Radiactividad

Introducción

La radiactividad es un fenómeno descubierto por el químico francés Antoine Henri Becquerel en 1896 y consiste en la emisión de partículas procedentes de la desintegración espontánea del átomo. Esto posibilita que existan ionización de gases, impresión de placas fotográficas o generación de fluorescencias entre otras actividades.

Las radiaciones se clasifican dependiendo de la capacidad de producción energía, y estas pueden ser ionizantes y no ionizantes.    

Las radiaciones ionizantes son aquellas que producen la suficiente energía como para producir átomos de la materia (con la cual entra en contacto), por lo cual produce ionizaciones.

-Radiación electromagnética: son ondas producidas por la oscilación o aceleración de una carga eléctrica. Se clasifican en: rayos X y rayos gamma.       

-Radiación corpuscular: es el tipo de radiación transmitida en forma de partículas subatómicas como neutrones o partículas alfa que viajan en corrientes a distintas velocidades.

-Radiación directamente ionizante: consistente en la formación de partículas cargadas que tienen la necesaria energía cinética para generar iones en colisión con los átomos que encuentran a su paso.

-Radiación indirectamente ionizante: está formada por partículas no cargadas que pueden dar lugar en la materia a la liberación de partículas directamente ionizantes.

-Radiación indirectamente ionizante: se compone de partículas sin carga, las cuales pueden conducir a la liberación de partículas directamente ionizantes en la materia.

Radiaciones naturales: es la existente en los isótopos de la naturaleza sin intervención humana.

-Radiaciones artificiales o inducidas: se produce a partir de un isótopo que se ha conseguido en un laboratorio a través de una reacción nuclear.

Las unidades tradicionales para poder medir las radiaciones ionizantes son: el Röntgen, el Rad y el Rem. También existen las unidades del sistema internacional y las más usadas son: el Culombio/kg, el Gray (Gy) y el Sievert (Sv).

Las radiaciones no ionizantes son aquellas en las que la energía de los fotones emitidos no es suficiente para ionizar los átomos de las materias sobre las que inciden. Se pueden clasificar en:

-Radiaciones electromagnéticas: son las generadas por líneas de corriente eléctrica o por campos electrostáticos. Este grupo está formado por las ondas de radiofrecuencia usadas por las ondas de radio, así como por las microondas empleadas en electrodomésticos y en el apartado de telecomunicaciones.

-Radiaciones ópticas: este grupo lo forman los rayos infrarrojos, la luz visible la radiación ultravioleta. Dentro de la radiación ultravioleta existen 3 tipos dependiendo de su longitud de onda: UVA: Tiene una longitud de onda entre 320 y 400 nm. Es la más perjudicial y la que alcanza a la Tierra en mayor medida (95%). Es la que se encarga del bronceado de la piel. Prácticamente todos los rayos UVA pasan a través de la capa de ozono. UVB:  La longitud de onda se sitúa entre 290 y 320 nm. A corto plazo es la culpable de producir quemaduras y del bronceado diferido de la piel. A largo plazo es la responsable del cáncer de piel y del envejecimiento cutáneo. UVC: Su longitud de onda está entre 100 y 290 nanómetros.  Es la más nociva debido a su gran energía. Pero gracias a que el ozono y el oxígeno de la estratosfera absorben todos los rayos UVC, estos nunca llegan a la Tierra. Por otra parte, los rayos infrarrojos están compuestos por rayos invisibles que otorgan el calor suficiente para mantener el planeta caliente. La luz visible proporciona la energía a las plantas para producir alimentos a través de la fotosíntesis.

Marie Curie

Marie Curie fue la descubridora del radio. Nació en Varsovia (Polonia) el 7 de noviembre de 1867 y murió en Passy (Francia) el 4 de julio de 1934. Nacida como Maria Salomea Sklodowska, en Varsovia (Polonia) en 1867 y fallecida en Passy (Francia) en 1934. Marie Curie fue famosa por ser la primera mujer científica en obtener el Premio Nobel y ser la primera catedrática de la Universidad de la Sorbona de París.

