CONCEPTOS BÁSICOS DE RADIOPROTECCIÓN. 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA Nuestra comprensión del átomo hoy día es esencialmente la que presentó Bohr hace casi siglo.

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1 CONCEPTOS BÁSICOS DE RADIOPROTECCIÓN

2 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA Nuestra comprensión del átomo hoy día es esencialmente la que presentó Bohr hace casi siglo. Básicamente el átomo de Bohr contiene un núcleo pequeño, denso, cargado positivamente y rodeado por electrones de carga negativa que giran alrededor de este núcleo con órbitas fijas definidas. En un átomo normal, el número de electrones es igual al número de cargas positivas del núcleo.

3 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA El interior de un átomo es un lugar dinámico donde las partículas chocan y se crean y destruyen según si su energía se convierte en masa o la masa en energía. Descubrir e identificar estas partículas ha sido tarea de la Física de partículas elementales gracias a los llamados aceleradores de partículas. Son aparatos que utilizan haces de partículas como protones o electrones y los aceleran hasta que viajan a velocidades cercanas a la de la luz (300.000 km/s). La colisión violenta contra determinados núcleos con la intención de romperlos, origina el descubrimiento de muchas partículas. Los físicos que trabajan con estos aceleradores han detectado y descrito más de 100 partículas subatómicas. Acelerador de partículas europeo

4 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA Podemos decir que está constituido por un núcleo y una zona periférica o corteza.  NÚCLEO: - Es pequeño pero contiene casi toda la masa - El 99,9% de la masa atómica está en el núcleo y su diámetro es de 10 a 100 mil veces más pequeño que el átomo - Contiene partículas llamadas nucleones, de los cuales existen dos tipos: protones y neutrones. Ambos tienen aproximadamente 2000 veces la masa de un electrón. La masa de un protón es 1,673x10 -27 kg y un neutrón es ligeramente más pesado, 1,675x10 -27 kg. Los neutrones tiene la finalidad de amortiguar las fuerzas de repulsión entre los protones por eso el número de neutrones suele ser mayor que el de protones en el caso de átomos grandes. Nucléido o núclido: cuando un átomo se describe por su contenido nuclear. Corresponde a toda especie nuclear definida por dos magnitudes, el número atómico y la masa atómica.

5 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA Los protones y neutrones están compuestos por quarks, que se mantienen ligados por medio de gluones. El átomo es esencialmente un espacio vacío La diferencia básica entre un protón y un neutrón es la carga eléctrica. El protón tiene una unidad de carga eléctrica positiva. El neutrón no lleva carga; es eléctricamente neutro

6 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA  LA CORTEZA: Está formada por una nube de electrones que giran en órbitas alrededor del núcleo. Bohr afirmó que los electrones giran en una serie de órbitas llamadas capas o niveles definidos de energía. Los electrones son partículas muy pequeñas portadoras de una unidad de carga eléctrica negativa. Su masa es apenas 9,1x 10 -31 kg. Cada capa tiene distinto nivel energético y la diferencia entre dos capas contiguas es un cuanto. Cuando un electrón permanece en una órbita, no gana ni pierde energía, su estado energético variará solo cuando pase a otra órbita de energía superior o inferior a la inicial.

7 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA La disposición de estas capas ayuda a determinar el modo en que un átomo reacciona químicamente, es decir, cómo se combina con otros átomos para formar moléculas. Un átomo neutro tiene la misma cantidad de electrones en las órbitas que protones en el núcleo. El número de protones determina, en último término, el comportamiento químico de un átomo. El número de protones determina el elemento químico. Para calcular el número de electrones de cada capa se utiliza la fórmula: nº = 2n 2 n: número de capa, llamado número cuántico principal

8 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA La tabla periódica de los elementos enumera la materia en orden de complejidad creciente, comenzando desde el hidrógeno (H).

