actividad humana ha ido evolucionando con el tiempo tanto es asiacute que actualmente se exige un aacuterea sin poblar alrededor de las centrales nucleares aunque variacutea de acuerdo con cada paiacutes A finalizar 1989 existiacutean 426 centrales nucleares conectadas a la red eleacutectrica en 25 paiacuteses Actualmente la cantidad de energiacutea eleacutectrica representa maacutes del 20 de la demanda

73- Lluvia Acida

La radiactividad liberada en la atmoacutesfera principalmente de pruebas nucleares se deposita poco a poco sobre la superficie de la tierra a traveacutes de la conocida como lluvia radiactiva La dosis media recibida por la poblacioacuten por esta causa ha pasado de valores altos en las deacutecadas de los 50-70 (hasta 008-014 mSv) a los valores actuales del orden de 5 microSievert aunque en algunos lugares alcanza los 10 mocrosievert Como puede observarse en la graacutefica el aumento de radiactividad de 1986 se debe al accidente de la central de Chernobil

74- Bombas Nucleares

La Historia de la humanidad nos muestra que praacutecticamente todo el desarrollo tecnoloacutegico que ha logrado el hombre ha tenido de una u otra manera una aplicacioacuten militar El gran poder de la energiacutea nuclear es por supuesto el ejemplo maacutes clamoroso de esto

El gobierno estadounidense en la Segunda Guerra mundial reunioacute a los principales fiacutesicos nucleares de la eacutepoca y les exigioacute que lograsen crear una bomba nuclear en lo que se conocioacute como Proyecto Manhattan Fruto de un importante esfuerzo econoacutemico y de medios pronto se consiguioacute el objetivo El empleo de estas bombas sobre Japoacuten marcoacute el final de la guerra Una visioacuten pesimista del mundo plantea que la humanidad se enfrentaraacute a su propia extincioacuten fruto de esta carrera militar Esta claro que una (no deseada) Tercera Guerra Mundial en la que se usasen armas nucleares seriacutea nefasta

Page 13: Seminario 14 RADIOISOTOPOS

131 La seccioacuten de la glaacutendula que es hiperactiva quedaraacute expuesta a una gran dosis del isoacutetopo y seraacute la que se destruya especiacuteficamente

Los meacutedicos pueden examinar la eficiencia cardiaca en el bombeo y verificar la evidencia de una obstruccioacuten en las arterias coronarias mediante el barrido nuclear El radionuacuteclido Tl 201 al inyectarse en el flujo sanguiacuteneo se aloja en el tejido sano del corazoacuten El talio 201 emite radiacioacuten gama que se detecta mediante un dispositivo especial llamado caacutemara de centelleo Los datos obtenidos se traducen simultaacuteneamente en cifras mediante una computadora Con esta teacutecnica se puede observar si el tejido cardiaco ha muerto despueacutes de un ataque al corazoacuten y si la sangre fluye libremente a traveacutes de los conductores coronarios

Una de las uacuteltimas aplicaciones de la quiacutemica nuclear es el uso de la tomografiacutea de emisioacuten de positrones (PET) en la medida de procesos dinaacutemicos en el organismo como el uso de oxiacutegeno o el flujo sanguiacuteneo y en oncologiacutea Para esta aplicacioacuten se fabrica un compuesto que contiene un nuacuteclido emisor de positrones como C 11 O 15 oacute N 13 Se inyecta el compuesto en el organismo y se coloca al paciente en un instrumento que detecta las emisiones de positrones Una computadora produce una imagen tridimensional de la zona Los barridos de emisioacuten de positrones tambieacuten se han empleado para localizar las zonas del cerebro relacionadas con los ataques epileacutepticos El cerebro emplea la glucosa a velocidad distinta del tejido normal

