Menu

Central nuclear d'Isar, Alemanya

Piscina de combustible nuclear gastat

Turbina d'una central nuclear

Radiació ionitzant

Radiació ionitzant

Una radiació ionitzant és aquella radiació formada per fotons o partícules que a l'interaccionar amb la matèria produeixen ions, tant si ho fan directament com indirectament.

Exemples de radiacions electromagnètiques ionitzants:

  1. Els raigs ultraviolats de major energia.
  2. Els raigs X i els raigs gamma

Exemples de radiacions ionitzants corpusculars:

  1. La radioactivitat alfa.
  2. La desintegració beta.

No són radiacions ionitzants la llum visible, ni els raigs infrarojos, Ni les ones radioelèctriques de ràdio.

Aquestes radiacions van ser descobertes per per Wilhelm Conrad Röntgen el 1.895. Des de llavors, són utilitzades en aplicacions mèdiques i industrials. Tot i la varietat d'usos, la radiació ionitzant presenta un risc per a la salut si no es prenen les mesures correctes contra l'exposició no desitjada. L'exposició a la radiació ionitzant causa dany als teixits vius i pot causar mutacions, malalties per radiació aguda, càncer i mort.

En l'àmbit de la medicina nuclear, l'aplicació més coneguda dels aparells de raigs X, o l'ús de fonts de radiació en l'àmbit mèdic, tant en diagnòstic (gammagrafia) com en el tractament (radioteràpia en oncologia, per exemple) mitjançant l'ús de fonts o acceleradors de partícules.

La radiació ionitzant és invisible i no és directament perceptible pels sentits humans. Per aquesta raó, calen instruments per detectar la radiació, com els comptadors Geiger. No obstant això, pot causar l'emissió de llum visible immediatament després de la interacció amb la matèria, com en la radiació de Cherenkov i la radioluminescència.

Quin és l'origen de les radiacions ionitzants?

Les radiacions ionitzants poden tenir un origen natural o artificial. De forma natural, algunes substàncies radioactives poden emetre radiacions de forma espontània. D'altra banda, hi ha generadors artificials, com els generadors de raigs X i els acceleradors de partícules.

Alguns elements són més adequats que altres per produir aquest tipus de reaccions. És el cas de l'urani-235, amb tendència a absorbir qualsevol neutró que xoc amb ell. Quan això passa, l'urani-235 augmenta de pes, es torna més inestable i acaba trencant-se en diversos fragments, alliberant altres neutrons.

Si aquests neutrons són absorbits, al seu torn, per altres àtoms d'urani-235 s'allibera una  energia suficient com per generar més reaccions. Llavors, es  produeix una seqüència de reaccions en cadena. Aquestes divisions de el nucli dels àtoms es diu fissió nuclear i generen quantitats importants de radioactivitat i d'energia.

En realitat, aquestes reaccions de fission nuclear són les que es generen en els reactors nuclears perquè la resta de la central nuclear pugui convertir aquesta energia en electricitat.

Què és la radiobiología?

La radiobiología és el camp interdisciplinari de la ciència que comprèn les conseqüències biològiques de la radiació ionitzant i no ionitzant de tot l'espectre de les ones electromagnètiques. Dins d'aquest camp s'inclou la radioactivitat (alfa, beta i gamma), raigs X, raigs ultraviolats, llum visible, microones i les ones de ràdio.

A més, la radiobilolgía estudia la radiació de baixa freqüència (com s'usa en transmissió elèctric altern, radiació tèrmica d'ultrasò ( calor) i modalitats relacionades. L'àrea va ser fundada per Louis Harold Gray.

En resum, la radiobiología estudia com les radiacions ionitzants interaccionen amb la matèria viva i els efectes que produeix.

Quins són els efectes físics de les radiacions ionitzants?

Podem classificar els efectes físics de les radiacions ionitzants en:

  • efectes nuclears
  • efectes químics
  • efectes elèctrics

Efectes nuclears

Els neutrons (partícules subatòmiques), els raigs alfa i els raigs gamma extremadament energètics (> 20 MeV) poden causar transmutació nuclear. Els mecanismes rellevants són l'activació de neutrons i la fotodesintegración.

Un nombre bastant gran de transmutacions pot canviar les propietats macroscòpiques i fer que els objectius es tornin radioactius, fins i tot després que s'elimina la font original.

Efectes químics

La radiació ionitzant que interactua amb les molècules pot conduir a:

  • Radiolisis (ruptura de enlaces químicos)
  • Formació de radicals lliures altament reactius. Aquests radicals lliures, que tenen un electró no aparellat, poden reaccionar químicament amb els elements veïns, restant un electró d'ells, fins i tot després que la radiació original s'hagi aturat.
  • Destrucció de les xarxes cristal·lines, fent-les tornar-amorfes.
  • Acceleració de reaccions químiques, com la polimerització, que ajuda a aconseguir l'energia d'activació requerida per a la reacció.