9 A las capas orbitales de los electrones se les otorga el código K, L, M, N, y así en adelante, para representar las energías de enlace relativas de los electrones desde la capa más próxima a la más lejana del núcleo. Cuanto más cerca está un electrón del núcleo, mayor es la energía de enlace para este electrón. Los electrones sólo pueden existir en ciertas capas, que representan diferentes energías de enlace electrónico o niveles de energía. 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA La capa K (n=1) puede tener 2 electrones…

10 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA El número de electrones de la capa más alejada determina la valencia del átomo. Existe un límite en el número de electrones que puede haber en la capa externa que no puede tener más de 8 electrones en ella los átomos alcanzan su máxima estabilidad cuando su capa más externa tiene exactamente 8 electrones. La fuerza con que el electrón permanece ligado al núcleo es la Energía de ligadura del electrón (E b ) : energía necesaria para arrancar un electrón de su órbita. Cuanto más cerca está el electrón del núcleo mayor es la energía de ligadura. UMA(unidad de masa atómica): masa de las partículas atómicas 1 uma= 1,66.10 -27 Kg 1g = 6.10 23 uma Mol: cantidad de materia que contiene 6,023.10 23 partículas elementales ( átomos, núcleos, partículas subatómicas, moléculas, iones…) u.m.a: por acuerdo científico, se ha definido que su valor es igual a la 1/12 (doceava) parte de la masa del isótopo 12 del átomo de Carbono

11 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA El número total de electrones en las capas orbitales es exactamente igual al número de protones en el núcleo. Un átomo ionizado no es eléctricamente neutro, sino que lleva una carga igual en magnitud a la diferencia entre el número de electrones y el de protones. Si un átomo tiene un electrón extra o se ha desprendido un electrón, se dice que está ionizado. La ionización de un átomo de carbono mediante un rayo X deja el átomo con una carga eléctrica neta +1. El átomo ionizado y el electrón liberado se denominan par iónico. La ionización es el resultado de extraer o añadir un electrón orbital de un átomo.

12 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA Excitación Cuando el átomo recibe un aporte de energía puede pasar a un estado excitado en el que uno o varios electrones habrán pasado a ocupar niveles energéticos superiores, es decir, «saltan» a capas más externas. Mecanismos:  Colisión con otro átomo o partícula de forma que parte de la energía cinética de las partículas en colisión es absorbida por el átomo.  El átomo absorbe un fotón, cuya energía (E= h. ʋ ) es exactamente la que necesita uno de sus electrones para saltar a un nivel energético más elevado. Los átomos excitados, desplazados a capas más externas, tienden a desexcitarse inmediatamente al volver sus electrones desplazados a sus órbitas normales liberando el exceso de energía mediante un fotón de radiación electromagnética. Este fotón tendrá una energía igual a la diferencia de energías de los dos niveles u órbitas entre las cuales se efectúo el salto.

13 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA Excitación Para que un electrón pueda pasar de una capa a la siguiente de mayor energía debe absorber una cantidad discreta de energía que es liberada si el electrón hace el movimiento inverso y regresa a la capa de menor energía. Esta liberación de energía se hace en forma de radiación electromagnética. A un cuanto de energía en forma de radiación electromagnética se le conoce como fotón. El electrón emite un fotón al desplazarse hacia una capa de energía más baja. Cuanto: cantidad más pequeña de energía que puede transmitirse en cualquier longitud de onda.

14 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA Excitación La cantidad de energía liberada será mayor cuanto más alejadas estén del núcleo las capas entre las que se mueve el electrón. Si un electrón de las capas más lejanas al núcleo pasa a una capa más interior, libera un fotón de alta energía. De la misma forma los diferentes átomos necesitan diferente cantidad de energía para poner u electrón en una órbita superior.

15 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA Unidades de energía en física atómica Unidad de energía en S.I = julio En los fenómenos que suceden en física atómica esta unidad resulta muy grande y por ello se emplea el electrón-voltio (eV) Electronvoltio: energía cinética que posee un electrón, inicialmente en reposo, después de ser acelerado en el vacío con la diferencia de potencial de 1 voltio 1 eV= 1,6.10 -19 julios 1 Julio= 6,24.10 18 eV Es frecuente el uso de múltiplos como: 1 KeV= 1000 eV 1 MeV = 1000000 eV

16 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA Nomenclatura atómica Un elemento se indica por medio de una abreviación alfabética. Estas abreviaciones se denominan símbolos químicos. Las propiedades químicas de un elemento están determinadas por el número y la disposición de los electrones. El número de protones se llama número atómico y se representa con la letra Z. El número de protones más el número de neutrones del núcleo de un átomo se llama número másico y se simboliza con la letra A.

17 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA Nomenclatura atómica El número másico y la masa de un átomo no son exactamente iguales. El número másico de un átomo es un número entero igual al número de nucleones en el átomo. La masa atómica real de un átomo se determina directamente midiéndola y en pocas ocasiones es un número entero. El 135 Ba tiene A = 135 porque su núcleo contiene 56 protones y 79 neutrones. La masa atómica del 135 Ba es de 134,91 uma. Solamente un átomo, el 12 C, tiene una masa atómica igual a su número másico. Esto ocurre porque el átomo 12 C se ha escogido como el patrón arbitrario para medidas atómicas.