7- PELIGROS

La radiactividad puede ser peligrosa y sus riesgos no deben tomarse a la ligera Puede dantildear las ceacutelulas del organismo y la exposicioacuten a altos niveles puede ser nociva e incluso fatal si se trata de manera inadecuada por eso lleva un largo proceso de investigacioacuten y descubrimientos abrieacutendose las puertas de la era nuclear

Despueacutes de muchos antildeos de investigacioacuten desarrollo y aplicaciones industriales hoy se puede afirmar que existen soluciones tecnoloacutegicas bastante seguras para manejar adecuadamente los desechos radiactivos Estos no solo provienen de los reactores que generan electricidad sino tambieacuten de los hospitales la industria la agricultura y la investigacioacuten como ya se estudioacute en los apartados anteriores donde se conocieron las aplicaciones de la radiactividad en esos campos

71- Residuos Radiactivos

La desventaja principal de las plantas nucleares es que producen desechos altamente radiactivos algunos de los cuales tienen semividas de miles de antildeos Hasta ahora no se ha logrado un consenso sobre coacutemo almacenar con seguridad de tales productos radiactivos

Aproximadamente una vez al antildeo se extrae una parte del combustible nuclear colocado dentro del reactor nuclear de fisioacuten y se sustituye por uno nuevo El combustible gastado es muy radiactivo y debe aislarse por miles de antildeos con mucho cuidado de lo contrario causariacutea dantildeos irreparables a las personas y al ambiente Es extraiacutedo del reactor por manos mecaacutenicas y colocado en piscinas con agua para enfriarlo y aislarlo por poco tiempo mientras es llevado al depoacutesito permanente Tambieacuten se almacena en contenedores de hormigoacuten o acero mientras se les da el lugar definitivo

Este uranio gastado tambieacuten se reutiliza en la actualidad Francia Reino Unido y la Federacioacuten Rusa cuentan con plantas de reelaboracioacuten a nivel industrial y mundial para la obtencioacuten de uranio y plutonio en el proceso quiacutemico Este tipo de desecho representa un 95 ya que una planta tiacutepica nuclear de generacioacuten eleacutectrica produce 30 toneladas anuales de uranio gastado esta cantidad puede reducirse a 3 m3 de desecho radiactivo

Tambieacuten se cuentan con desechos radiactivos soacutelidos liacutequidos y gaseosos Entre los soacutelidos se cuentan toallas papel vidrio metales y otros materiales usados en la central Cada uno tiene su manera de ser tratados para evitar problemas

Los soacutelidos altamente radiactivos se sellan en recipientes de metal o ceraacutemica resistentes a la corrosioacuten para evitar que la humedad los afecte Actualmente algunos paiacuteses que se dedican a la reelaboracioacuten del combustible gastado lo vitrifican Hay acuerdos que la manera idoacutenea para aislar esos desechos es colocarlos en cavidades profundas de la tierra con barreras tecnoloacutegicas y naturales como por ejemplo minas de sal granito arcilla basalto (roca volcaacutenica) y otras maacutes

Los desechos soacutelidos vitrificados se sellan en recipientes de metal o ceraacutemica resistentes a la corrosioacuten para evitar que la humedad los afecte

72- Desastres en Centrales Nucleares

Dos eventos que demostraron los peligros potenciales de la energiacutea nuclear fueron los accidentes en la isla Three Mile en Pennsylvania EUA (1979) y Chernobyl URSS (1986) Ambos accidentes fueron originados por la peacuterdida de refrigerante en el nuacutecleo del reactor Los reactores en la isla Three Mile estaacuten envueltos por cascarones de cemento y por lo tanto dejaron escapar una cantidad relativamente pequentildea de material radiactivo a la atmoacutesfera Como en la Unioacuten Sovieacutetica no se usan estructuras de contencioacuten para las plantas nucleares el accidente de Chernobyl ocasionoacute 31 muertes y la afectoacute en diverso grado hasta un total de 135000 personas La descarga de grandes cantidades de Y 131 Cs 134 y Cs 137 generaron problemas de salud a largo plazo en esa poblacioacuten que estuvo expuesta

