Radioactividade

A radioactividade é un fenómeno físico natural ou artificial, polo cal algunhas substancias ou elementos químicos chamadas radioactivos, son capaces de emitir radiacións, as cales teñen a propiedade de impresionar placas fotográficas, ionizar gases (polo que ás veces adóitase chamalas 'radiacións ionizantes'), producir fluorescencia, atravesar corpos opacos á luz ordinaria etc. As principais destas radiacións son as partículas alfa (núcleos de Helio), partículas beta (electróns) e/ou raios gamma, a máis doutras como protóns ou raios X. A radioactividade prodúcese a partir de reaccións nucleares, que alteran o balance de enerxía nuclear facendo que elementos como o uranio, o radio ou o torio (elementos con isótopos inestables, que desexcitan os seus núcleos en estado excitado emitindo partículas e enerxía), emitan partículas alfa, beta, gamma ou doutro tipo. O uranio, por exemplo, ten 92 protóns, mais coa radioactividade vai variando o número deles no núcleo, ata rematar constituíndo un núcleo de chumbo, estable, con 82 protóns e sen radiación.

É aproveitada para a obtención de enerxía e usada tamén en medicina (radioterapia e radiodiagnóstico) e en aplicacións industriais (medidas de espesores e densidades, entre outras).

• Becquerel, en 1896, observou que mostras de sulfato de uranio e potasio, ao ser expostas á luz solar, eran capaces de impresionar unha placa fotográfica. Logo observou que calquera composto de uranio tiña esta propiedade sen ter sido exposto á luz solar previamente.
• Rutherford, amosou que as radiacións emitidas polos sales de uranio eran capaces de ionizar o aire e de producir a descarga de corpos cargados electricamente.
• O matrimonio formado por Marie Curie e Pierre Curie, chegou á conclusión de que este tipo de radiacións era un fenómeno atómico, non exclusivo do uranio, senón que tamén estaba asociado a outros elementos químicos descubertos por eles como o radio e o polonio. Así, a radioactividade do radio representa máis dun millón de veces a corresnpodente dunha cantiade equivalente de uranio.

Segundo a súa orixe, a radioactividade pode ser

• Natural: a manifestada por isótopos que se atopan na natureza.
• Artificial ou inducida: Manifestada por radioisótopos producidos en transformacións nucleares producidas artificialmente.

Non obstante, sexa cal sexa o xeito de obtención dos isótopos que a producen, a radioactividade é un fenómeno netamente natural.

En 1896 Becquerel descubriu que certas sales de uranio emitían radiacións espontaneamente, ao observar que velaban as placas fotográficas envolvidas en papel negro. Fixo ensaios co mineral en quente, en frío, pulverizado, disoluto en ácidos e a intensidade da misteriosa radiación era sempre a mesma. Esta nova propiedade da materia, que recibiu o nome de radioactividade, non dependía da forma física ou química na que se atopaban os átomos do corpo radioactivo, senón que era unha propiedade que radicaba no interior mesmo do átomo. O estudo do novo fenómeno e o seu desenvolvemento posterior débese case exclusivamente nos seus comezos aos esposos Curie, Marie Curie e Pierre Curie, que atoparon outras substancias radioactivas como o torio, polonio e radio. A intensidade da radiación emitida manifestou ser proporcional á cantidade de uranio presente, polo que Marie Curie deduciu que a radioactividade era unha propiedade atómica: o fenómeno da radioactividade orixínase exclusivamente no núcleo dos átomos radioactivos. A causa que da orixe á radioactividade é a interacción inter partículas no núcleo, relacionada coa estabilidade do mesmo. Ao estudar a radiación emitida polo radio comprobouse que era complexa, pois ao aplicarlle un campo magnético parte dela desviábase da súa traxectoria e outra parte non.

Prodúcese a radioactividade inducida, chamada artificial, cando se bombardean certos núcleos estábeis con partículas apropiadas. Se a enerxía destas partículas ten un valor axeitado, ditas partículas penetran dentro do núcleo bombardeado e forman un novo núcleo que, en caso de ser inestábel, desintégrase despois radioactivamente. Foi descuberta polos esposos Joliot-Curie (Jean Frédéric Joliot-Curie e Irène Joliot-Curie), bombardeando núcleos de boro e aluminio con partículas alfa. Observaron que as substancias bombardeadas emitían radiacións despois de retirar o corpo radioactivo emisor das partículas a de bombardeo. O estudo da radioactividade, tanto natural como artificial, permitiu un maior coñecemento da estrutura do núcleo atómico e mais das partículas subatómicas, abrindo a posibilidade de converter uns elementos noutros. Así faise realidade o soño dos alquimistas de transformar outros elementos en ouro, aínda que non resulte rendíbel.

