En este artículo hablaremos sobre conducción, convección y radiación, las tres formas en las que la energía puede transferirse.
Ejemplos de transferencia de energía
Seguramente, ya sabes que el calor es transferencia de energía. El problema que se puede presentar ahora es saber cómo ocurre esa transferencia de energía. ¿Existen varias formas? ¿Hay una sola forma de transferir energía de un cuerpo a otro? Para responder estas preguntas, analicemos las siguientes situaciones:
Un chico coloca una sartén sobre la hornalla prendida de su cocina, con la intención de sofritar las cebollas que necesita para su salsa. Al tocar sin querer una parte de la sartén que no estaba en contacto directo con el fuego, el chico se quema causándole una dolorosa ampolla.
Una adolescente escucha su música preferida subiendo el volumen de su radio mientras envía un mensaje por Whatsapp.
Algunos animales utilizan las corrientes oceánicas generadas por las diferencias de temperatura en el agua para migrar desde un punto hasta otro, situado a cientos de kilómetros.
Estos tres casos presentan diferentes cambios que involucran energía. En los tres, existe una transferencia de energía que ocurre de formas muy diferentes. ¿Cuáles son estas formas? Es sencillo analizar profundamente los tres casos si estudiamos cuáles son las maneras de transferir de energía:
Formas de transferencia de energía:
Conducción
Es una manera en la que se transmite la energía en medios sólidos. Esto ocurre porque la energía se va transmitiendo directamente entre átomo y átomo debido a las vibraciones de estos.
Expliquemos mejor la situación. Imaginemos un cuchillo que se encuentra expuesto al fuego. Llamaremos “Zona A” a la zona que se encuentra en contacto directo con la llama, mientras que la “Zona B” no está en contacto directo. Podemos asegurar que, al cabo de un tiempo, la zona B estará tan caliente como la zona A.
Para explicar esto, hagamos un “zoom” al cuchillo. Si fuésemos capaces de ver los átomos del cuchillo, veríamos que está compuesto por millones de átomos ordenados uno al lado del otro. Cuando se calienta el grupo de átomos de la zona A (en contacto directo con el fuego), éste comienza a vibrar, afectando al grupo de átomos que se encuentra inmediatamente después, haciendo que comience a vibrar al transferirle su energía.
Este segundo grupo de átomo hará lo mismo con el que se encuentre al lado y así sucesivamente. Al cabo de un tiempo, todos los átomos se encontrarán vibrando y habrán levantado la temperatura de todo el cuchillo, transfiriendo así la energía desde los átomos de la zona A hasta la zona B.
Si bien la conducción ocurre en todos los materiales (es decir, necesita de un medio para transferirse la energía de un punto a otro), ocurre con gran eficacia en los sólidos, especialmente en aquellos que sean buenos conductores del calor por poseer electrones libres, como los metales. Es por ello que las planchas, las sartenes, ollas y muchos instrumentos de cocina se realizan con metales, para favorecer la cocción del alimento.
Convección
Las corrientes océanicas son producto de la convección, al igual que el viento en la atmósfera, que produce las olas.
Ocurre solamente en fluido; es decir, se presenta en líquidos y gases. Podría definirse como una transferencia de energía que se da entre zonas a diferentes temperaturas. Por ejemplo, observemos la figura 1. Los sucesivos desplazamientos de materia desde zonas más frías a zonas más calientes (y viceversa) del fluido, por exposición a una fuente de energía (como el fuego), crean corrientes convectivas. En la atmósfera, las corrientes convectivas forman los vientos; en los océanos, forman las corrientes oceánicas, como la de El Niño o la Corriente Occidental Australiana (una muy popular película de Disney-Pixar hablar sobre ella).
Corrientes convectivas.
Radiación
Es una transferencia de energía que no necesita de ningún medio para que ocurra. Esto significa que la energía podrá transmitirse tanto en sólidos y fluidos como en el vacío, tal como sucede en el espacio interplanetario. Analicemos mejor la situación.
La radiación permite que la energía de las estrellas como el Sol llegue a todos los cuerpos que se encuentran a su alrededor.
Una fuente de radiación como el Sol libera grandes cantidades de energía (como la térmica o la lumínica) que nos llega a la Tierra haciendo posible la vida. Si bien en la atmósfera es una masa gaseosa de aire y la energía solar la atraviesa permitiendo la fotosíntesis, en el espacio no hay aire o algún medio material. Aun así, la transferencia de energía es posible.