Sin embargo aunque muchos puedan creer que una central nuclear puede explotar como una bomba atoacutemica esto no es asiacute Las bombas atoacutemicas y las

centrales nucleares son esencialmente diferentes Las bombas para explotar requieren la unioacuten raacutepida de dos piezas de uranio-235 metaacutelico casi puro formando una masa compacta de geometriacutea definida Un reactor nuclear tiacutepico que produzca vapor para una central eleacutectrica utiliza uranio ceraacutemico (normalmente en forma de oacutexido) no metal con un contenido de uranio-235 soacutelo del orden del 3 el resto del uranio se compone de uranio 238 que no se fisiona en el reactor

Hay que indicar que en la actualidad la experiencia que ha adquirido la industria nuclear en el uso de sustancias radioactivas ha permitido a eacutesta conocer plenamente los peligros que entrantildea Un blindaje y una contencioacuten apropiados evitaraacuten la fuga de radiaciones La clara comprensioacuten de los principios de proteccioacuten radioloacutegica y el conocimiento exhaustivo de las propiedades de la radiacioacuten que posee la industria nuclear le permiten disentildear construir y explotar sus plantas manteniendo en un miacutenimo la exposicioacuten a las radiaciones que afecta a los trabajadores y el puacuteblico de conformidad con las directrices internacionales La vigilancia perioacutedica de los trabajadores de la industria nuclear y de su ambiente de trabajo garantiza que no se rebasen estos niveles

Para asegurarse que el puacuteblico no sufra ninguacuten dantildeo el explotador de la central estaacute obligado a medir la radiactividad en el ambiente y comprobar mediante medidas en el aire agua y suelos y alimentos que las personas que viven alrededor de la central pueden respirar beber y comer los alimentos de la zona sin peligro

Las medidas de seguridad y de precaucioacuten como toda actividad humana ha ido evolucionando con el tiempo tanto es asiacute que actualmente se exige un aacuterea sin poblar alrededor de las centrales nucleares aunque variacutea de acuerdo con cada paiacutes A finalizar 1989 existiacutean 426 centrales nucleares conectadas a la red eleacutectrica en 25 paiacuteses Actualmente la cantidad de energiacutea eleacutectrica representa maacutes del 20 de la demanda

73- Lluvia Acida

La radiactividad liberada en la atmoacutesfera principalmente de pruebas nucleares se deposita poco a poco sobre la superficie de la tierra a traveacutes de la conocida como lluvia radiactiva La dosis media recibida por la poblacioacuten por esta causa ha pasado de valores altos en las deacutecadas de los 50-70 (hasta 008-014 mSv) a los valores actuales del orden de 5 microSievert aunque en algunos lugares alcanza los 10 mocrosievert Como puede observarse en la graacutefica el aumento de radiactividad de 1986 se debe al accidente de la central de Chernobil

74- Bombas Nucleares

La Historia de la humanidad nos muestra que praacutecticamente todo el desarrollo tecnoloacutegico que ha logrado el hombre ha tenido de una u otra manera una aplicacioacuten militar El gran poder de la energiacutea nuclear es por supuesto el ejemplo maacutes clamoroso de esto

El gobierno estadounidense en la Segunda Guerra mundial reunioacute a los principales fiacutesicos nucleares de la eacutepoca y les exigioacute que lograsen crear una bomba nuclear en lo que se conocioacute como Proyecto Manhattan Fruto de un importante esfuerzo econoacutemico y de medios pronto se consiguioacute el objetivo El empleo de estas bombas sobre Japoacuten marcoacute el final de la guerra Una visioacuten pesimista del mundo plantea que la humanidad se enfrentaraacute a su propia extincioacuten fruto de esta carrera militar Esta claro que una (no deseada) Tercera Guerra Mundial en la que se usasen armas nucleares seriacutea nefasta

