Algunos tipos de radiación ionizante puede ser detectada en una cámara de niebla.
la radiación con una energía suficientemente alta puede ionizar átomos; es decir, puede eliminar electrones de los átomos, creando iones. La ionización ocurre cuando un electrón es despojado (o» noqueado») de una capa de electrones del átomo, que deja al átomo con una carga neta positiva., Debido a que las células vivas y, lo que es más importante, el ADN en esas células pueden dañarse por esta ionización, se considera que la exposición a la radiación ionizante aumenta el riesgo de cáncer. Por lo tanto, la» radiación ionizante » se separa artificialmente de la radiación de partículas y la radiación electromagnética, simplemente debido a su gran potencial de daño biológico. Mientras que una célula individual está hecha de billones de átomos, solo una pequeña fracción de ellos será ionizada con potencias de radiación bajas a moderadas., La probabilidad de que la radiación ionizante cause cáncer depende de la dosis absorbida de la radiación y es una función de la tendencia dañina del tipo de Radiación (Dosis equivalente) y de la sensibilidad del organismo o tejido irradiado (dosis efectiva).
si la fuente de la radiación ionizante es un material radiactivo o un proceso nuclear como la fisión o la fusión, hay que considerar la radiación de partículas. La radiación de partículas es una partícula subatómica acelerada a velocidades relativistas por reacciones nucleares., Debido a sus momentos son bastante capaces de eliminar electrones y materiales ionizantes, pero como la mayoría tienen una carga eléctrica, no tienen el poder penetrante de la radiación ionizante. La excepción son las partículas de neutrones; véase más adelante. Hay varios tipos diferentes de estas partículas, pero la mayoría son partículas alfa, partículas beta, neutrones y protones. En términos generales, los fotones y partículas con energías por encima de aproximadamente 10 electrón voltios (eV) son ionizantes (algunas autoridades utilizan 33 eV, la energía de ionización para el agua)., La radiación de partículas de material radiactivo o rayos cósmicos casi invariablemente transporta suficiente energía para ser ionizante.
La mayor parte de la radiación ionizante proviene de materiales radiactivos y del espacio (rayos cósmicos), y como tal está naturalmente presente en el medio ambiente, ya que la mayoría de las rocas y el suelo tienen pequeñas concentraciones de materiales radiactivos. Dado que esta radiación es invisible y no detectable directamente por los sentidos humanos, se requieren instrumentos como contadores Geiger para detectar su presencia., En algunos casos, puede conducir a la emisión secundaria de luz visible en su interacción con la materia, como en el caso de la radiación Cherenkov y la radioluminiscencia.
gráfico que muestra las relaciones entre la radiactividad y la radiación ionizante detectada
la radiación ionizante tiene muchos usos prácticos en Medicina, Investigación y construcción, pero presenta un peligro para la salud si se usa incorrectamente., La exposición a la radiación causa daño al tejido vivo; las dosis altas resultan en el síndrome de radiación aguda (ARS), con quemaduras en la piel, pérdida de cabello, insuficiencia de órganos internos y muerte, mientras que cualquier dosis puede resultar en un aumento de la probabilidad de cáncer y daño genético; una forma particular de cáncer, el cáncer de tiroides, a menudo ocurre cuando las armas nucleares y los reactores son la fuente de radiación debido a las proclividades biológicas del producto de fisión de yodo radiactivo, yodo-131., Sin embargo, el cálculo exacto del riesgo y la probabilidad de que se forme cáncer en las células a causa de la radiación ionizante todavía no se comprende bien y actualmente las estimaciones están determinadas vagamente por datos basados en la población de los bombardeos atómicos de Hiroshima y Nagasaki y del seguimiento de accidentes de reactores, como el desastre de Chernobyl., La Comisión Internacional de Protección Radiológica afirma que «la Comisión es consciente de las incertidumbres y la falta de precisión de los modelos y los valores de los parámetros», «La dosis efectiva colectiva no pretende ser una herramienta para la evaluación del riesgo epidemiológico, y no es apropiado utilizarla en las proyecciones de riesgo» y «en particular, debe evitarse el cálculo del número de muertes por cáncer basado en dosis efectivas colectivas a partir de dosis individuales triviales.,»
radiación Ultravioletaeditar
ULTRAVIOLETA, de longitudes de onda de 10 nm a 125 nm, ioniza moléculas de aire, haciendo que sea fuertemente absorbido por el aire y por el ozono (O3) en particular. Por lo tanto, los rayos UV ionizantes no penetran en la atmósfera de la Tierra en un grado significativo, y a veces se conoce como ultravioleta al vacío. Aunque está presente en el espacio, esta parte del espectro UV no tiene importancia biológica, ya que no llega a los organismos vivos en la Tierra.,