Esto sucede con todos los tipos de radiación que existen debido a que la transferencia de energía se realiza mediante ondas electromagnéticas. Te recomendamos leer el artículo sobre radiación para comprender mejor este tipo de transferencia de energía. La energía radiante que nos permite escuchar la radio todas las mañanas o ver televisión se transmite por este medio.
Actividades
En base a la información de este artículo, explica los ejemplos del principio de la nota de acuerdo a si son casos que presentan convección, conducción o radiación.
Cuando un cuerpo emite energía continuamente, estamos en presencia de lo que llamamos radiación. Esta energía, llamada energía radiante, es transportada por el espacio mediante ondas electromagnéticas. Todos los cuerpos emiten radiación, según sea la temperatura a la que se encuentran. Muchas veces, podemos ver esa radiación (pues se emite en el espectro visible), tal como sucede con la luz visible proveniente del Sol. Pero otras veces, esa radiación es invisible a nuestros ojos, como la radiación infrarroja o la luz ultravioleta. Algunos animales, como las serpientes o las abejas, pueden percibir esas radiaciones.
Muchos cuerpos que no son cuerpos luminosos (es decir, que emiten luz en el espectro visible) pueden emitir luz visible cuando son calentados a altísimas temperaturas. Por ejemplo, si se calienta un trozo de hierro, éste comienza a emitir luz y el color de esa luz cambia dependiendo de la temperatura. Otro ejemplo de la vida cotidiana lo vemos cuando se hace un asado: el carbón que se encuentra a muy altas temperaturas “brilla” en la oscuridad emitiendo luz anaranjada. Los cuerpos que absorben energía aumentan su temperatura, mientras que los que emiten radiación (en otras palabras, emanan energía), bajan su temperatura.
Las características de la RADIACIÓN
Es hora de caracterizar la radiación como transferencia de energía mediante ondas electromagnéticas. La radiación puede:
Transmitirse: puede pasar de un medio a otro. Por ejemplo, la luz solar puede atravesar el vacío del espacio e ingresar en la atmósfera terrestre, compuesta de múltiples gases. Cuando se pasa de un medio a otro, la velocidad de las ondas electromagnéticas que transfieren la energía radiante se modifica, fenómeno que recibe el nombre de refracción.
Absorberse: como dijimos anteriormente, al absorberse la radiación, el cuerpo que lo absorbe modifica su temperatura.
Dispersarse: la radiación modifica sus características al ser devuelta o desviada (separándose, muchas veces, en las diferentes frecuencias que la componen). Ocurre cuando la radiación visible interactúa con una partícula, lo que, por ejemplo, permite que veamos colores en el cielo.
Reflejarse: ocurre cuando la radiación vuelve al medio del cual procede, cambiando sólo su dirección. Por ejemplo, en un espejo “rebotan” las ondas electromagnéticas provenientes de la lámpara que ilumina un baño, sólo cambiando la dirección del frente de ondas.
La principal fuente de radiación de la Tierra es el Sol, que emite energía en muchísimos tipos de radiación del espectro electromagnético, no sólo en el espectro visible. Algunos tipos de radiación (como el espectro visible) es inofensivo para nosotros, pero otros pueden ser muy peligrosos, como la luz ultravioleta que proviene de nuestra estrella. Seguramente te estarás preguntando qué es eso de “espectro electromagnético”. Bueno, analicemos un poco más el tema.
El Espectro Electromagnético
Quizás te parezca extraño el nombre, quizás ya lo habías escuchado antes. El espectro de radiación electromagnética abarca todas las longitudes de onda y frecuencias con las que se propaga la energía a través del espacio. Habíamos dicho que las ondas electromagnéticas no necesitan de ningún medio para transmitirse. Las distintas ondas electromagnéticas generan un espectro que abarca las diferentes longitudes de onda. Éstas son las siguientes:
Rayos Gamma: sus longitudes de onda son las más cortas. Son muy perjudiciales para salud aunque en medicina se los utiliza para detener el cáncer, pues su agresividad frente a las células puede detener la reproducción de tumores.