Marie Curie

Hija del profesor de Física y Matemáticas Władysław Skłodowski y de la maestra Bronisława Boguska, En 1891, con 24 años, Marie Curie finalmente se mudó a Francia para estudiar gracias a sus ahorros y a la ayuda de su padre.

En 1893, Marie Curie se licenció en Física por la Universidad Sorbona de París, siendo número uno de su promoción. Posteriormente, un año después, conoció al que fue su marido en 1895 y padre de sus dos hijas: el también científico Pierre Curie.

Marie y Pierre Curie trabajaron juntos en condiciones difíciles. En 1898 anunciaron el descubrimiento de nuevos elementos: el radio y el polonio, ambos más radioactivos que el uranio. No obstante, no fue hasta 1902 cuando pudieron demostrar su hallazgo. En 1903 obtuvo su Doctorado y además también recibió el Premio Nobel de Física junto a su marido y a Becquerel por sus investigaciones sobre la radioactividad.

En 1906 falleció Pierre Curie que era el catedrático de Física de la Universidad Sorbona de París, cargo que ocupo Marie Curie, siendo así la primera mujer catedrática de esa universidad. 

Posteriormente compaginó su trabajo como profesora universitaria con el cuidado de sus hijas y sus investigaciones sobre el radio. Por otra parte, descubrió que se podría aplicar la radioterapia en tratamientos contra el cáncer. Sus investigaciones le valieron un segundo Nobel de Química a principios del siglo XX. Aunque hubo quien le aconsejó no aceptar el premio, Einstein le recomendó lo contrario. Finalmente lo aceptó, y fue a recogerlo a Estocolmo.

Marie Curie tuvo un papel importante durante la I Guerra Mundial, ya que ofreció ambulancias radiológicas, así como rayos X portátiles para ayudar a soldados convirtiéndose en la directora del Servicio de Radiología de Cruz Roja francesa.

Pero llegó un triste final para Marie Curie con su muerte el 4 de julio de 1934 en Passy (Francia) a consecuencia de la continua exposición a la radiación de sus experimentos.

Usos de la radiactividad

-Electricidad

En España, más del 20% de la energía consumida anualmente proviene de centrales nucleares.

Las centrales nucleares son instalaciones industriales construidas para proporcionar electricidad a partir de la energía nuclear.

Las centrales nucleares pertenecen a la familia de las centrales termoeléctricas, lo que supone que usan el calor para generar la energía eléctrica. Este calor proviene de la fisión de materiales como el uranio y el plutonio.

-Medicina

La radiactividad se emplea en medicina para sanar a pacientes con distintas patologías: tratamiento contra el cáncer (radioterapia), radiografías, CT o CAT (tomografía computarizada) y fluoroscopia.

-Radioterapia: es un procedimiento por el cual se usan ondas o partículas de alta energía, como por ejemplo los rayos gamma, rayos X, rayos de electrones o protones, para quitar o dañar las células cancerígenas. 

-Radiografías: es una prueba que genera imágenes de las estructuras internas del cuerpo, en especial de los huesos.

-Ct o CAT (tomografía computarizada): Es una tecnología para realizar imágenes, utilizando un equipo especial de rayos X para generar imágenes transversales del cuerpo.

-Fluoroscopia: es una técnica consistente en la utilización de un contraste químico que mediante rayos X proyecta imágenes del cuerpo.

Hidrología

La hidrología isotópica es una técnica nuclear que usa tanto isótopos estables como radiactivos para estudiar los movimientos del agua en el ciclo hidrológico. Los isótopos se usan para estudiar los movimientos del ciclo del agua y examinar las fuentes subterráneas y su posible contaminación.

Agricultura y alimentación

La radiactividad sirve para mejorar la calidad de los alimentos, mejora de las variedades de cultivo, control de plagas y para proporcionar sondas neutrónicas capaces de ahorrar agua. La digrafía de pozos de sondeo y datación isotópica son algunos de sus usos.

           

Minería

A través del uso de sondas nucleares se pueden establecer la química y física de los suelos, lo que determina si un estrato tiene las condiciones favorables para alojar minerales o combustibles.

