Fuentes naturales de radiación ionizante

A pesar de que ciertos sectores de la sociedad nos digan que son determinadas industrias las causantes de todos los males relacionados con las radiaciones ionizantes que sufrimos, lo cierto es que es la propia naturaleza, esa misma naturaleza que lleva aquí desde antes que nosotros existiéramos, la que contribuye en mayor proporción a la dosis efectiva de radiación que recibimos anualmente.

Aproximadamente, el 87% de la dosis efectiva que recibimos cada uno de nosotros anualmente proviene de fuentes naturales. Estas fuentes son de dos tipos.

Fuentes Extraterrestres: No quiere decir que seres de otros planetas nos irradien con su avanzado armamento, sino que es radiación que proviene desde fuera de la tierra. Esta es la radiación cósmica que se compone de diferentes partículas muy energéticas que vienen del sol o de otras estrellas, que tras haber viajado millones de años a través del espacio, se encuentran con nuestro planeta y llegan hasta nosotros. Los rayos cósmicos se componen de partículas cargadas eléctricamente como son protones, algunos electrones, iones, etc. o partículas sin carga como los neutrones.

Algunas de estas partículas llegan hasta nosotros directamente y en muchos casos nos atraviesan sin que nosotros lo sintamos. Otras muchas partículas colisionan con átomos o moléculas presentes en la atmósfera (por ejemplo el oxígeno que respiramos) y dan lugar a otras partículas secundarias que igualmente llegan hasta nosotros.

Hay que dejar claro que la radiación cósmica no es la misma en todos los lugares de la tierra ni a la misma altitud. La dosis efectiva debida a la radiación cósmica será mayor para aquellas personas que vivan en lugares que están a mayor altitud o que vuelen muy a menudo y también será mayor para personas que vivan en latitudes comprendidas entre los 40o y 50o de latitud.

Fuentes terrestres: Cuando la tierra se formó, incorporó a su composición muchos radionúclidos con una vida media tan larga como para que sigan existiendo en la actualidad, como son el 238U, 232Th, 235U o 40K. Además algunos de estos radionúclidos, al ser inestables, se desintegran en otros elementos que también son radiactivos, contribuyendo también a la dosis efectiva anual.

Estos elementos están distribuidos, más o menos, uniformemente en toda la corteza terrestre.

Sin embargo, existe un radionúclido que se encuentra en mayor proporción en ciertas zonas del planeta y que es especialmente peligroso para los seres vivos. Es el radón-222 (222Ra). Este radionúclido es el resultado de la desintegración del 226Ra y se encuentra en estado gaseoso por lo que, una vez emitido por el 226Ra que se encuentra en el suelo, se distribuye por la atmósfera y es susceptible de que lo respiremos. Si en lugar de emitirse directamente a la atmósfera, se filtra a través del suelo al interior de un edificio, las concentraciones aumentan y las probabilidades de que lo respiremos también aumentan.
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Mapa de distribución de Radón en España (Fuente: Agencia SINC)

El resto de la dosis efectiva que recibimos anualmente es resultado de algunas prácticas que ha desarrollado el ser humano y curiosamente, la mayor parte de esa radiación ionizante es debida a los tratamientos que recibimos para cuidar nuestra salud, como son las técnicas de radiodiagnóstico (por ejemplo, rayos X), radioterapia, medicina nuclear o radioinmunoanálisis. Si queréis aprender más sobre este tipo de radiaciones y su uso en la sociedad, os recomiendo que leáis el blog Desayuno con fotones, donde grandes expertos en estos temas lo explican de una manera clara, sencilla y didáctica.

Referencias:

UNSCEAR 2000 Report on Sources and Effects of Ionizing Radiation to the General Assembly. Volumen I y Volumen II
El Mapa del Radón en España. Cátedra de Física Médica, Universidad de Cantabria

Radiación y Radioactividad (I)

A menudo, cuando se habla de los peligros de la energía nuclear se habla de los peligros de la radiación. También cuando se habla de los peligros, no demostrados todavía por cierto,  de los móviles también se habla  de radiación. ¿Es correcto usar en ambos casos la palabra radiación? ¿Es la radiación siempre la misma?

Históricamente, la radiación es una combinación de campos eléctricos y magnéticos que oscilan y se propagan a través de un medio. En otras palabras son ondas que se mueven. Al contrario que las ondas de sonido, que necesitan de un medio físico para transmitirse, las ondas electromagnéticas, la radiación, también pueden transmitirse en el vacío, como por ejemplo el espacio exterior.