Rayos X: Poseen una frecuencia entre 1016 Hz y 1019 Hz, originados por el choque de electrones contra cuerpos sólidos que no poseen carga eléctrica. Son importantes en la práctica médica de diagnóstico por imágenes, aunque la exposición de un organismo a estos rayos durante mucho tiempo puede ser fatal.
Rayos ultravioleta (UV): En la naturaleza, son producidas por el Sol y su acción es perjudicial para la vida, por lo que es tan importante la acción filtradora de la capa de Ozono en la atmósfera.
Luz visible: Poseen una longitud de onda entre 400 nanómetros y 680 nanómetros, que pueden ser captados por el ojo humano. Cuando la luz del Sol pasa por un prisma, se descompone en 7 colores (los del arcoiris). Esto demuestra que la luz blanca es, en realidad, la composición de todos ellos. Cada color presenta una longitud de onda diferente.
Rayos infrarrojos: Sus longitudes de onda abarcan desde unos 0,001 mm hasta 1 mm. Generados por todos los cuerpos que liberan calor, son capaces de ser detectados por sensores como células fotoeléctricas. Son invisibles al ojo humano y se produce por el movimiento de las moléculas de los cuerpos.
Microondas: Presentan una frecuencia de alrededor de 1011 Hz y una longitud de onda de alrededor de 1 cm. Se utilizan para la comunicación de radares y satélites y en la cocción de alimentos en un horno de microondas.
Ondas de Radio: Sus longitudes de onda van desde los 10 cm hasta los 10.000 m y una frecuencia desde los 10.000 Hz a 100 mil millones de Hz. Altamente utilizados en telecomunicaciones, permite que, de forma instantánea, se envíen y reciban mensajes de un punto a otro del planeta.
Muchas veces, en nuestro vocabulario cotidiano, solemos confundir dos términos aparentemente iguales: fluorescencia y fosforescencia. Sin embargo, las diferencias, aunque sutiles, existen. Veamos la definición de cada término. Para finalizar, te contaremos por qué algunos objetos, como rosarios o carteles de emergencia, son capaces de brillar en la oscuridad, un fenómeno relacionado con la fosforescencia. ¿Nunca te preguntaste por qué brillan las estrellitas de plástico con las que se decoran las habitaciones de los niños? Asómbrate con la respuesta.
Fluorescencia
La fluorescenciaes la luminiscencia producida por determinados minerales cuando son expuestos a la acción de ciertos rayos (radiactivos, catódicos, visibles, ultravioletas, rayos X…). Estas radiaciones son transformadas y emitidas por el mineral en ondas de mayor longitud que de los rayos que habían incidido sobre él.
Fosforescencia
La fosforescenciaes la luminiscencia producida por un mineral durante un tiempo más o menos largo, después de que ha cesado la fuente de radiación excitadora.
¿Por qué algunos objetos brillan en la oscuridad?
Seguramente, habrás visto que algunos materiales tienen la curiosa propiedad de brillar en la oscuridad. Por ejemplo, los carteles de emergencia que se encuentran en las fábricas o en los colegios suelen brillar en la oscuridad para que operarios y estudiantes puedan verlos en cualquier situación, ya sea a plena luz del día, en la oscuridad de la noche o en apagones que puedan llegar a ocurrir.
Estos objetos, como muchos juguetes o artículos religiosos (rosarios, por ejemplo) suelen están recubiertos con una pintura especial que, cuando “se carga” en presencia de luz, emiten energía radiante en forma de luz visible una vez que se encuentren en la oscuridad. ¿Cómo será esto posible? ¿Por qué sólo sucede con algunos objetos y no con todos?
La respuesta está en, justamente, las sustancias que forman parte de la pintura que recubre el objeto. Estas sustancias son fosforescentes, lo que significa que -a diferencia de las sustancias fluorescentes- pueden brillar en la oscuridad tras un fenómeno particular que sucede en sus átomos. Sí, es hora de analizar la materia por dentro para comprender este curioso efecto.
Las sustancias con las que pintaron los carteles de emergencia que pueden brillar en la oscuridad están compuestas por átomos que tienen la particularidad de captar la energía lumínica que les incide y “excitar” sus electrones. Recordemos que los electrones, que giran alrededor del núcleo de un átomo, tienen un cierto nivel de energía particular, encontrándose en diferentes órbitas de acuerdo a su nivel energético.
