Radiactivo Man en «¿Qué son la radiaciones ionizantes?»

Queridos lectores de Desayuno con fotones, por aquí han aparecido los editores y los colaboradores del blog pero nadie ha presentado a la estrella. Así que, ante tal agravio no me ha quedado más remedio que presentarme yo mismo: soy el gran superhéroe Radiactivo Man.

INSPECTORA: Ya estás otra vez con lo mismo… Recuerda que te quité la licencia de superhéroe. Tú eres radiactivo al igual que lo somos todos.

RADIACTIVO MAN: Usted me condenó a ser un superhéroe sin papeles y he tenido que iniciar una nueva etapa. Me he metido a divulgador científico, es un mundo en el que se aprecia mucho mi forma de vestir.

INSPECTORA: Vigila con lo que dices que este es un blog riguroso. Te estaré vigilando.

Lectores, después de esta desafortunada interrupción, volvamos al punto en el que nos habíamos quedado. El momento en el que les contaba que soy el puntal del blog, ya que mi radiactividad me hace idóneo para explicarles qué son las radiaciones ionizantes que se emplean en medicina.

La radiactividad acostumbra a producir mucho miedo debido al gran desconocimiento que se tiene de ella y creo que como superhéroe y servidor público que soy, es mi deber definirla y hacer que la conozcáis mejor. La radiactividad es la emisión espontánea de partículas o radiación electromagnética de alta energía por parte de núcleos atómicos inestables con el fin de aumentar su estabilidad. En la desintegración radiactiva los núcleos atómicos realizan la transición desde un estado energético inicial a un estado final de menor energía.

Existen dos causas que hacen que el núcleo sea inestable. En primer lugar, un balance inadecuado entre el número de protones (número atómico) y neutrones que impide mantener el equilibrio dinámico entre la repulsión electrostática que experimentan los protones y la fuerza nuclear atractiva entre nucleones (protones y neutrones).

La fuerza nuclear fuerte que mantiene unidos a los protones y neutrones actúa sobre las partículas que los componen, los quarks. La interacción entre quarks se realiza a través de las partículas llamadas gluones.

La segunda causa de inestabilidad nuclear se da cuando el núcleo se encuentra en un estado excitado y pasa a su estado fundamental o a un estado excitado de menor energía emitiendo rayos gamma.

INSPECTORA: ¿No explicas qué significa que el núcleo está “excitado”?

RADIACTIVO MAN: ¿Aún sigue por aquí? ¿No descansa nunca? Los lectores saben lo que es la excitación.

INSPECTORA: De eso no me cabe la menor duda. Aclárales lo que quiere decir este concepto en el caso del núcleo.

RADIACTIVO MAN: ¡Está bien! Pero no vuelva a cortarme, a los genios no se les interrumpe.

Un núcleo está excitado cuando se encuentra en un estado más energético que el fundamental por diversas causas, como puede ser por una reacción nuclear.

Los elementos químicos se definen por su número atómico y se conocen como isótopos aquellos átomos de un mismo elemento que cuentan con diferente número de neutrones pudiendo ser estables o radiactivos.

En una desintegración radiactiva, se denomina padre o precursor al nucleido radiactivo inicial e hijo o descendiente al nucleido residual. El caso más simple es aquél en que el hijo es estable. Si el hijo es a su vez radiactivo o si varias generaciones de nucleidos hijos son radiactivos, se dice que se trata de una cadena de desintegración radiactiva.

Los tres tipos de radiación que se producen en las desintegraciones radiactivas son las radiaciones alfa, beta y gamma.

La radiación alfa está formada por partículas pesadas constituidas por dos protones y dos neutrones (núcleos de helio-4) que se emiten en la desintegración de átomos con un elevado número de nucleones (número másico, A). Debido a su masa, cuentan con un poder de penetración muy pequeño: no pueden recorrer más que un par de centímetros en el aire, y no son capaces de atravesar una hoja de papel, ni la epidermis. Por el contrario, el hecho de que transmitan toda la energía en un recorrido tan corto hace que su incorporación en el cuerpo proporcione una elevada dosis interna al liberar toda su energía a las células circundantes.

La radiación beta está compuesta por electrones y positrones, lo que le confiere un mayor poder de penetración. Aun así, se detiene en algunos metros de aire o unos centímetros de agua, y es frenada por una lámina de aluminio o el tejido subcutáneo. Puede dañar la piel desnuda. En el interior del cuerpo, las partículas emisoras de beta, irradian los tejidos internos.

La radiación gamma es de carácter electromagnético y se sitúa en la parte más energética del espectro. Cuenta con un poder de penetración considerable. En el aire llega muy lejos, y para detenerla se hace preciso utilizar barreras de materiales densos, como el plomo o el hormigón. Desde el momento en el que la radiación gamma entra en una sustancia, su intensidad empieza a disminuir de forma exponencial con la distancia debido a su interacción con los átomos del medio.

Estos tres tipos de radiaciones se conocen también como radiaciones ionizantes porque tienen suficiente energía como para ionizar un átomo (arrancarle un electrón) de forma directa o indirecta.  Otras dos radiaciones que también pertenecen a este grupo son:

Los rayos X, también de naturaleza electromagnética, se producen en un tubo de vacío a partir de un material que no tiene radiactividad propia. Los electrones que emergen de un filamento conectado a baja tensión, por efecto termoiónico, son acelerados mediante alta tensión hacia un ánodo positivo. En su interacción con los átomos del ánodo destinan el 1% de la energía a la generación de rayos X mientras que el 99% restante se disipa en forma de calor. La activación y desactivación de los rayos X, tiene un control fácil e inmediato. Su uso más común en medicina es el radiodiagnóstico. La imagen radiológica se forma gracias a las diferentes atenuaciones que experimentan los rayos X al atravesar las diferentes estructuras del cuerpo humano.

La radiación de neutrones se genera en las reacciones nucleares y cuenta con la mayor capacidad de penetración. Sólo puede detenerlos una gruesa barrera de hormigón, agua o parafina.

Las reacciones nucleares consisten en el bombardeo de un núcleo blanco con partículas ligeras obteniéndose un núcleo residual radiactivo y otras partículas ligeras emergentes.

Por lo que se refiere a las sustancias radiactivas, voy a definiros algunos parámetros claves para caracterizarlas: la actividad y el periodo de semidesintegración.

La actividad se define como el número de transformaciones nucleares por unidad de tiempo y es proporcional a la cantidad de sustancia radiactiva existente. Su unidad de medida es el bequerelio: Bq = nº de desintegraciones/s.

El periodo de semidesintegración T_1/2, es el tiempo que tarda una cantidad inicial de radionucleido en reducirse a la mitad, o, lo que es equivalente, el tiempo que ha de transcurrir para que la actividad de la muestra decaiga a la mitad. Puede tener valores muy distintos de uno a otro nucleido.

Mi brillante exposición se resume muy bien en este vídeo:

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¡Hasta la próxima aventura! ¡Permaneced impacientes!