18 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA Nomenclatura atómica Los átomos que tienen el mismo número atómico pero diferentes números másicos son isótopos. Los isótopos de un elemento dado contienen el mismo número de protones, pero difieren en el número de neutrones. La mayoría de los elementos tienen más de un isótopo estable. Los siete isótopos naturales del bario son: 130 Ba, 132 Ba, 134 Ba, 135 Ba, 136 Ba, 137 Ba, 138 Ba El término isótopo describe todos los átomos de un elemento dado. Estos átomos tienen diferentes configuraciones nucleares pero reaccionan químicamente de la misma manera. Isótopo radiactivo: isótopos inestables que buscan la estabilidad emitiendo partículas nucleares. Los neutrones equilibran y amortiguan fuerzas de repulsión entre los protones. Si la relación entre el número de protones y el de neutrones tiene un determinado valor, las fuerzas se compensan y el núcleo permanece inalterado.

19 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA Combinaciones de átomos Los átomos de varios elementos se pueden combinar para formar estructuras llamadas moléculas. Las moléculas se pueden combinar para formar estructuras aún mayores: células y tejidos. Un compuesto químico es cualquier cantidad de un tipo de molécula. La materia tiene muchos niveles de organización. Los átomos se combinan para formar moléculas y las moléculas se combinan para formar tejidos. La partícula más pequeña de un elemento es un átomo; la partícula más pequeña de un compuesto es una molécula.

20 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA Radioactividad Algunos átomos existen en un estado anormal de excitación caracterizado por un núcleo inestable. Como las cargas eléctricas iguales se repelen, los protones tienen repulsión electromagnética, pero se mantienen unidos por la existencia de una fuerza más potente, denominada fuerza nuclear fuerte.

21 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA Radioactividad En condiciones normales de equilibrio, las partículas del núcleo del átomo permanecen fuertemente unidas, pero un exceso o una falta de neutrones puede romper ese equilibrio. Entonces se convierten en elementos inestables, con tendencia a transformarse en otros elementos. Estas transformaciones, llamadas también desintegraciones, se producen liberando gran cantidad de energía en forma de radiaciones ionizantes (alfa, beta y/o gamma), y este fenómeno se conoce con el nombre de radiactividad, descubierta por Becquerel en 1896.

22 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA Radioactividad Desintegración radiactiva o decaimiento radiactivo: Proceso por el cual, para conseguir la estabilidad, el núcleo emite espontáneamente partículas y energía y se transforma en otro átomo. Radionúclidos: átomos que sufren desintegración radiactiva La radiactividad se produce cuando el núcleo del átomo emite partículas y energía con el fin de alcanzar la estabilidad. Cualquier disposición nuclear se llama núclido o nucleido: especie atómica que se caracteriza por poseer un número definido de protones y de neutrones. Sólo los núcleos que experimentan desintegración radiactiva son radionúclidos

23 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA Radioactividad Existen numerosos factores que afectan a la estabilidad nuclear. Quizá el más importante sea el número de neutrones. Cuando un núcleo contiene muy pocos neutrones o demasiados, el átomo se puede desintegrar por radiactividad, llevando al número de neutrones y protones a una proporción estable y adecuada. Además de los isótopos estables, muchos elementos tienen isótopos radiactivos o radioisótopos. Éstos pueden producirse artificialmente en máquinas como aceleradores de partículas o reactores nucleares. Se han identificado radioisótopos producidos artificialmente para casi todos los elementos. Sólo unos pocos elementos poseen radioisótopos naturales.

24 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA Radioactividad Hay dos fuentes primarias de radioisótopos naturales: 1)Los que se originaron en tiempos de la formación de la Tierra y todavía hoy se están desintegrando muy lentamente. Un ejemplo es el uranio que, en último término, se transforma en radio, que, a su vez, se transforma en radón. Éstos y otros productos de la desintegración del uranio también son radiactivos. 2) Los que son producidos continuamente en la atmósfera exterior debido a la acción de la radiación cósmica, como el 14 C

25 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA Radioactividad La desintegración radiactiva da como resultado la emisión de partículas alfa, partículas beta y, a menudo, ondas electromagnéticas (rayos X y gamma). Emisión beta: Comprende tres procesos:  Desintegración beta negativa  Desintegración beta positiva  Captura electrónica Los radioisótopos usados en la instalación experimentan desintegración beta negativa.