Cuanto más energía presenta el electrón, éste se ubica en órbitas más alejadas del núcleo que tienen, justamente, un mayor nivel energético. Cuando la luz incide, los electrones se excitan y pasan a niveles energéticos más altos, como vemos en la figura 1 de a continuación.
Figura 1: la energía radiante incide sobre el pigmento fosforescente y excita los electrones, haciendo que estos pasen a niveles energéticos más altos.
Sin embargo, cuando la luz se apaga, estos electrones volverán a sus niveles energéticos iniciales, esos en los que se encontraban naturalmente cuando la luz no los excitaba. Al volver, la energía excedente contenida en ellos se libera en forma de luz al ambiente, como se observa en el modelo de la figura 2. Es decir, el cuerpo emitirá energía radiante en forma de luz cuando se encuentre en la oscuridad. Y es así como nuestro curioso objeto brillará en la oscuridad. ¡Muy interesante!
Figura 2: Sin la presencia de la energía radiante que incidía sobre el pigmento fosforescente, los electrones vuelven a sus niveles energéticos originales y la energía excedente es liberada en forma de energía lumínica.
Mesografía Sugerida
En el portal mexicano Crónica.com.mx, el doctor Carlos Eduardo Rodríguez García habla mucho más acerca de la historia de los materiales fosforescentes. Te sugerimos su lectura en http://www.cronica.com.mx/notas/2014/829950.html
Todos sabemos que el cigarrillo contiene cientos de sustancias nocivas para la salud y, como seguro habrás visto, existen miles de campañas para que su consumo sea cada vez menor. ¿Sabías que contienen sustancias radiactivas? Abramos paso al estudio de la radiactividad en los cigarrillos en este pequeño artículo que Ensamble de Ideas te trae en el día de hoy.
El uso de las conocidas imágenes y frases en los paquetes de cigarrillos redujo entre un 12% y un 20% el consumo de cigarrillos en la mayoría de los países en los que se aplicó la campaña.
La tierra en la que crece el tabaco se trata con fertilizantes fosfatados, que son ricos en uranio y sus productos de decaimiento.
¿Por qué el cigarrillo es radiactivo?
El producto formado, el radón-222, es un gas no reactivo (el radón es el único producto gaseoso en la serie de decaimiento del uranio). El radón-222 emana del radio-226 y está presente en altas concentraciones en los gases del suelo y en la capa de aire superficial bajo la capa de vegetación que provee el campo donde crece el tabaco. En esta capa, algunos de los descendientes del radón-222 como el polonio-218 o el plomo-214, se unen firmemente en la superficie y en el interior de las hojas del tabaco. Las reacciones sucesivas de decaimiento que llevan a la formación de plomo-210 radiactivo pueden llegar a un nivel considerablemente alto.
Durante la combustión de un cigarro, las pequeñas partículas de humo insoluble son inhaladas y depositadas en el tracto respiratorio del fumador y, por último, son transportadas y almacenadas en el hígado, bazo y médula ósea. Algunas mediciones han demostrado que existe un alto contenido de plomo-210 en esas partículas. El contenido de plomo-210 no es lo suficientemente alto para ser dañino químicamente, pero es peligroso por ser radiactivo. Un gran punto en contra para este producto. ¿Lo sabías?
Actividades
Ve el video presente en https://www.educ.ar/recursos/50902/tabaquismo del Canal Encuentro (perteneciente al Ministerio de Educación de la Nación Argentina) e intenta dar una respuesta a las preguntas que allí aparecen. ¿Por qué considerás que el tabaquismo es un problema que afecta a todos, en menor o mayor medida? ¿Qué relación existe entre tu respuesta y los conceptos de fumador pasivo y fumador activo?
En la medición del efecto de la radiación absorbida por el cuerpo humano o por un animal, se utiliza una unidad llamada sievert (Sv) o su submúltiplo milisievert (mSv) que equivalea 0,001 Sv. En términos de unidades más conocidas, 1 Sv es igual a la radiación de 1 Joule sobre una masa de 1 kg, teniendo en cuenta el tipo de radiación y la zona irradiada.
¿Cuánta radiación puede recibir una persona como máximo?
