Radioactividad

Radioactividad:
Es un proceso en el que se libera energía debido a la desintegración de núcleos de atomos inestables, pues estos presentan un gran peso molecular, con una significativa diferencia entre la cantidad de protones y neutrones. Esa pérdida de energía resulta en un atomo particular transformandose en otro de distinto tipo.

Comienzos:

Este fenómeno se produjo en forma accidental en 1896 por Antoine Henry Becquerel durante
su investigación sobre la fosforescencia. Al colocar sales de uranio sobre una fotografica en una zona oscura, comprobó que dicha placa se ennegrecía. Las sales de uranio emitían una radiación capaz de atravesar papeles negros y otras sustancias opacas a la luz ordinaria. Estos rayos se denominaron en un principio rayos Becquerel en honor a su descubridor.

Marie y Pierre estudiaron las hojas radiactivas, en particular el uranio en forma de pechblenda, que tenía la curiosa propiedad de ser mas radiactiva que el uranio que se extraía de ella. La explicación lógica fue suponer que la pechblenda contenía trozos de algún elemento mucho mas radiactivo que el uranio.

También descubren que el torio podía producir radioactividad. Tras varios años de trabajo constante, a través de la concentración de varias clases de pechblenda, aislaron dos nuevos elementos químicos. El primero, en 1898, fue nombrado como polonio en referencia a su país nativo. El Polonio fue el primer elemento químico nombrado por razones políticas., y el otro, radio debido a su intensa radiactividad.Siempre trabajaron en estos años en un cobertizo y Pierre era el encargado de suministrar todos los medios y artilugios para que Marie trabajara.
La desintegración radioactiva
Los núcleos estan compuestos por protones y neutrones, que se mantienen unidos por la denominada fuerza fuerte. Algunos núcleos tienen una combinación de protones y neutrones que no conducen a una configuración estable. Estos núcleos son inestables o radiactivos. Los núcleos inestables tienden a aproximarse a la configuración estable emitiendo ciertas partículas. Los tipos de desintegración radiactiva se clasifican de acuerdo a la clase de partículas emitidas.
Desintegración o emisión de partículas alfa : El elemento radiactivo de número atómico Z, emite un núcleo de Helio (dos protones y dos neutrones), el número atómico disminuye en dos unidades y el número masico en cuatro unidades, produciéndose un nuevo elemento situado en el lugar Z-2 de la Tabla Periódica.
Debido a que la masa y el volumen de las partículas alfa son un poco elevados, la velocidad de estas emisiones es menor a la de los rayos beta y gamma, por esto presentan un bajo poder de penetración.
Las partículas alfa chocan con mucha facilidad con las moléculas que componen el aire y en cada colision pierden parte de su energía hasta quedar detenidas o absorbidas por otros nucleos en su camino. Si las partículas chocan con los electrones periféricos de un atomo, estos pueden ser arrancados por los rayos alfa, provocando la ionización del atomo, por esto las partículasalfa presentan un alto poder ionizante

Desintegración o emisión de partículas beta: El núcleo del elemento radiactivo emite un electrón, en consecuencia, su número atómico aumenta en una unidad, pero el número masico no se altera. El nuevo elemento producido se encuentra el lugar Z+1 de la Tabla Periódica.
Son mucho mas penetrantes que las emisiones alfa y se desvían frente a un campo electromagnético. Las emisiones beta provienen del núcleo, producto de la desintegración de un neutron
Desintegración o emisión de partículas gamma: El núcleo del elemento radiactivo emite un fotón (la partícula pequeña de la que esta compuesta la luz. Es energía pura, no tiene masa) de alta energía, la masa y el número atómico no cambian, solamente ocurre un reajuste de los niveles de energía. Estas características le otorgan a los rayos gamma la capacidad de atravesar materia