26 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA Radioactividad Emisión beta: Beta - : consiste en la emisión espontánea de electrones por parte de los núcleos. n 0 ----> p + + e - + antineutrino El resultado es el aumento del número atómico en 1 (Z → Z + 1), mientras que el número másico permanece constante (A = constante). Consecuentemente, esta transformación nuclear da como resultado un cambio de átomo desde un tipo de elemento a otro. Z A X ----> Z+1 A Y + e - + antineutrino Se da en núcleos que presentan un exceso de neutrones por los que simultáneamente un neutrón se convierte en un protón y se libera un electrón y un antineutrino. El protón permanece dentro del núcleo en virtud de la fuerza nuclear, el electrón escapa a la velocidad de la luz como partícula beta y un antineutrino.

27 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA Radioactividad Emisión beta: Beta -. Características: -Es ligera de masa, casi nula -Más frecuente -Carga negativa -Emitidas por un núcleo de un átomo radiactivo -La diferencia con un e - es su origen -Atraviesan el aire ionizando gran cantidad de átomos -Es más penetrable, 10-100 cm (aire) -Penetra (1-2 cm) en el tejido blando debido a su menor masa -Cuando un núcleo emite una partícula beta, su número másico no varía y un número atómico aumenta en una unidad.

28 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA Radioactividad El 131 I se desintegra en 131 Xe con la emisión de una partícula beta.

29 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA Emisión beta: Radioactividad Beta + : mediante este mecanismo un núcleo emite espontáneamente positrones, e +, antipartículas del electrón de igual masa pero con carga eléctrica opuesta. Un protón del núcleo se desintegra dando lugar a un neutrón, un positrón o partícula Beta + y un neutrino. El neutrón sigue en el núcleo y el positrón es emitido. Se da en núcleos con exceso de protones. La reacción sería: Z A X ----> Z-1 A Y + e + + neutrino

30 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA Radioactividad EL NEUTRINO El neutrino fue predicho por Fermi en la década de 1930 y no se pudo confirmar hasta 25 años después. Es una partícula estable de spin ½ como el electrón pero sin masa y sin carga eléctrica que se desplaza a la velocidad de la luz por lo que es extremadamente penetrante y escasamente interactivo. Antineutrino: antipartícula del neutrino A la mayor parte de las partículas de la naturaleza le corresponde una antipartícula que posee la misma masa, el mismo espín, pero distinta carga eléctrica. Algunas partículas son idénticas a su antipartícula, como por ejemplo el fotón, que no tiene carga.

31 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA Radioactividad Emisión alfa: Formada por dos protones y dos neutrones; su número másico es 4. Este tipo de radiación la emiten núcleos de elementos pesados situados al final de la tabla periódica (A >100). Estos núcleos tienen muchos protones y la repulsión eléctrica es muy fuerte, por lo que tienden a emitir una partícula alfa. En el proceso se desprende mucha energía que se convierte en la energía cinética de la partícula alfa, es decir, que estas partículas salen con velocidades muy altas, del orden de 10 7 m/s. En el proceso un núcleo cualquiera de número másico A y número atómico Z, se convierte en otro núcleo Y con número másico A-4 y nºatómico Z-2, y se emite una partícula alfa. Z A X ----> Z-2 A-4 H + 2 4 He Rutherford sugirió que los rayos alfa son iones de átomos de Helio moviéndose rápidamente, y en 1909 lo demostró experimentalmente.

32 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA Radioactividad Emisión alfa. Características:  Posee 4-7 MeV de energía cinética.  Se desplaza lentamente y por ello, a pesar de su alta energía tiene un poder de penetración muy escaso.  Tiene poder ionizante; ioniza 40000 átomos/cm 3 aire.  En su interacción con el cuerpo humano se considera inofensiva porque no penetra (se deposita en la piel = 100 μm). Esto significa que no puede causar daños si el emisor alfa está fuera del cuerpo. Los emisores alfa ingeridos, inhalados o inyectados si que representan un peligro interno.  Es absorbida totalmente por una simple hoja de papel.  En el aire recorre 5 cm ya que se frenan muy rápidamente.  Sólo emitida por núcleos pesados como uranio, torio, radio y plutonio.  En este tipo de nucleidos, los periodos de semidesintegración varían entre 10 9 años y 10 -7 s.  Aquellos que poseen una vida media larga emiten partículas de menor energía que los que la tienen corta.  Se usan en aplicaciones médicas que requieren una ionización intensa en distancias cortas.