Para trabajadores expuestos ocupacionalmente a radiación ionizante, la Comisión Internacional de Protección Radiológica (ICRP) generalmente establece un límite anual de dosis efectiva de 20 millisieverts (mSv) promediados sobre cinco años, con un límite único de 50 mSv en cualquier año.
Para el público en general, el límite de dosis anual efectiva es significativamente más bajo, generalmente alrededor de 1 mSv al año. Este límite es mucho más bajo debido a la presunción de que el público no tiene la misma comprensión o control sobre la exposición a la radiación que los trabajadores expuestos ocupacionalmente.
Para pacientes sometidos a procedimientos médicos con radiación ionizante, los límites de dosis varían según el tipo de procedimiento y la parte del cuerpo expuesta. Los profesionales médicos hacen todo lo posible para minimizar la dosis de radiación mientras se obtienen los beneficios necesarios del procedimiento.
¿Pero cuánto es el valor promedio de radiación recibida por una persona, anualmente, en contacto con las fuentes de radiación cotidianas? Antes de detallar esto, te recomendamos leer el artículo dedicado a radiación haciendo click aquí. Aunque no lo creas, constantemente estamos expuestos a la radiación en nuestro día a día. Incluso nuestro propio cuerpo es una fuente de radiación. Algunos alimentos, como la leche o el café, son naturalmente radiactivos, pero la dosis liberada es tan baja que no es peligrosa en absoluto.
Entonces:
¿Cuánto es el valor promedio de radiación recibida por una persona, anualmente, en contacto con las fuentes de radiación cotidianas?
Fuentes de radiación natural y artificial
El cosmos nos irradia su propia radiación, llamada radiación cósmica, que nos llega a la Tierra. Esta radiación es la responsable de una dosis anual de 0,4 mSV, un poco menor que la propia radiación terrestre, de unos 0,5 mSv. Nuestro propio cuerpo es una fuente de radiación, con una dosis anual de tan sólo 0,2 mSv.
El ambiente nos da una dosis anual mucho mayor que las dichas anteriormente. El radón es un gas noble presente en el aire que se forma a partir de una serie de reacciones del uranio. La dosis anual de radiación por radón es de 1,3 mSv. Sumando todo, nos da una dosis anual de 2,4 mSv. Dependerá de las actividades de cada persona si recibirá más o menos. Por ejemplo, los radiólogos tienen un dosímetro en sus chaquetas que mide la cantidad de radiación recibida. Superado un valor límite, sería peligroso para ellos continuar con su labor.
Existen distintos estudios médicos en los que recibimos radiación. Una radiografía de tórax equivale a 1 mSv aproximadamente. Por ello, los radiólogos se “ocultan” detrás de una pared que contiene plomo durante la fotografía, de forma tal que esa radiación no les llegue.
La medicina nuclear y la radiación en el organismo
La radiación se usa mucho en medicina, para destrucción selectiva intencional de tejidos, como tumores. Los riesgos son considerables, pero si la enfermedad resulta mortal sin tratamiento, todo riesgo es preferible. Los isótopos producidos en forma artificial se usan con frecuencia como fuentes de radiación.
Esos isótopos tienen varias ventajas sobre los isótopos radiactivos naturales. Pueden tener vidas medias más cortas, y una actividad mayor, en forma correspondiente. Se pueden elegir isótopos que emitan la clase de radiación que se desee. Algunos isótopos artificiales se han sustituido por haces de fotones y electrones producidos en aceleradores lineales.
La medicina nuclear es un campo de aplicación en expansión. Los isótopos radiactivos tienen casi las mismas configuraciones electrónicas y el comportamiento químico que los isótopos estables del mismo elemento. Pero la ubicación y concentración de los isótopos radiactivos se puede detectar fácilmente con mediciones de la radiación que emiten. Un ejemplo conocido es el uso de yodo (I) radiactivo en estudios de tiroides. Casi todo el yodo que se ingiere se elimina o se almacena en la tiroides, y las reacciones químicas en el organismo no discriminan entre el isótopo inestable 131I y el estable 127I.
Una cantidad diminuta de 131I se alimenta o inyecta en el paciente, y la rapidez con que se concentra en la tiroides es una medida de la función de ella. La vida media es 8,02 días, por lo que no hay riesgos duraderos de radiación. Al usar detectores de barrido más complicados también se puede obtener una imagen de la tiroides, que revela agrandamientos y otras anormalidades.