Como nota aparte ya que el vacío está vacío, si obviamos las fluctuaciones cuánticas en las que se están creando pares de partícula-antipartícula continuamente por supuesto, y no hay nada que ayude a la transmisión de las ondas de sonido, las grandes explosiones sonoras que se escuchan en las películas cuando la nave estelar Enterprise lanza un torpedo de fotones contra un ave de presa Klingon no se deberían poder escuchar, pero Star Trek es Star Trek y se le puede perdonar.

Estas ondas electromagnéticas se caracterizan por tener una energía que depende de su longitud de onda (distancia entre dos puntos de la onda con la misma fase, como pueden ser dos crestas) o de su frecuencia (número de ondas por segundo).

La longitud y la frecuencia son magnitudes inversamente relacionadas, por lo que si la longitud de onda es grande, es decir la distancia entre dos crestas sucesivas es grande su frecuencia es baja, es decir, hay pocas ondas por segundo, y viceversa. Si tomamos la frecuencia como magnitud de referencia, se tiene que a mayor frecuencia mayor energía.

c=λν y E=hν

Relaciones matemáticas entre la longitud de onda λ y la frecuencia ν y entre la energía E y la frecuencia ν. c es la velocidad de la luz que es constante y con un valor de aproximadamente 300.000 km/s  y h la constante de Planck que tiene un valor de 6,63 x10-34julios por segundo y que, como su nombre indica, es constante.

De momento esto no nos dice mucho sobre la radiación, para ahondar un poco más tenemos que saber que todo cuerpo que esté a una temperatura T por encima del cero absoluto, que equivale a -273,15 Celsius (el agua pura se congela a 0 Celsius), emite radiación. Si tenemos en cuenta que el tercer principio de la termodinámica nos dice que es imposible alcanzar el cero absoluto en un número finito de pasos, llegamos a la conclusión de que ¡todo emite radiación! Si todo emite radiación, ¡tenemos un problema, y grande, si toda la radiación es del mismo tipo!, porque si es del mismo tipo que la supuesta radiación de los móviles y de la que escapa de las centrales nucleares al emitir todo radiación deberíamos habernos extinguido hace tiempo.

Pero tranquilos, que no todo es tan malo. Como he comentado antes, la radiación es una onda que se transmite y que tiene una frecuencia y por lo tanto tiene una energía. Dependiendo de la frecuencia tendremos un tipo de radiación u otra y es lo que se conoce como espectro electromagnético.

Ahora es cuando la cosa se pone interesante, la radiación electromagnética se clasifica como radiación no ionizante y radiación ionizante. La radiación no ionizante es aquella que no lleva la energía suficiente (su frecuencia no es lo suficientemente alta) como para arrancar uno o varios electrones de los átomos o moléculas sobre los que incide, mientras que la radiación ionizante es la que lleva energía suficiente como para arrancar esos electrones. De aquí, creo podemos deducir que tipo de radiación es la mala, ¿no?

El límite entre lo que se entiende por radiación ionizante y no ionizante no está, sin embargo, muy claro. Si tenemos en cuenta que la energía de ionización de un átomo de hidrógeno son 13,6 eV (1 eV o electronvoltio es la energía que hay que darle a un electrón para que supere un potencial eléctrico de 1 voltio), toda radiación que haga que el hidrógeno pierda su electrón sería ionizante. Pero en general toda la materia, incluidos nosotros mismos, estamos compuestos de diferentes elementos químicos que hacen que exista un rango de energías de ionización muy amplio. En cualquier caso si consideramos la energía de ionización del hidrógeno como límite, mirando el espectro electromagnético tenemos que para radiación con energías a partir de las frecuencias de la radiación ultravioleta, y hacia frecuencias mayores como los rayos gamma, ya sería considerada radiación ionizante. De todos modos no hay un consenso en cuanto a este límite ya que como he dicho depende mucho del material sobre el que esté incidiendo la radiación y podemos considerar el rango de frecuencias del ultravioleta como un límite inferior.

Hemos visto que la radiación electromagnética está en todos sitios y no la podemos evitar, de hecho nosotros mismos somos una fuente enorme de radiación. El mero hecho de ser visibles a otros quiere decir que estamos emitiendo radiación, en este caso en el rango de frecuencias de la radiación visible. Además, generalmente tenemos una temperatura corporal de aproximadamente 36 grados Celsius por lo que estamos emitiendo radiación en el rango de frecuencias del infrarrojo. Por lo tanto ¿es mala la radiación? La respuesta generalmente es no, lo que debemos hacer es hablar correctamente y decir que la radiación ionizante si es mala, sobre todo a altas energías.