Los rayos x: Los rayos x, son energía electromagnética invisible, la cual es utilizada, como una manera para obtener o sacar imagenes internas de los tejidos, huesos y órganos de nuestro cuerpo u organismo
La diferencia fundamental con los rayos gamma es su origen: los rayos gamma son radiaciones de origen nuclear que se producen por la desexcitación de un nucleón de un nivel excitado a otro de menor energía y en la desintegración de isótopos radiactivos, mientras que los rayos X surgen de fenómenos extra nucleares, a nivel de la órbita electrónica, fundamentalmente producidos por desaceleración de electrones.
Los rayos X son productos de ladesaceleración rapida de electrones muy energéticos al chocar con un blanco metalico. Según la mecanica clasica, una carga acelerada emite radiación electromagnética, de este modo, el choque produce un espectro continuo de rayos X

Radiaciones naturales: es la emisión de radiactividad sin estímulos exteriores. El proceso de desintegración radiactiva explica la existencia de muchos elementos radiactivos en el medio ambiente. De hecho, hasta la invención del tubo de rayos X, en 1895, la única radiación que existía era la natural.
El ser humano vive en un mundo con radiactividad natural: recibe la radiación cósmica, procedente del espacio y la radiación del radón, procedente de la tierra; ingiere a diario productos naturales y artificiales que contienen sustancias radiactivas (en cantidades muy pequeñas), en sus huesos hay polonio y radio radiactivos, en sus músculos, carbono y potasio radiactivos, y en sus pulmones, gases nobles y tritio, también radiactivos.
Este conjunto de radiaciones naturales integra la radiación de fondo que depende de numerosos factores: el lugar donde se vive, la composición del suelo, los materiales de construcción, la estación del año, la latitud y, en cierta medida, las condiciones meteorológicas.

Radiaciones artificiales: La radiactividad artificial, también llamada radiactividad inducida, se produce cuando se bombardean ciertos núcleos estables con partículas apropiadas. Si la energía de estas partículas tiene un valor adecuado, penetran el núcleo bombardeado y formanun nuevo núcleo que, en caso de ser inestable, se desintegra después radiactivamente. Fue descubierta por los esposos Jean Frédéric Joliot-Curie e Irène Joliot-Curie, bombardeando núcleos de boro y de aluminio con partículas alfa. Observaron que las sustancias bombardeadas emitían radiaciones después de retirar el cuerpo radiactivo emisor de las partículas de bombardeo.
Isotopos: atomos cuyos nucleos tienen la misma cantidad de protones y diferente numero de neutrones (igual Z , distinto A ).
Isotopos radiactivos naturales :
* Uranio 235U y 238U
* Torio 234Th y 232Th
* Radio 226Ra y 228Ra
* Carbono 14C
* Tritio 3H
* Radón 222Rn
* Potasio 40K
* Polonio 210Po
Isotopos radiactivos artificiales:
* Plutonio 239Pu y 241Pu
* Curio 242Cm y 244Cm
* Americio 241Am
* Cesio 134Cs, 135Cs y 137Cs
* Yodo 129I, 131I y 133I
* Antimonio 125Sb
* Rutenio 106Ru
* Estroncio 90Sr
* Criptón 85Kr y 89Kr
* Selenio 75Se
* Cobalto 60Co

Isóbaros: atomos con el mismo numero masico pero con distinto numero atómico
Isótonos: atomosd e distintos elementos con igual cantidad de neutrones
Isoeléctricos: diferentes elementos con igual cantidad de electrones
Aplicaciones de la radiación