Este procedimiento es una clase de autorradiografía, comparable a fotografiar el filamento incandescente de una bombilla eléctrica usando la luz emitida por el mismo filamento. Si este proceso descubre nódulos cancerosos en la tiroides, se pueden destruir usando cantidades mucho mayores de 131I.
Otro núclido útil en la medicina nuclear es el tecnecio-99 (99Tc), formado en un estado excitado por el decaimiento β– del molibdeno (99Mo). El tecnecio decae en su estado fundamental emitiendo un fotón de rayo γ con 143 keV de energía. La vida media es 6,01 horas, excepcionalmente larga para una emisión gamma. (El estado fundamental del 99Tc también es inestable y su vida media es de 2,11 x 105 años; decae por emisión β–al núclido estable de 99Ru.)
La química del tecnecio es tal que se puede fijar con facilidad a moléculas orgánicas que se absorben en diversos órganos del cuerpo. Una pequeña cantidad de esas moléculas portadoras del tecnecio se inyecta a un paciente, y para producir una imagen se usa un detector de barrido, o cámara gamma; la imagen producida se llama scintigrama o escintigrama, y revela qué partes del cuerpo absorben esta molécula emisora γ. Esta técnica, en la cual el 99Tc funciona como trazador radiactivo, desempeña un papel importante en la localización de cánceres, embolias y otros cuadros patológicos.
Las técnicas del trazador tienen muchas otras aplicaciones. El tritio (3H), un isótopo radiactivo del hidrógeno, se usa para marcar moléculas en reacciones orgánicas complejas; las marcas radiactivas en moléculas de plaguicida, por ejemplo, pueden usarse para rastrear su paso en las cadenas alimenticias. En el mundo de la maquinaria se puede usar hierro radiactivo para estudiar el desgaste de pistones. Hasta los fabricantes de detergentes para lavandería han probado la eficacia de sus productos usando mugre radiactiva.
También hay muchos efectos de la radiación que son útiles, como el fortalecimiento de polímeros por enlazamientos cruzados, esterilización de utensilios quirúrgicos, dispersión de electricidad estática indeseable en el aire, así como ionización intencional del aire en detectores de humo. También se están usando los rayos gamma para esterilizar y preservar algunos productos alimenticios.
En alimentos, la irradiación es un método de conservación comparable al frío o el calor. Consiste en exponer el alimento a la acción de las radiaciones ionizantes durante un cierto lapso, que es proporcional a la cantidad de energía que deseemos que aquel absorba. De acuerdo con la energía entregada, se pueden lograr distintos efectos: retardar o inhibir la brotación de papas, cebollas y ajos, descontaminar hierbas y especias, retardar la maduración de frutas tropicales, demorar la senescencia de champiñones y espárragos, eliminar microorganismos de diversas frutas y verduras. Todo ello sin afectar la calidad de los alimentos. Esto último es muy importante ya que la creencia popular tiende a pensar que si un alimento fue irradiado, al ingerirlo estamos recibiendo radiactividad. En realidad, cuando se dispone a consumir estos alimentos, ya no queda nada de radiación.
Por otro lado, a menudo se difunde información sobre los riesgos por exposición a la radiación, a largo plazo, como causa de diversos cánceres y defectos genéticos, y se ha debatido ampliamente el asunto de si hay algún nivel “seguro” de exposición a la radiación. Estudios recientes sugieren que las exposiciones, aunque sean extremadamente pequeñas, causan riesgos; pero es muy difícil reunir estadísticas confiables sobre los efectos de dosis bajas. Se ha aclarado que todo uso para diagnóstico en medicina debe estar precedido por una estimación muy cuidadosa del riesgo en relación con el posible beneficio.