33 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA Radioactividad La desintegración del 226 Ra en 222 Rn está acompañada de emisión alfa

34 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA Radioactividad Neutrones Son partículas sin carga y de alta energía, con gran capacidad de penetración. Proceden de reacciones de fisión o de reacciones nucleares con otras partículas en aceleradores de partículas, no existiendo fuentes naturales de radiación de neutrones. Tienen más capacidad de penetración que los rayos gamma y sólo puede detenerlos una gruesa barrera de hormigón, agua o parafina, o ser absorbidas con venenos neutrónicos (cadmio, baro y gadolino). No son ionizantes por sí mismos, pero si golpean a otro núcleo pueden activarlo o causar la emisión de una partícula cargada o un rayo gamma, por lo que indirectamente sí producen radiación ionizante.

35 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA Radioactividad Radiación gamma: Son radiaciones electromagnéticas (sin carga ni masa) Se diferencian de los rayos X sólo en su procedencia, los rayos gamma proceden de un núcleo mientras que los rayos X, proceden de las capas externas del átomo, donde se encuentran los electrones. De gran poder de penetración, atraviesan el cuerpo humano. Quedan frenadas por un espesor de 1 m de hormigón o unos pocos cm de plomo. Se manifiesta en procesos radiactivos como consecuencia de las desexcitación de un núcleo que previamente ha sido excitado. Se presenta, normalmente, en combinación con una desintegración alfa, beta o captura electrónica, debido a que después de uno de estos procesos el núcleo hijo formado queda en un estado excitado, emitiendo casi instantáneamente su exceso de energía, para pasar a su estado fundamental, en forma de radiación electromagnética.

36 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA Radioactividad Radiación gamma: Los rayos X se producen en el exterior del núcleo de átomos excitados. Los rayos gamma se producen en el interior del núcleo de átomos radiactivos.

37 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA Radioactividad

38 Cada elemento radiactivo tiene su propia vida. Algunos isótopos radiactivos sólo son activos durante períodos de tiempo muy cortos mientras que otros se mantienen activos durante miles de millones de años. 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA Radioactividad En el transcurso de ese tiempo y en sucesivas desintegraciones, los elementos inestables se transforman en otros, para terminar convirtiéndose en elementos estables. De este modo, el uranio-235 se transforma en radón, antes de convertirse en plomo, que ya es estable. Cada paso se produce a un ritmo determinado. Semivida o periodo de desintegración de un radioisótopo (T 1/2 ): es el tiempo requerido para que una cantidad de radiactividad se reduzca a la mitad de su valor inicial, es decir, el intervalo de tiempo necesario para que una determinada cantidad de un elemento se reduzca a la mitad por desintegración.

39 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA Radioactividad Periodo de semidesintegración= periodo= semiperiodo =semivida= vida mitad T 1/2 = ln(2) / ʎ T 1/2 = 0,693/ ʎ ʎ : constante de desintegración radiactiva: constante de proporcionalidad entre el número de desintegraciones por segundo y el número de átomos radiactivos Representa la probabilidad por unidad de tiempo de que los núcleos se desintegren. ʎ = A/N A= ʎ.N Su unidad en el S.I es s -1. Es característica de cada elemento. N: número de átomos radiactivos

40 VELOCIDAD DE DESINTEGRACIÓN O ACTIVIDAD RADIACTIVA El periodo de semidesintegración es único e invariable para cada radionucleido, y puede variar de una fracción de segundo a billones de años. La actividad de un radionucléido se va reduciendo en semidesintegraciones sucesivas, a 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, etc. del valor inicial. De esta forma es posible predecir la actividad futura que le queda a una sustancia concreta. Actividad: es el número de desintegraciones que tienen lugar cada segundo en una cantidad dada de material radiactivo, es decir, el número de núcleos que se transforman en unidad de tiempo. Indica la velocidad con que una muestra se desintegra. Caracteriza la potencia emisora de la radiación. A = dN/dt

41 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA Radioactividad La actividad se mide en Curies 1 Curie (Ci): es la actividad de una masa radiactiva en la que se produce 3,7.10 10 desint/seg (unidad basada en la actividad de 1g de radio que es cercana a esa cantidad) En el sistema internacional se emplea el Bequerelio 1 Bequerelio = 1Bq = 1 desintegración por segundo 1Curie = 3,7.10 10 Bq. Es la unidad de uso recomendado Existen otras unidades como el rutherford = 10 6 desintegraciones por segundo