Page 14: Seminario 14 RADIOISOTOPOS

Aproximadamente una vez al antildeo se extrae una parte del combustible nuclear colocado dentro del reactor nuclear de fisioacuten y se sustituye por uno nuevo El combustible gastado es muy radiactivo y debe aislarse por miles de antildeos con mucho cuidado de lo contrario causariacutea dantildeos irreparables a las personas y al ambiente Es extraiacutedo del reactor por manos mecaacutenicas y colocado en piscinas con agua para enfriarlo y aislarlo por poco tiempo mientras es llevado al depoacutesito permanente Tambieacuten se almacena en contenedores de hormigoacuten o acero mientras se les da el lugar definitivo

Este uranio gastado tambieacuten se reutiliza en la actualidad Francia Reino Unido y la Federacioacuten Rusa cuentan con plantas de reelaboracioacuten a nivel industrial y mundial para la obtencioacuten de uranio y plutonio en el proceso quiacutemico Este tipo de desecho representa un 95 ya que una planta tiacutepica nuclear de generacioacuten eleacutectrica produce 30 toneladas anuales de uranio gastado esta cantidad puede reducirse a 3 m3 de desecho radiactivo

Tambieacuten se cuentan con desechos radiactivos soacutelidos liacutequidos y gaseosos Entre los soacutelidos se cuentan toallas papel vidrio metales y otros materiales usados en la central Cada uno tiene su manera de ser tratados para evitar problemas

Los soacutelidos altamente radiactivos se sellan en recipientes de metal o ceraacutemica resistentes a la corrosioacuten para evitar que la humedad los afecte Actualmente algunos paiacuteses que se dedican a la reelaboracioacuten del combustible gastado lo vitrifican Hay acuerdos que la manera idoacutenea para aislar esos desechos es colocarlos en cavidades profundas de la tierra con barreras tecnoloacutegicas y naturales como por ejemplo minas de sal granito arcilla basalto (roca volcaacutenica) y otras maacutes

Los desechos soacutelidos vitrificados se sellan en recipientes de metal o ceraacutemica resistentes a la corrosioacuten para evitar que la humedad los afecte

72- Desastres en Centrales Nucleares

Dos eventos que demostraron los peligros potenciales de la energiacutea nuclear fueron los accidentes en la isla Three Mile en Pennsylvania EUA (1979) y Chernobyl URSS (1986) Ambos accidentes fueron originados por la peacuterdida de refrigerante en el nuacutecleo del reactor Los reactores en la isla Three Mile estaacuten envueltos por cascarones de cemento y por lo tanto dejaron escapar una cantidad relativamente pequentildea de material radiactivo a la atmoacutesfera Como en la Unioacuten Sovieacutetica no se usan estructuras de contencioacuten para las plantas nucleares el accidente de Chernobyl ocasionoacute 31 muertes y la afectoacute en diverso grado hasta un total de 135000 personas La descarga de grandes cantidades de Y 131 Cs 134 y Cs 137 generaron problemas de salud a largo plazo en esa poblacioacuten que estuvo expuesta

Sin embargo aunque muchos puedan creer que una central nuclear puede explotar como una bomba atoacutemica esto no es asiacute Las bombas atoacutemicas y las

centrales nucleares son esencialmente diferentes Las bombas para explotar requieren la unioacuten raacutepida de dos piezas de uranio-235 metaacutelico casi puro formando una masa compacta de geometriacutea definida Un reactor nuclear tiacutepico que produzca vapor para una central eleacutectrica utiliza uranio ceraacutemico (normalmente en forma de oacutexido) no metal con un contenido de uranio-235 soacutelo del orden del 3 el resto del uranio se compone de uranio 238 que no se fisiona en el reactor