Otro asunto muy debatido es el de los riesgos de radiación por las centrales eléctricas nucleares. El nivel de radiación causado por ellas no es despreciable. Sin embargo, para hacer una evaluación racional de los riesgos, debemos comparar esos niveles con las alternativas, como las centrales eléctricas alimentadas por carbón. Los riesgos a la salud del humo del carbón son graves y están bien documentados, y se cree que la radiactividad natural en ese humo es unas 100 veces mayor que el de una central nuclear que funcione en forma correcta, de igual capacidad. Pero la comparación no es tan simple; también hay que considerar la posibilidad de un accidente nuclear y el grave problema de desechar de manera segura los residuos radiactivos de las plantas nucleares. Es claramente imposible eliminar todos los riesgos para la salud. La meta debería ser tratar de adoptar una actitud racional hacia el problema de minimizar el riesgo de todas las fuentes. La radiación ionizante es una espada de dos filos: impone riesgos muy graves para la salud pero también brinda muchos beneficios a la humanidad, incluyendo diagnósticos y tratamientos de enfermedades y una gran variedad de técnicas analíticas.
Al examinar la cadena de desintegración del 238U, vemos que la vida media del uranio, vemos que la vida media del 222Rn es de 3,82 días. El radón de A = 222 se produce en forma continua, por el decaimiento del 226Ra, que existe en cantidades diminutas en las rocas y el suelo sobre los que se construyen las casas. Es un caso de equilibrio dinámico, donde la cantidad de producción es igual a la cantidad de decaimiento.
Como se observa en el gráfico anterior, un riesgo serio para la salud en algunas áreas es la acumulación del 222Rn en las casas; es un gas inerte, incoloro, inodoro y radiactivo. La razón por la que el 222Rn constituye un mayor riesgo que los demás elementos de la serie de desintegración del 238U es que es un gas. Durante su corta vida media de 3,82 días puede migrar del suelo y penetrar en casas. Si un núcleo de 222Rn se desintegra en los pulmones, emite una partícula α dañina, y su núcleo derivado, el 218Po, que no es químicamente inerte y probablemente permanezca en los pulmones hasta que se desintegre, emite otra partícula α dañina recorriendo la serie radiactiva del 238U.
La intensidad de la radiación depende del número de desintegraciones, así como de la energía y del tipo de la radiación emitida. El efecto biológico de la radiación depende de la parte del cuerpo irradiado y del tipo de radiación. De los tres tipos de radiación nuclear, las partículas alpha tienen el menor poder de penetración y son, por lo tanto, las menos dañinas desde el punto de vista biológico. Las partículas beta penetran más que las alpha, pero menos que los rayos gamma. Sin embargo, si se ingieren emisores α o β, sus efectos nocivos se agravan de manera notable porque los órganos están constantemente sujetos a la radiación dañina a muy corto alcance. Por ejemplo, el estroncio-90, un emisor β, puede reemplazar el calcio de los huesos, donde provoca mayor daño.
Cuando el agua se irradia con rayos gamma, se llevan a cabo las siguientes reacciones:
El electrón (en su forma hidratada) puede reaccionar subsecuentemente con el agua o con un ion hidrógeno para formar hidrógeno atómico, y con el oxígeno para producir el ion superóxido, O2–:
En los tejidos, los iones superóxido y otros radicales libres atacan las membranas celulares y una gran variedad de compuestos orgánicos, como enzimas y moléculas de ADN. Los compuestos orgánicos, por supuesto, pueden ser ionizado directamente y destruidos por la radiación de alta energía.
Desde hace mucho tiempo, se ha sabido que la exposición a la radiación de alta energía puede inducir cáncer en los humanos y en otros animales. El cáncer se caracteriza por el crecimiento celular incontrolado. Por otra parte, también está bien establecido que el cáncer puede ser destruido por radiación con un tratamiento apropiado. En la radioterapia debe buscarse una conciliación. La radiación a la que está expuesto el paciente debe ser suficiente para destruir las células de cáncer sin matar demasiadas células normales, con la esperanza de no inducir otra forma de cáncer.
El daño por radiación a los sistemas vivos se clasifica generalmente como somático o genético. Los daños somáticos son aquellos que afectan al organismo durante su vida. La quemaduras de Sol, las erupciones de la piel, el cáncer y las cataratas son ejemplos de daños somáticos. Los daños genéticos se refieren a cambios heredados o a mutaciones de los genes. Por ejemplo, una persona cuyos cromosomas han sido dañados o alterados por acción de su exposición a la radiactividad puede tener descendientes deformes.
Curiosidades:
Fuentes de radiación comunes: Porcentaje de las fuentes de radiactividad a las que un humano promedio está sometido diariamente, en Estados Unidos. El 82% del total corresponde a radiación de origen natural. El 18% restante es por actividad humana.
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