42 1 – ESTRUCTURA ATÓMICA Radioactividad El carbono es un elemento biológicamente activo. Una pequeña fracción de todo el carbono es el radioisótopo 14C. A medida que un árbol crece, el 14C se incorpora a la madera en la misma proporción que se encuentra el 14C en la atmósfera. Cuando el árbol muere, no tiene lugar más intercambio de 14C con la atmósfera. Si la madera se conserva por petrificación, el contenido en 14C disminuye a medida que se desintegra por radiactividad. Este fenómeno es la base para la determinación de la edad por radiocarbono.

43 RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA Es una propagación de energía a través del espacio, sin necesidad de un medio natural. Es un fenómeno de naturaleza ondulatoria. Son ondas electromagnéticas las ondas de radio, microondas, infrarrojos, los ultravioleta, las ondas luminosas visibles, los rayos X y los gamma. Características de las ondas electromagnéticas  Su comportamiento es sinusoidal  Amplitud: mitad del intervalo entre una cresta y un valle Estas tres ondas sinusoidales son idénticas excepto por su amplitud.

44 RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA Características de las ondas electromagnéticas  Frecuencia ( ʋ ) : velocidad de subida y bajada de una onda, es decir, número de oscilaciones por segundo. nº de ondas/tiempo= herzios  Longitud de onda ( λ): es la distancia desde una cresta a otra, desde un valle a otro, o desde cualquier punto de la onda sinusoidal al siguiente punto correspondiente. Estas tres ondas sinusoidales tienen diferentes longitudes de onda. Cuanto más corta es la longitud de onda, mayor es la frecuencia. La longitud de onda y la frecuencia son inversamente proporcionales

45 RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA Características de las ondas electromagnéticas Se requieren tres parámetros de onda (velocidad, frecuencia y longitud de onda) para describir la energía electromagnética. El producto de la frecuencia por la longitud de onda es igual siempre a la velocidad de la luz. c = λ. ʋ λ= c/ ʋ c: velocidad de la luz en el vacío (3.10 8 m/s)  Se diferencian unas de otras en su longitud de onda y en la frecuencia y como consecuencia de ello en la energía que transportan. Cuanto ʋ mayor energía de radiación, más peligrosa y más penetrante.

46 RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA Características de las ondas electromagnéticas  Cuando interaccionan con la materia intercambian su energía en pequeñísimos paquetes: fotones o cuantos de energía pura. Cada fotón posee y transporta una cantidad determinada cantidad de energía que es proporcional a la frecuencia de su onda. E = h. ʋ h: constante de Planck = 6,62.10 -34 J.s No tienen masa y su carga eléctrica es nula Se mueven a la velocidad de la luz Se transmite como una onda sinusoidal que posee campo eléctrico y magnético La intensidad de una emisión de radiación electromagnética es función del número de fotones contenidos. Los fotones interaccionan con la materia que tiene el mismo tamaño aproximado que la longitud de onda del fotón.

47 RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA Espectro electromagnético Comprende el conjunto de REM en función de su frecuencia y longitud de onda. Las zonas de separación entre ellas suponen cierto margen de solapamiento, ya que su delimitación no es clara. Los fotones de todas las REM son un haz de energía consistente en campos eléctricos y magnéticos que viajan a la velocidad de la luz. Se diferencian en la λ y la ʋ.

48 RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA Clases o Radiación no ionizante: como la luz visible y la infrarroja. Los tipos de radiación utilizados en diagnóstico por ultrasonidos y en imagen por resonancia magnética son radiaciones no ionizantes. o Radiación ionizante: se caracteriza porque la energía contenida en un fotón es muy alta, capaz de «arrancar» un electrón de la órbita al interaccionar con el átomo formando iones. Aunque todas las radiaciones ionizantes se comportan de la misma manera con respecto al tejido biológico, hay diferencias fundamentales entre los varios tipos de radiación. Estas diferencias se pueden analizar de acuerdo a cinco características físicas: masa, energía, velocidad, carga y origen.

49 RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA Clases  Radiación ionizante: Tipos:  Radiación por partículas. Dos tipos principales: por partículas alfa y por partículas beta. Ambas asociadas con la desintegración radiactiva.  Radiación electromagnética. Los rayos X y los rayos gamma son las únicas formas de radiación ionizante electromagnética con interés radiológico.