Hay que indicar que en la actualidad la experiencia que ha adquirido la industria nuclear en el uso de sustancias radioactivas ha permitido a eacutesta conocer plenamente los peligros que entrantildea Un blindaje y una contencioacuten apropiados evitaraacuten la fuga de radiaciones La clara comprensioacuten de los principios de proteccioacuten radioloacutegica y el conocimiento exhaustivo de las propiedades de la radiacioacuten que posee la industria nuclear le permiten disentildear construir y explotar sus plantas manteniendo en un miacutenimo la exposicioacuten a las radiaciones que afecta a los trabajadores y el puacuteblico de conformidad con las directrices internacionales La vigilancia perioacutedica de los trabajadores de la industria nuclear y de su ambiente de trabajo garantiza que no se rebasen estos niveles

Para asegurarse que el puacuteblico no sufra ninguacuten dantildeo el explotador de la central estaacute obligado a medir la radiactividad en el ambiente y comprobar mediante medidas en el aire agua y suelos y alimentos que las personas que viven alrededor de la central pueden respirar beber y comer los alimentos de la zona sin peligro

Las medidas de seguridad y de precaucioacuten como toda actividad humana ha ido evolucionando con el tiempo tanto es asiacute que actualmente se exige un aacuterea sin poblar alrededor de las centrales nucleares aunque variacutea de acuerdo con cada paiacutes A finalizar 1989 existiacutean 426 centrales nucleares conectadas a la red eleacutectrica en 25 paiacuteses Actualmente la cantidad de energiacutea eleacutectrica representa maacutes del 20 de la demanda

73- Lluvia Acida

La radiactividad liberada en la atmoacutesfera principalmente de pruebas nucleares se deposita poco a poco sobre la superficie de la tierra a traveacutes de la conocida como lluvia radiactiva La dosis media recibida por la poblacioacuten por esta causa ha pasado de valores altos en las deacutecadas de los 50-70 (hasta 008-014 mSv) a los valores actuales del orden de 5 microSievert aunque en algunos lugares alcanza los 10 mocrosievert Como puede observarse en la graacutefica el aumento de radiactividad de 1986 se debe al accidente de la central de Chernobil

74- Bombas Nucleares

La Historia de la humanidad nos muestra que praacutecticamente todo el desarrollo tecnoloacutegico que ha logrado el hombre ha tenido de una u otra manera una aplicacioacuten militar El gran poder de la energiacutea nuclear es por supuesto el ejemplo maacutes clamoroso de esto

El gobierno estadounidense en la Segunda Guerra mundial reunioacute a los principales fiacutesicos nucleares de la eacutepoca y les exigioacute que lograsen crear una bomba nuclear en lo que se conocioacute como Proyecto Manhattan Fruto de un importante esfuerzo econoacutemico y de medios pronto se consiguioacute el objetivo El empleo de estas bombas sobre Japoacuten marcoacute el final de la guerra Una visioacuten pesimista del mundo plantea que la humanidad se enfrentaraacute a su propia extincioacuten fruto de esta carrera militar Esta claro que una (no deseada) Tercera Guerra Mundial en la que se usasen armas nucleares seriacutea nefasta

Page 15: Seminario 14 RADIOISOTOPOS

centrales nucleares son esencialmente diferentes Las bombas para explotar requieren la unioacuten raacutepida de dos piezas de uranio-235 metaacutelico casi puro formando una masa compacta de geometriacutea definida Un reactor nuclear tiacutepico que produzca vapor para una central eleacutectrica utiliza uranio ceraacutemico (normalmente en forma de oacutexido) no metal con un contenido de uranio-235 soacutelo del orden del 3 el resto del uranio se compone de uranio 238 que no se fisiona en el reactor