As principais clases de radiación son:

1. Radiación alfa: Son fluxos de partículas cargadas positivamente compostas por dous neutróns e dous protóns (núcleos de Helio). Son desviadas por campos eléctricos e magnéticos. Son pouco penetrantes, e relativamente lentas, aínda que moi ionizantes, debido respectivamente á súa masa (grande) e a súa carga(2+).
2. Radiación beta: Son fluxos de electróns resultantes da desintegración dos neutróns do núcleo. Desvíana os campos eléctricos e magnéticos, conforme a ser cargas eléctricas en movemento. É máis penetrante, aínda que o seu poder de ionización non é tan elevado como o das partículas alfa, sendo asemade máis veloces. Comunmente chámase radiación beta ós electróns emitidos polo núcleo (beta negativas), aínda que tamén se lle chama 'beta positivas' ós positróns emitidos na reacción que produce un neutrón a partir dun protón. Cando un átomo expulsa unha partícula beta aumenta (ou diminúe, se é beta positiva) o seu número atómico unha unidade (debido ao protón 'ganado' por conversión dende un neutrón ou 'perdido' por conversión nun neutrón).
3. Radiación gamma: Son ondas electromagnéticas, desprazándose por tanto á velocidade da luz. É o tipo máis penetrante de radiación. Ao non ter carga (ondas electromagnéticas de lonxitude de onda curta), os campos eléctricos e magnéticos non a afectan e necesítanse capas moi grosas de chumbo ou formigón para detelas.

As leis de desintegración radioactiva, descritas por Soddy e Fajans, son:

• Cando un átomo radioactivo emite unha partícula alfa, a masa do átomo resultante diminúe en 4 unidades e o número atómico en 2.
• Cando un átomo radioactivo emite unha partícula beta, a masa do átomo resultante non varía e o seu número atómico aumenta nunha unidade.
• Cando un núcleo excitado emite unha radiación gamma non varía nin a súa masa nin o seu número atómico, só perde unha cantidade de enerxía hν (onde "h" é a constante de Planck e "nu" é a frecuencia da radiación emitida").

As dúas primeiras leis indícannos que cando un átomo emite unha radiación alfa ou beta transfórmase noutro átomo dun elemento diferente. Este novo elemento pode ser radioactivo, transformándose noutro, e así sucesivamente, dando lugar ás chamadas series radioactivas. A terceira indícanos que a emisión dunha onda non varía o isótopo, aínda que si o fai co seu estado, e polo tanto, coa súa excitación. En calquera dos casos, o que actúa e cambia nos átomos é o núcleo.

Cando unha partícula radioactiva se introduce nun contador Geiger, produce un breve impulso de corrente eléctrica. A radioactividade dunha mostra calcúlase polo número destes impulsos.

Chámase vida media dun isótopo ao tempo que se precisa para que a cantidade de núcleos dun isótopo radioactivo se reduza á metade.

${\displaystyle T_{1/2}=ln(2)/\lambda }$

Ao longo de cada semiperíodo, a radioactividade descende primeiro á metade, logo a unha cuarta parte, e así sucesivamente. A vida media de cada radioisótopo é diferente.

Chámase constante de desintegración radioactiva (${\displaystyle \lambda }$) á constante de proporcionalidade entre o número de desintegracións nun tempo dado e o número de átomos radioactivos existente (${\displaystyle \lambda =A/N}$). A constante adoita darse en unidades do S.I., isto é, en ${\displaystyle s^{-1}}$ .

Chámase vida media dun radioisótopo ó tempo medio de vida dun átomo radioactivo antes de desintegrarse. É igual á inversa da constante de desintegración radioactiva (${\displaystyle \tau =1/\lambda }$).

Exemplos:

Isótopo	Vida media	Desintegración
Uranio-238	4.500 millóns de anos	Alfa
Carbono-14	5.570 anos	Beta
Cobalto-60	5,3 anos	Gamma
Radón-222	4 días	Beta
Unnilquadio-105	32 segundos	Gamma

A velocidade de desintegración ou actividade radioactiva mídese en Bq, no SI. Un Becquerel equivale 1 desintegración cada segundo. Tamén existen outras unidades como o Rutherford, que equivale a 10⁶ desintegracións cada segundo, ou o curio, que equivale identicamente a 3,7 · 10¹⁰ desintegracións por segundo (unidade baseada na actividade de 1 g de Radio que é próxima a esa cantidade).

Para o cálculo da actividade radioactiva emprégase a seguinte expresión matemática:

${\displaystyle A_{t}=A_{0}\cdot e^{-\lambda \cdot t}}$

Notación:

• ${\displaystyle A_{t}}$ é a actividade radioactiva no instante t
• ${\displaystyle A_{0}}$ é a actividade radioactiva inicial (cando t = 0)
• e é a base dos logaritmos neperianos
• t é o tempo transcorrido
• ${\displaystyle \lambda }$ é a constante de desintegración radioactiva, que é propia de cada radioisótopo

A lei da radiosensibilidade di que os tecidos e órganos máis sensíbeis ás radiacións son os menos diferenciados e os que exhiben alta actividade reprodutiva. Como exemplo, temos:

• Tecidos cancerosos. Moi sensíbeis. Por iso se utiliza a radiación para atacalos
• Tecidos altamente radiosensíbeis: epitelio intestinal, órganos reprodutivos (ovarios, testículos), medula ósea
• Tecidos medianamente radiosensíbeis: tecido conectivo
• Tecidos altamente radioresistentes: neuronas, ósos