Industria

Las principales utilidades de la radiactividad en la industria son la de medir espesores y densidades, atravesar la materia, facilidad y precisión de detección, producción de vidrio y hormigón, aportan energía y estimulan la producción de radiaciones secundarias.

Arte

El uso de radioisótopos en el arte es bastante variado, desde la conservación del patrimonio, determinar la autenticidad de las obras de arte y comprobar la antigüedad de las obras.

Medio Ambiente

La radiación en el medio ambiente viene dada por causas naturales o artificiales. Las causas naturales aparecen en la roca, el suelo y el agua. Estas son diversas pero la más importante es el efecto invernadero, consistente en la radiación infrarroja emitida por la Tierra es absorbida por ciertos gases atmosféricos y por las nubes. Las causas artificiales son distintas, pero están relacionadas con la manipulación de plutonio y torio.

Exploración espacial

En este tipo de radiación se usan las pilas nucleares. Estos generadores isotópicos de electricidad son objetos que conforman un radionúclido encapsulado cuyas radiaciones son absorbidas en las paredes de la cápsula.

Cosmología

El estudio de la radiactividad de los meteoritos permite determinar la antigüedad del universo.

Alimentos

La radiactividad también se encuentra presente en los alimentos que comemos rutinariamente:

-Plátanos: el plátano es una fruta rica en potasio. En cien gramos de plátanos nos encontramos con 400 miligramos de potasio, uno de los isótopos que tiene es el potasio K40, que es un elemento radiactivo de baja intensidad. Son muy nutritivos.

-Nueces de Brasil: Este fruto seco es rico en potasio y radio en muy bajas dosis.

-Zanahorias: son una verdura que contiene radón 226 y potasio 40. Son antioxidantes protectores.

-Habas: poseen radón 226 y potasio 40. Son una fuente de hierro. 

-Sal baja en sodio: contiene cloruro de potasio.

-Carne roja: es un producto que tiene potasio 40. Es un alimento rico en proteínas y hierro.

-Cerveza: esta bebida lleva potasio 40.

-Agua potable: Es rica en radio 226.

-Mantequilla de cacahuete: contiene potasio 40, radio 226 y radio 228. Es un alimento rico en proteínas.

Niveles de radiación

Existen 8 niveles de radiación siguiendo la siguiente escala:

0.      Desviación. Ninguna importancia para la seguridad. Problema en la central nuclear de Atucha (Argentina), se produjo una parada del reactor por una subida de tritio en el reactor.

1.      Anomalía. Exposición de una persona por encima de los niveles de radiación anuales reglamentarios. Incidente en la central nuclear de Gravelines (Francia). En 2009 se produjo una fuga radiactiva sin consecuencias para el personal de la central y sin liberación de residuos al medio ambiente.

2.      Incidente. Se produce cuando la radiación de un individuo supera los 10 mSV  y en una zona operativa de más de 50 mSV. Incidente nuclear de Ascó I (España). Se produjo un fallo humano que provoco liberación de isótopos radiactivos, pero se quedaron en 50 metros alrededor de la central, no llegando al exterior.

3.      Incidente grave. Es la exposición de los trabajadores a dosis superiores a 10 veces a la permitida para todo un año. Incidente en la central nuclear de Vandellós I (España). En 1989 se inició un incendio en los sistemas de refrigeración del reactor de la central.

4.      Accidente sin riesgo fuera del emplazamiento: Liberación menor de materiales radiactivos. Pudiendo provocar el fallecimiento de al menos una persona por radiación. Accidente de Tokaimura (Japón). Se produjo la muerte inmediata de un trabajador y estuvieron 69 personas afectadas directamente.

5.      Accidente con consecuencias fuera del emplazamiento:  Liberación de grandes cantidades de materiales radiactivos. Varias muertes por efectos de la radiación. Accidente de Three Mile Island. En 1979, EE. UU sufrió el accidente nuclear más grave de su historia en el reactor 2 de la central. Se produjo una pequeña fuga en el generador de vapor, lo que provoca la interrupción de la refrigeración del núcleo y permite una subida sin control de su temperatura. Para evitar la explosión del reactor, se optó de forma controlada a liberar gas radiactivo a la atmósfera.