Hay que indicar que en la actualidad la experiencia que ha adquirido la industria nuclear en el uso de sustancias radioactivas ha permitido a eacutesta conocer plenamente los peligros que entrantildea Un blindaje y una contencioacuten apropiados evitaraacuten la fuga de radiaciones La clara comprensioacuten de los principios de proteccioacuten radioloacutegica y el conocimiento exhaustivo de las propiedades de la radiacioacuten que posee la industria nuclear le permiten disentildear construir y explotar sus plantas manteniendo en un miacutenimo la exposicioacuten a las radiaciones que afecta a los trabajadores y el puacuteblico de conformidad con las directrices internacionales La vigilancia perioacutedica de los trabajadores de la industria nuclear y de su ambiente de trabajo garantiza que no se rebasen estos niveles

Para asegurarse que el puacuteblico no sufra ninguacuten dantildeo el explotador de la central estaacute obligado a medir la radiactividad en el ambiente y comprobar mediante medidas en el aire agua y suelos y alimentos que las personas que viven alrededor de la central pueden respirar beber y comer los alimentos de la zona sin peligro

Las medidas de seguridad y de precaucioacuten como toda actividad humana ha ido evolucionando con el tiempo tanto es asiacute que actualmente se exige un aacuterea sin poblar alrededor de las centrales nucleares aunque variacutea de acuerdo con cada paiacutes A finalizar 1989 existiacutean 426 centrales nucleares conectadas a la red eleacutectrica en 25 paiacuteses Actualmente la cantidad de energiacutea eleacutectrica representa maacutes del 20 de la demanda

73- Lluvia Acida

La radiactividad liberada en la atmoacutesfera principalmente de pruebas nucleares se deposita poco a poco sobre la superficie de la tierra a traveacutes de la conocida como lluvia radiactiva La dosis media recibida por la poblacioacuten por esta causa ha pasado de valores altos en las deacutecadas de los 50-70 (hasta 008-014 mSv) a los valores actuales del orden de 5 microSievert aunque en algunos lugares alcanza los 10 mocrosievert Como puede observarse en la graacutefica el aumento de radiactividad de 1986 se debe al accidente de la central de Chernobil

74- Bombas Nucleares

La Historia de la humanidad nos muestra que praacutecticamente todo el desarrollo tecnoloacutegico que ha logrado el hombre ha tenido de una u otra manera una aplicacioacuten militar El gran poder de la energiacutea nuclear es por supuesto el ejemplo maacutes clamoroso de esto

El gobierno estadounidense en la Segunda Guerra mundial reunioacute a los principales fiacutesicos nucleares de la eacutepoca y les exigioacute que lograsen crear una bomba nuclear en lo que se conocioacute como Proyecto Manhattan Fruto de un importante esfuerzo econoacutemico y de medios pronto se consiguioacute el objetivo El empleo de estas bombas sobre Japoacuten marcoacute el final de la guerra Una visioacuten pesimista del mundo plantea que la humanidad se enfrentaraacute a su propia extincioacuten fruto de esta carrera militar Esta claro que una (no deseada) Tercera Guerra Mundial en la que se usasen armas nucleares seriacutea nefasta

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74- Bombas Nucleares

La Historia de la humanidad nos muestra que praacutecticamente todo el desarrollo tecnoloacutegico que ha logrado el hombre ha tenido de una u otra manera una aplicacioacuten militar El gran poder de la energiacutea nuclear es por supuesto el ejemplo maacutes clamoroso de esto

El gobierno estadounidense en la Segunda Guerra mundial reunioacute a los principales fiacutesicos nucleares de la eacutepoca y les exigioacute que lograsen crear una bomba nuclear en lo que se conocioacute como Proyecto Manhattan Fruto de un importante esfuerzo econoacutemico y de medios pronto se consiguioacute el objetivo El empleo de estas bombas sobre Japoacuten marcoacute el final de la guerra Una visioacuten pesimista del mundo plantea que la humanidad se enfrentaraacute a su propia extincioacuten fruto de esta carrera militar Esta claro que una (no deseada) Tercera Guerra Mundial en la que se usasen armas nucleares seriacutea nefasta

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