En canvi, hi ha alguns elements que són immunes als efectes químics de la radiació ionitzant, com els fluids monoatòmics que no tenen enllaços químics de trencar i que no interfereix la xarxa cristal·lina.

En canvi, els compostos biatómicos simples amb entalpia de formació molt negativa, com l'àcid fluorhídric, es reformaran ràpida i espontàniament després de la ionització.

Efectes elèctrics

La ionització de materials augmenta temporalment la seva conductivitat afectant la  electrònica dels àtoms . Aquest és un perill particular en la microelectrònica de semiconductors amb el risc de corrents retardades que introdueixen errors de funcionament. La microeletrónica de semiconductors es utilitzada en equips electrònics.

En el cas de fluxos alts, el dispositiu en si està danyat permanentment. La radiació de protons existent en l'espai també pot canviar significativament l'estat dels circuits digitals.

Els dispositius destinats a entorns d'alta radiació poden fabricar per resistir aquests efectes mitjançant el disseny, la selecció de materials i els mètodes de fabricació. Aquests dispositius s'utilitzen habitualment en els equips espacials (extra-atmosfèrics) i per a la indústria nuclear.

En realitat, els circuits més complexos que utilitzen el programari aconsegueixen compensar els errors deguts a la irradiació.

Quins efectes provoca la radiació sobre la salut?

La radiació ionitzant pot afectar els teixits biològics i, per tant, a la salut.

Els danys que pot causar als teixits biològics són de diversos tipus i es divideixen en:

  • Dany somàtic determinista. Els efectes determinístics involucren altes dosis de radiació sobre porcions grans de el cos.
  • Dany somàtic estocàstic. Els efectes no determinístics ocorren a nivells baixos d'exposició a la radiació. En aquest cas, el dany és estadístic. És a dir, és possible predir la proporció d'una població donada de persones exposades que serà afectada, però impossible saber com afectarà cada persona individualment.
  • Dany genètic estocàstic. Aquests danys descriuen les alteracions genotípiques hereditàries resultants demutaciones en els gens o cromosomes de cèl·lules germinals.

El dany somàtic es refereix a el dany ocorregut en els teixits de l'individu irradiat. D'altra banda, el dany genètic es refereix a el mal que afectarà les generacions futures. 

Les regulacions actuals contra la contaminació s'estableixen límits estrictes a l'exposició individual, que també impliquen l'exposició a materials de construcció comuns com la toba (que allibera vapors de radó).

    Efectes de la radiació alfa en la salut

    La radiació alfa té un baix poder de penetració, per tant, és fàcilment detinguda per la capa superficial de cèl·lules mortes de la pell. En aquest sentit, la pell realitza una funció de  protecció radiològica,  pel que no és perillosa per als humans en casos de radiació externa.

    En canvi, la radiació alfa es torna perillosa en situacions on la font radioactiva s'inhala o s'ingereix (radiació interna) perquè en aquest cas pot danyar directament els teixits radiofreqüència.

    Efectes de la radiació gamma en la salut

    D'altra banda, la radiació gamma (fotons), que té un poder de penetració molt alt, pot ser perillosa per als éssers vius fins i tot en situacions de radiació externa. La quantitat de radiació absorbida per un cos s'anomena dosi absorbida i es mesura en gris.

    Quines són les fonts de radiació ionitzant?

    Fonts naturals:

    • Desintegració radioactiva espontània de radionúclids.
    • Reaccions termonuclears, com el sol.
    • Reaccions nuclears induïdes com a resultat de l'entrada al nucli de partícules elementals d'alta energia o fusió nuclear.
    • Els raigs còsmics.

    Fonts artificials:

    • Radionúclids artificials.
    • Reactors nuclears.
    • Acceleradors de partícules (generen fluxos de partícules carregades, així com radiació de fotons bremsstrahlung).
      • aparell de raigs X com un tipus d'accelerador, el fre genera raigs X.

    Radioactivitat induïda

    Com a resultat de la irradiació i la reacció nuclear induïda corresponent, molts àtoms estables es converteixen en isòtops inestables.

    Com a resultat d'aquesta irradiació, una substància estable es torna radioactiva i el tipus de radiació ionitzant secundària diferirà de l'exposició inicial. Aquest efecte és més pronunciat després de la irradiació de neutrons.

    La cadena de transformacions nuclears

    En el procés de desintegració nuclear o síntesi, sorgeixen nous núclids, que també poden ser inestables. El resultat és una cadena de transformacions nuclears.

    Cada transformació té la seva pròpia probabilitat i el seu propi conjunt de radiació ionitzant. Com a resultat, la intensitat i la naturalesa de la radiació d'una font radioactiva pot variar significativament amb el temps.

    Referències

    Efectes biològics de les radiacions - Dosimetria  (es - pdf)

    Autor:

    Data de publicació: 28 de novembre de 2019
    Última revisió: 21 de març de 2020