Aplicaciones médicas :Dentro del uso de la radiactividad en las actividades humanas, la mas conocida es la de sus aplicaciones médicas. El uso de la radiación en el diagnóstico y el tratamiento de enfermedades se ah convertido en una herramienta basica en medicina. Conella se ha podido realizar exploraciones del cerebro y los huesos, tratar el cancer y usar elementos radiactivos para dar seguimiento a hormonas y otros compuestos químicos de los organismos.
Aplicaciones en agricultura: Quiza sea una de sus aplicaciones mas polémicas. Como hemos venido indicando, las radiaciones ionizantes tienen la propiedad de ionizar (arrancar electrones) de la materia que atraviesan. Esta ionización tiene efectos biológicos que cada vez van siendo mejor conocidos. El efecto mas claro es el de las mutaciones genéticas que ha habido a lo largo de la evolución. Actualmente se investiga sobre cómo aprovechar estas mutaciones y el efecto de estas radiaciones para mejorar los cultivos, evitar plagas Así, por ejemplo, cada día vamos viendo aparecer cada vez un número mayor de productos transgénicos (manipulados genéticamente).
Existe un tenso debate sobre si se debería permitir este tipo de investigaciones y la comercialización de estos productos. Muchas organizaciones ecologistas avisan de la existencia de riesgos potenciales en el consumo de estos alimentos. El problema involucrado reside en que las mutaciones inducidas tienen un caracter basicamente aleatorio. Esto hace que en muchos casos no se pueda predecir el efecto o efectos secundarios que tienen sobre las plantas, las radiaciones a las que se les ha sometido. Los científicos argumentan en su defensa que las radiaciones forman parte natural de la evolución y que su empleo no es algo que no haya hecho ya la Naturaleza. Ademas, elinmenso potencial que tienen estas investigaciones a la hora de lograr una mayor productividad agrícola, abre la puerta a una futura erradicación del hambre en el mundo.

Aplicación en minería : Al aplicarse ionización en la búsqueda de materiales mineros (metales preciosos), el uso de esta facultad de algunas sustancias químicas es favorable para el uso humano. Aunque es un método de elevados costos, la exactitud de la radiactividad para hacer reaccionar algunos metales es sorprendente.
En el caso de Oro, se utiliza Cesio 13 o 14 para hacer reaccionar este metal en una frecuencia ultravioleta: Se magnetiza una potencial veda para hacerla reaccionar en la oscuridad. (El Oro bombardeado por Cesio brilla con luz propia).
Otra aplicación de la radiactividad se ve manifestada en el uso que se le aplica al Uranio 248: Para lograr que algunos procesos de Electrolisis, como con el Aluminio o el Platino, sean mas precisos y el resultado de este proceso mas puro, se irradian terrenos con este metal para que, luego de hacer correr corrientes eléctricas, la proporción de pureza sea mas exacta.
Aplicaciones industriales: Probablemente sea menos conocida la función que desempeña la radiación en la industria y la investigación. La inspección de soldaduras, la detección de grietas en metal forjado o fundido, el alumbrado de emergencia, la datación de antigüedades y la preservación de alimentos son algunas de sus numerosas aplicaciones
La esterilización :La irradiación es un medio privilegiado para destruir en fríolos microorganismos: hongos, bacterias, virus Por esta razón, existen numerosas aplicaciones para la esterilización de los objetos, especialmente para el material médico-quirúrgico.
La protección de las obras de arte: El tratamiento mediante rayos gamma permite eliminar los hongos, larvas, insectos o bacterias alojados en el interior de los objetos a fin de protegerlos de la degradación. Esta técnica se utiliza en el tratamiento de conservación y de restauración de objetos de arte, de etnología, de arqueología.
La elaboración de materiales: La irradiación provoca, en determinadas condiciones, reacciones químicas que permiten la elaboración de materiales mas ligeros y mas resistentes, como aislantes, cables eléctricos, envolventes termo retractables, prótesis, etc.
La radiografía industrial X o g :Consiste en registrar la imagen de la perturbación de un haz de rayos X o g provocada por un objeto. Permite localizar los fallos, por ejemplo, en las soldaduras, sin destruir los materiales.
Los detectores de fugas y los indicadores de nivel: La introducción de un radioelemento en un circuito permite seguir los desplazamientos de un fluido, detectar fugas en las presas o canalizaciones subterraneas.
El nivel de un líquido dentro de un depósito, el espesor de una chapa o de un cartón en curso de su fabricación, la densidad de un producto químico dentro de una cuba pueden conocerse utilizando indicadores radioactivos.
Los detectores de incendio: Una pequeña fuente radioactiva ioniza los atomosde oxígeno y de nitrógeno contenidos en un volumen reducido de aire. La llegada de partículas de humo modifica esta ionización. Por esta razón se realizan y se utilizan en los comercios, fabricas, despachos detectores radioactivos sensibles a cantidades de humo muy pequeñas.
Las pinturas luminiscentes: Se trata de las aplicaciones mas antiguas de la radioactividad para la lectura de los cuadrantes de los relojes y de los tableros de instrumentos para la conducción de noche.