Os efectos da radioactividade sobre a saúde son complexos. Dependen da dose absorbida polo organismo. Como non todas as radiacións teñen a mesma nocividade, multiplícase cada radiación absorbida por un coeficiente de ponderación, para ter en conta as diferenzas, tendo así unha referencia de nocividade. A isto chámaselle dose equivalente, medida en sieverts, xa que o Becquerel mide mal a perigosidade dun elemento posto que considera como idénticos os tres tipos de radiacións (alfa, beta e gamma). Unha radiación alfa ou beta é relativamente pouco perigosa fóra do corpo. En cambio, é extremadamente perigosa cando se inhala. Doutra banda, as radiacións gamma fan sempre dano posto que se neutralizan con dificultade.

O risco para a saúde non só depende da intensidade da radiación e a duración da exposición, senón tamén do tipo de tecido afectado e da súa capacidade de absorción; por exemplo, os órganos reprodutores son 20 veces máis sensibles que a pel.

Polo xeral considérase que o medio ambiente natural (afastado de calquera fonte radioactiva) é inofensivo: emite unha radiación inferior a 0,00012 mSv/h ou 0,012 mrem/h.

Se se ten que poñer un limiar mínimo de inocuidade, a dose vólvese perigosa a curto prazo a partir dos 0,002 mSv/h ou 0,2 mrem/h aínda que, como no caso das radiografías, todo depende do tempo durante o cal se expón á persoa ás radiacións. As palabras chave son: 'Tempo, Blindaje, Distancia'. Así, por exemplo, alguén pode estar baixo unha radiación cunha dose de 50 mSv/h sen arriscar a súa vida se non está máis de 5 s exposto á fonte, posto que a dose total recibida é moi débil.

Amósanse a continuación as doses actualmente toleradas nos diferentes sectores dunha central nuclear:

Zona	dose
Zona azul	de 0,0025 a 0,0075 mSv/h
Zona verde	de 0,0075 a 0,02 mSv/h
Zona amarela	de 0,02 a 2 mSv/h
Zona laranxa	de 2 a 100 mSv/h
Zona vermella	> 100 mSv/h

A dose acumulada dunha fonte radioactiva artificial é perigosa a partir de 500 mSv ou 50 rem, onde se comezan a notar os primeiros síntomas de alteración sanguínea. En 1992 a dose máxima permitida para unha persoa que traballase baixo radiacións ionizantes fixábase en 15 mSv sobre os 12 últimos meses en Europa (CERN e Inglaterra) e en 50 mSv sobre os 12 últimos meses nos Estados Unidos. Desde agosto de 2003 a dose máxima permitida pasou a 20 mSv sobre os 12 últimos meses.

Recordemos de paso que nun escáner médico recibimos aproximadamente 150 mSv en media xornada. Así, estariamos nunha zona vermella nunha central nuclear. Por iso mesmo, para evitar todo síntoma de alteración sanguínea, é mellor limitarse a un máximo de tres exames deste tipo por ano.

Trátase dunha dose acumulada, unha exposición continua ás radiacións ionizantes durante un ano que ten en conta certos factores de ponderación. Ata 1992 os valores variaban dun factor 4 entre Europa e Estados Unidos. Hoxe estas doses están estandarizadas e son periodicamente revisadas.

• Plutonio ²³⁹Pu e ²⁴¹Pu
• Uranio ²³⁵U e ²³⁸U
• Curio ²⁴²Cm e ²⁴⁴Cm
• Americio ²⁴¹Am
• Torio ²³⁴Th
• Radio ²²⁶Ra e ²²⁸Ra
• Cesio ¹³⁴Cs, ¹³⁵Cs e ¹³⁷Cs
• Iodo ¹²⁹I, ¹³¹I e ¹³³I
• Antimonio ¹²⁵Sb
• Rutenio ¹⁰⁶Ru
• Estroncio ⁹⁰Sr
• Cripton ⁸⁵Kr e ⁸⁹Kr
• Selenio ⁷⁵Se
• Cobalto ⁶⁰Co
• Cloro ³⁶Cl
• Carbono ¹⁴C
• Tricio ³H
• Radon
• Polonio

• Lei de Soddy
• Lei de Fajans
• Partícula alfa
• Partícula beta
• Raios gamma

Commons ten máis contidos multimedia sobre:  Radioactividade

• Axencia Internacional da Enerxía Atómica
• Páxina web do Consello de Seguridade Nuclear - Organismo que vixía o correcto funcionamento da enerxía nuclear en España
• ATSDR - ToxFAQs™: americio: Departamento de Saúde e Servizos Humanos de EE.UU. (dominio público)
• ATSDR - ToxFAQs™: cesio: Departamento de Saúde e Servizos Humanos de EE.UU. (dominio público)
• ATSDR - ToxFAQs™: plutonio: Departamento de Saúde e Servizos Humanos de EE.UU. (dominio público)
• ATSDR - ToxFAQs™: uranio: Departamento de Saúde e Servizos Humanos de EE.UU. (dominio público)