6.      Accidente grave: Liberación de material radiactivo a la atmósfera. Accidente en Kyshtym (Rusia). En 1957 tuvo lugar este fatídico accidente que se produjo por el fallo en el sistema de enfriamiento de la central, por lo que la temperatura subió y provocó la evaporación y explosión de los desechos secos. La nube radiactiva afecto a 22 poblaciones con un total de 10.000 personas evacuadas.

7.      Accidente muy grave: Liberación de material radiactivo en niveles muy grandes tanto para las personas como para el medio ambiente.

Solo ha habido dos accidentes con el grado 7 en la historia:

Accidente de Chernóbil

Este trágico accidente nuclear tuvo lugar el 26 de abril de 1986 en la central nuclear ucraniana de Chernóbil a 18 kilómetros y muy cerca de la ciudad de Prípyat, a tan solo 3 kilómetros. En este episodio murieron en torno a 4.000 personas.

La catástrofe tuvo lugar por una serie de errores tanto humanos como de diseño ocurridos al realizar una prueba de seguridad en el reactor 4. La hora del suceso comenzó a la 1:23 h de la madrugada en la que se produjo la explosión debido a que las barras de grafito del reactor entraron en contacto con el núcleo, lo que provocó un sobrecalentamiento de este y aumento indiscriminado de la potencia del reactor hasta alcanzar los 33.000 MW o lo que es lo mismo diez veces más que la potencia habitual.

Las consecuencias del accidente pronto resultaron evidentes, ya que los liquidadores de la central (aquellas personas encargadas de minimizar las secuelas provocadas por la explosión) resultaron muertas inminentemente o al cabo de los meses, muchas de ellas por cáncer de tiroides, leucemia y otras enfermedades. También cabe destacar que las personas que vivían muy cerca de la central a un radio de unos 30 kilómetros, fueron evacuadas, pero a pesar de ello muchas de estas ya habían sido contaminadas por la fuerte radiación y acabaron enfermas o murieron.

La nube radiactiva afectó a media población europea, es decir, sobre todo a Europa del Este y Centroeuropa, alrededor de un 40% del territorio. Los países más afectados fueron:  Bielorrusia, Rusia, Finlandia, Suecia, Noruega, Austria, Suiza, Bulgaria, Grecia, Eslovenia, Italia o el Reino Unido, entre otros.

El cierre definitivo de la central de Chernóbil se produjo el 15 de diciembre del año 2000.

Fue tal el escape de material radiactivo a la atmósfera que se tuvo que construir un sarcófago de acero y hormigón para paliar los efectos y este tuvo lugar en 1986. Sin embargo, este primer sarcófago se ha ido deteriorando con el paso del tiempo y se ha finalizado la construcción de un segundo sarcófago el 29 de noviembre de 2016 para proteger al planeta de las radiaciones de la central por al menos 100 años.

Accidente de Fukushima

El accidente se ocasiono el viernes 11 de marzo del año 2011 debido a un fuerte terremoto de 8,9 en la escala de Richter lo que provoco la parada de tres de los seis reactores de la central. Los otros tres reactores estaban ya parados debido a las labores de mantenimiento.

El terremoto provoco un tsunami de 14 metros de altura, esto hizo que anegase los seis reactores y dejase de funcionar los sistemas de refrigeración. Debido a que los sistemas de refrigeración fallasen ocasionaron la fusión del núcleo de los reactores 1,2 y 3.

Posteriormente se produjeron explosiones en los reactores 1,3 y 4 y lo inevitable pasó y fue la liberación de material radiactivo a la atmósfera. El gobierno japonés durante esta fuga radiactiva declaró una zona de exclusión que en principio declaró en 3 kilómetros, en ese mismo día paso a 10 kilómetros y un día después ya pasó a 20 kilómetros y por último a 40 kilómetros. Para que la fuga de material radiactivo desapareciese se construyó una barrera de hielo de 1,5 kilómetros en marzo del año 2016 y finalizó en febrero del año 2018, alrededor de los reactores 1 y 4.