hay una zona de la atmósfera en la que el ozono absorbe alrededor del 98% de los UV-C y UV-B no ionizantes pero peligrosos.esta llamada capa de ozono comienza a unas 20 millas (32 km) y se extiende hacia arriba. Parte del espectro ultravioleta que llega al suelo no es ionizante, pero sigue siendo biológicamente peligroso debido a la capacidad de los fotones individuales de esta energía para causar excitación electrónica en moléculas biológicas, y por lo tanto dañarlas por medio de reacciones no deseadas. Un ejemplo es la formación de dímeros de pirimidina en el ADN, que comienza en longitudes de onda inferiores a 365 nm (3.,4 eV), que está muy por debajo de la energía de ionización. Esta propiedad le da al espectro ultravioleta algunos de los peligros de la radiación ionizante en sistemas biológicos sin que ocurra la ionización real. En contraste, la luz visible y la radiación electromagnética de longitud de onda más larga, como el infrarrojo, las microondas y las ondas de radio, consisten en fotones con muy poca energía para causar excitación molecular dañina, y por lo tanto esta radiación es mucho menos peligrosa por unidad de energía.,
rayos Xeditar
los rayos X son ondas electromagnéticas con una longitud de onda inferior a aproximadamente 10-9 m (mayor que 3×1017 Hz y 1,240 eV). Una longitud de onda más pequeña corresponde a una energía más alta según la ecuación e=h c/λ. («E» es energía;» h «es la constante de Planck;» c «es la velocidad de la luz;» λ » es la longitud de onda., Cuando un fotón de rayos X choca con un átomo, el átomo puede absorber la energía del fotón y aumentar un electrón a un nivel orbital más alto o si el fotón es extremadamente energético, puede golpear un electrón del átomo por completo, causando que el átomo se ionice. En general, los átomos más grandes son más propensos a absorber un fotón de rayos X, ya que tienen mayores diferencias de energía entre los electrones orbitales. El tejido blando en el cuerpo humano está compuesto de átomos más pequeños que los átomos de calcio que componen el hueso, por lo tanto, hay un contraste en la absorción de los rayos X., Las máquinas de rayos X están diseñadas específicamente para aprovechar la diferencia de absorción entre el hueso y el tejido blando, lo que permite a los médicos examinar la estructura en el cuerpo humano.
los rayos X también son totalmente absorbidos por el espesor de la atmósfera de la tierra, lo que resulta en la prevención de la salida de rayos X del sol, más pequeña en cantidad que la de los rayos UV, pero sin embargo potente, de llegar a la superficie.
Gamma radiationEdit
radiación Gamma detectados en isopropanol cámara de niebla.,
la radiación Gamma (γ) consiste en fotones con una longitud de onda inferior a 3×10−11 metros (superior a 1019 Hz y 41,4 keV). La emisión de radiación Gamma es un proceso nuclear que se produce para liberar a un núcleo inestable del exceso de energía después de la mayoría de las reacciones nucleares. Tanto las partículas alfa como beta tienen una carga eléctrica y una masa, y por lo tanto es muy probable que interactúen con otros átomos en su camino. La radiación Gamma, sin embargo, se compone de fotones, que no tienen masa ni carga eléctrica y, como resultado, penetra mucho más a través de la materia que la radiación alfa o beta.,
Los Rayos Gamma pueden ser detenidos por una capa de material suficientemente gruesa o densa, donde la potencia de parada del material por área dada depende principalmente (pero no totalmente) de la masa total a lo largo de la trayectoria de la radiación, independientemente de si el material es de alta o baja densidad. Sin embargo, como es el caso de los rayos X, los materiales con alto número atómico, como el plomo o el uranio empobrecido, agregan una cantidad modesta (típicamente del 20% al 30%) de potencia de frenado sobre una masa igual de materiales menos densos y de menor peso atómico (como el agua o el hormigón)., La atmósfera absorbe todos los rayos gamma que se aproximan a la tierra desde el espacio. Incluso el aire es capaz de absorber los rayos gamma, reduciendo a la mitad la energía de tales ondas al pasar, en promedio, 500 pies (150 m).
Alfa radiationEdit
partícula Alfa detectado en isopropanol cámara de niebla
las partículas Alfa son núcleos de helio-4 (dos protones y dos neutrones)., Interactúan fuertemente con la materia debido a sus cargas y masa combinada, y a sus velocidades habituales solo penetran unos pocos centímetros de aire, o unos pocos milímetros de material de baja densidad (como el delgado material de mica que se coloca especialmente en algunos tubos de contador Geiger para permitir la entrada de partículas alfa). Esto significa que las partículas alfa de la descomposición Alfa ordinaria no penetran las capas externas de las células muertas de la piel y no causan daño a los tejidos vivos de abajo., Algunas partículas alfa de muy alta energía componen alrededor del 10% de los rayos cósmicos, y estos son capaces de penetrar el cuerpo e incluso placas metálicas delgadas. Sin embargo, son de peligro solo para los astronautas, ya que son desviados por el campo magnético de la Tierra y luego detenidos por su atmósfera.