50 RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA Clases

51 RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA Fuentes de radiación ionizante Unas proceden de la naturaleza y constituyen el fondo radiactivo natural, sin que el hombre haya intervenido en su producción. Otras están originadas por acciones ocasionadas por el hombre.

52 RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA Fuentes de radiación ionizante  Fuentes naturales: Rayos procedentes del espacio exterior (rayos cósmicos emitidos por el sol y las estrellas). La atmósfera absorbe parcialmente las radiaciones varía con la altitud es menor al nivel del mar que en lo alto de una montaña, porque perdemos el efecto protector de la atmósfera Supone un 15% del fondo natural. También influye, aunque en menor medida, la latitud, por eso las personas que viven más cerca de los polos reciben más dosis que las que viven cerca del ecuador.

53 RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA Fuentes de radiación ionizante  Fuentes naturales: Radiación terrestre: los principales elementos radiactivos presentes en las rocas que constituyen la corteza terrestre son el potasio 40 y las dos series de elementos radiactivos naturales procedentes de la desintegración del uranio 238 y del torio 232. También existe el rubidio 87 y el uranio 235 pero revisten menor importancia. Los niveles de radiación natural terrestre alrededor del mundo difieren de un lugar a otro, en razón de la variación de la concentración de estos elementos en la corteza terrestre. Así, los valores altos de radiación están ligados en general a formaciones geológicas que presentan mayor contenido en estos elementos tal y como sucede, por ejemplo, en determinado tipo de granitos y rocas sedimentarias, mientras que los niveles más bajos se asocian a rocas básicas y a formaciones sedimentarias de origen marino.

54 RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA Fuentes de radiación ionizante  Fuentes naturales: Radiación terrestre: el radón es un gas radiactivo producido por degradación natural del Uranio. Es incoloro e inodoro. El gas radiactivo radón-222 junto con los elementos de su serie radiactiva (descendientes) son los causantes de la mayor parte de la dosis que recibimos de origen natural. La presencia de radón en el aire de las casas tiene diferentes orígenes: el suelo situado bajo la casa, los materiales de construcción o el agua de consumo, aunque este último, únicamente constituye una fuente importante en situaciones especiales. La concentración de radón en el aire interior es variable, llegándose a medir valores superiores a 5.000 Bq/m3 en algunas zonas de España.

55 RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA Fuentes de radiación ionizante  Fuentes naturales: Radiación terrestre: El gas radón-222 se desintegra dando lugar a isótopos radiactivos de vida media corta emisores de radiación alfa, beta, o beta/gamma. Nuestros pulmones retienen parte de estos isótopos radiactivos (exposición interna) y nosotros recibimos una dosis de radiación a medida que se van desintegrando.

56 RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA Fuentes de radiación ionizante  Fuentes naturales: Radiación terrestre: Las concentraciones de radón varían durante el día y se encuentran en su nivel más bajo cuando los habitantes abren puertas y ventanas ventilando bien sus casas. Supone un 70% del fondo Natural.

57 Estas concentraciones de radón también se ven afectadas por factores atmosféricos ya que en periodos de fuertes lluvias el radón se disuelve fácilmente en el agua haciendo que disminuya la cantidad de radón que alcanza la superficie. RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA Fuentes de radiación ionizante  Fuentes naturales: Radiación terrestre: En los casos en que las concentraciones no son muy elevadas, podemos disminuir la concentración de radón en nuestras viviendas aumentando el grado de ventilación. En las zonas donde la concentración de gas radón es elevada se puede disminuir utilizando sistemas de extracción de aire o con membranas. Esta dosis de radiación natural es más elevada en lugares donde el terreno es más rico en uranio. En nuestro país hay zonas, como por ejemplo, en Pontevedra (Galicia) y en la Sierra de Guadarrama (Madrid), donde las concentraciones de radón son mayores.

58 RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA Fuentes de radiación ionizante  Fuentes naturales: Radiación de isótopos radiactivos contenidos en el propio organismo. Principalmente isótopos del carbono y del potasio. Supone un 15% del fondo natural. La radiación interna se debe a la inhalación de polvo que contenga en suspensión partículas radiactivas, así como a la ingestión de agua y alimentos que hayan incorporado algún elemento radiactivo en su composición. El potasio natural contiene un 0,01% del isótopo radiactivo potasio-40 y es un mineral imprescindible para nuestro organismo. Está relacionado con el sistema nervioso y el mantenimiento de la masa muscular. Es el tercer mineral más abundante en el cuerpo humano.