la radiación alfa es peligrosa cuando se ingieren o inhalan radioisótopos emisores Alfa (respirados o tragados). Esto acerca el radioisótopo lo suficiente al tejido vivo sensible para que la radiación alfa dañe las células., Por unidad de energía, las partículas alfa son al menos 20 veces más efectivas en el daño celular que los rayos gamma y los rayos X. Ver efectividad biológica relativa para una discusión de esto. Ejemplos de emisores Alfa altamente venenosos son todos los isótopos de radio, radón y Polonio, debido a la cantidad de desintegración que se produce en estos materiales de corta vida media.,
radiación Beta edit
electrones (radiación beta) detectados en una cámara de nube de isopropanol
la radiación Beta-menos (β−) consiste en un electrón energético. Es más penetrante que la radiación alfa, pero menos que la gamma. La radiación Beta de la desintegración radiactiva se puede detener con unos pocos centímetros de plástico o unos pocos milímetros de metal. Ocurre cuando un neutrón decae en un protón en un núcleo, liberando la partícula beta y un antineutrino., La radiación Beta de los aceleradores de linac es mucho más energética y penetrante que la radiación beta natural. A veces se usa terapéuticamente en radioterapia para tratar tumores superficiales.
la radiación Beta-plus (β+) es la emisión de positrones, que son la forma de antimateria de los electrones. Cuando un positrón se ralentiza a velocidades similares a las de los electrones en el material, el positrón aniquilará a un electrón, Liberando dos fotones gamma de 511 keV en el proceso. Esos dos fotones gamma viajarán en (aproximadamente) dirección opuesta., La radiación gamma de la aniquilación de positrones consiste en fotones de alta energía, y también es ionizante.
radiación de Neutróneditar
los neutrones se clasifican según su velocidad / energía. La radiación de neutrones consiste en neutrones libres. Estos neutrones pueden emitirse durante la fisión nuclear espontánea o inducida., Los neutrones son partículas de radiación raras; se producen en grandes cantidades solo cuando las reacciones de fisión o fusión de reacción en cadena están activas; esto sucede durante aproximadamente 10 microsegundos en una explosión termonuclear, o continuamente dentro de un reactor nuclear en funcionamiento; la producción de los neutrones se detiene casi inmediatamente en el reactor cuando no es crítico.
los neutrones pueden hacer que otros objetos, o material, sean radiactivos. Este proceso, llamado activación de neutrones, es el método principal utilizado para producir fuentes radiactivas para su uso en aplicaciones médicas, académicas e industriales., Incluso los neutrones térmicos de baja velocidad causan la activación de neutrones (de hecho, la causan de manera más eficiente). Los neutrones no ionizan los átomos de la misma manera que las partículas cargadas como los protones y los electrones (por la excitación de un electrón), porque los neutrones no tienen carga. Es a través de su absorción por núcleos que luego se vuelven inestables que causan ionización. Por lo tanto, se dice que los neutrones son «indirectamente ionizantes.»Incluso los neutrones sin energía cinética significativa son indirectamente ionizantes, y por lo tanto son un peligro de radiación significativo., No todos los materiales son capaces de activar neutrones; en el agua, por ejemplo, los isótopos más comunes de ambos tipos de átomos presentes (hidrógeno y oxígeno) capturan neutrones y se vuelven más pesados, pero permanecen formas estables de esos átomos. Solo la absorción de más de un neutrón, una ocurrencia estadísticamente rara, puede activar un átomo de hidrógeno, mientras que el oxígeno requiere dos absorciones adicionales. Por lo tanto, el agua solo es muy débilmente capaz de activarse., El sodio en la sal (como en el agua de mar), por otro lado, solo necesita absorber un solo neutrón para convertirse en Na-24, una fuente muy intensa de desintegración beta, con una vida media de 15 horas.
además, los neutrones de alta energía (alta velocidad) tienen la capacidad de ionizar directamente los átomos. Un mecanismo por el cual los neutrones de alta energía ionizan átomos es golpear el núcleo de un átomo y golpear el átomo fuera de una molécula, dejando uno o más electrones detrás como el enlace químico se rompe. Esto conduce a la producción de radicales libres químicos., Además, los neutrones de muy alta energía pueden causar radiación ionizante por «espalación de neutrones» o knockout, en donde los neutrones causan la emisión de protones de alta energía de los núcleos atómicos (especialmente los núcleos de hidrógeno) en el impacto. El último proceso imparte la mayor parte de la energía del neutrón al protón, al igual que una bola de billar golpea a otra. Los protones cargados y otros productos de tales reacciones son directamente ionizantes.
los neutrones de alta energía son muy penetrantes y pueden viajar grandes distancias en el aire (cientos o incluso miles de metros) y distancias moderadas (varios metros) en sólidos comunes., Por lo general, requieren un blindaje rico en hidrógeno, como concreto o agua, para bloquearlos a distancias inferiores a un metro. Una fuente común de radiación de neutrones ocurre dentro de un reactor nuclear, donde una capa de agua de metros de espesor se utiliza como blindaje efectivo.