59 RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA Fuentes de radiación ionizante  Fuentes naturales: Radiación de isótopos radiactivos contenidos en el propio organismo. Prácticamente todos los alimentos contienen potasio, por ejemplo: en un litro de leche hay aproximadamente 50 Bq de potasio-40 y en un kilo de cacahuetes unos 200 Bq. La concentración media de potasio-40 en nuestro organismo es de unos 60 Bq/kg y se estima que se recibe una dosis efectiva del orden de 180 μSv/año. Ésta es una exposición interna de radiación ionizante natural a la que no podemos escapar, porque el potasio es un elemento esencial y sólo absorbemos la cantidad necesaria. El uranio-238 y su familia, incluido el isótopo radiactivo radio-226, se encuentran en la mayoría de las rocas, suelos y en el agua del mar. Algunas aguas subterráneas contienen radio-226 en concentraciones más o menos elevadas en función de la geología del terreno por la que transcurren.

60 RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA Fuentes de radiación ionizante  Fuentes artificiales: RX diagnósticos: suponen la mayor fuente de exposición a la radiación artificial para la población. En España la dosis promedio asciende hasta valores superiores a 2mSv por habitante y año. Energía nuclear Investigación Fuentes industriales Productos de consumo

61 FISIÓN Y FUSIÓN NUCLEAR Fisión nuclear Es una reacción en la cual un núcleo pesado, al ser bombardeado con neutrones, se convierte en inestable y se descompone en dos núcleos, cuyos tamaños son del mismo orden de magnitud, con gran desprendimiento de energía y la emisión de dos o tres neutrones. Éstos, a su vez, pueden ocasionar más fisiones al interaccionar con nuevos núcleos fisionables que emitirán nuevos neutrones y así sucesivamente. Este efecto multiplicador se conoce con el nombre de reacción en cadena.

62 FISIÓN Y FUSIÓN NUCLEAR Fisión nuclear Otto Hahn fue el primero que, en 1938, logró la fisión del Uranio bombardeando su núcleo con neutrones. La energía liberada se debe a la diferencia de masas entre productos iniciales y finales de la reacción. Si se logra que sólo uno de los neutrones liberados produzca una fisión posterior, el número de fisiones que tienen lugar por segundo es constante y la reacción está controlada. Este es el principio del funcionamiento en el que están basados los reactores nucleares, que son fuentes controlables de energía nuclear de fisión.

63 FISIÓN Y FUSIÓN NUCLEAR Fusión nuclear Dos núcleos ligeros de baja energía de enlace se unen para formar un núcleo pesado más estable, con mayor energía de enlace. Es difícil de conseguir puesto que para unir 2 núcleos hay que vencer fuerzas eléctricas de repulsión entre las cargas positivas de los protones. Se requiere alta velocidad y altas temperaturas de 100 millones de ºC. La materia se denomina plasma a esta temperatura y todo ello se mantiene en potentes campos magnéticos. Los isotopos de hidrógeno son los más adecuados:

64 FISIÓN Y FUSIÓN NUCLEAR Fusión nuclear Es el proceso que ocurre en el interior de las estrellas. El sol contiene: 73% de hidrógeno 20% de helio 1% otros Produce energía por la fusión de núcleos de hidrógeno para formar helio. Cada segundo el sol convierte: 4.10 6 toneladas de materia energía Su masa es tan grande que seguirá emitiendo energía durante muchos millones de años ( 10.10 6 años)

65 FISIÓN Y FUSIÓN NUCLEAR Fusión nuclear El deuterio abunda en el agua del mar en una proporción de 1 átomo por cada 6500 de hidrógeno. Como las ¾ partes del planeta son agua podemos afirmar que las reservas son inagotables. El tritio, aunque es escaso en la naturaleza, se puede generar mediante reacciones nucleares de neutrones con los dos isótopos de litio, abundante en la corteza terrestre y el agua del mar. Por fusión del deuterio contenido en 1 litro de agua se obtiene una energía equivalente a la producida en la combustión de 300 litros de gasolina. El interés práctico de la fusión nuclear se encuentra en la cantidad de energía obtenida y en la abundancia de los elementos atómicos empleados, lo que le da el carácter de energía inagotable. Isótopos de hidrógeno: Protio: 1 1 H Deuterio: 2 1 H Tritio: 3 1 H