La alimentación de energía de los satélites :Las baterías eléctricas funcionan gracias a pequeñas fuentes radioactivas con plutonio 239, cobalto 60 o estroncio 90. Estas baterías se montan en los satélites para su alimentación energética. Son de tamaño muy reducido y pueden funcionar sin ninguna operación de mantenimiento durante años.

La producción de electricidad: Las reacciones en cadena de fisión del uranio se utilizan en las centrales nucleares que, en Francia, producen mas del 75% de la electricidad.

Fisión nuclear: la fisión es una reacción nuclear que ocurre cuando un núcleo pesado se divide en dos o mas núcleos pequeños, ademas de algunos subproductos como neutrones libres, fotones (generalmente rayos gamma) y otros fragmentos del núcleo como partículas alfa (núcleos de helio) y beta
La fisión de núcleos pesados en que supone que se liberan cantidades sustanciales de energía. El proceso genera mucha mas energía que la liberada en las reacciones químicas convencionales, en las que estan implicadas las cortezas electrónicas;la energía se emite, tanto en forma de radiación gamma como de energía cinética de los fragmentos de la fisión, que calentaran la materia que se encuentre alrededor del espacio donde se produzca la fisión.
Los núcleos atómicos lanzados como productos de la fisión pueden ser varios elementos químicos. Los elementos que se producen son resultado del azar, pero estadísticamente el resultado mas probable es encontrar núcleos con la mitad de protones y neutrones del atomo fisionado original.



Fusión nuclear: es el proceso por el cual varios núcleos atómicos de carga similar se unen para formar un núcleo mas pesado. Se acompaña de la liberación o absorción de una cantidad enorme de energía, que permite a la materia entrar en un estado plasmatico.
Un ejemplo claro lo vemos a diario en la energía solar que tiene su origen en la fusión de núcleos de hidrógeno, generandose helio y liberandose una gran cantidad de energía que llega a la Tierra en forma de radiación electromagnética.
Por gramo de combustible, esta reacción comporta la liberación de tres o cuatro veces mas energía que una reacción de fisión. La energía liberada corresponde a la diferencia de masa entre el núcleo formado y sus constituyentes.
Las reacciones de fusión son las responsables de la energía que emiten el Sol y las estrellas, en cuyo interior la temperatura es del orden de 20 millones de grados y los atomos de hidrógeno estan completamente ionizados. La energía emitida por el Sol equivale a la pérdida de una masa de 4,3 millones detoneladas en un segundo.
A diferencia de lo que ocurre con la fisión, los productos que se forman en las reacciones de fusión no son radiactivos y, ademas, los isótopos ligeros necesarios para la fusión son comunes (por ejemplo el deuterio existe en el mar), de ahí las grandes esperanzas depositadas en llegar a producir energía a partir de un proceso de fusión. El problema mas importante planteado estriba en que los núcleos que se fusionan deben poseer suficiente energía para vencer las fuerzas electrostaticas de repulsión, lo que exige temperaturas de millones de grados. El material se hallara así en estado de plasma, y este plasma debe confinarse durante un tiempo suficientemente largo en un volumen no muy grande para que se produzca una reacción auto sostenida.
En las bombas termonucleares (bombas de hidrógeno) la temperatura necesaria se alcanza mediante la explosión de una o mas bombas atómicas que actúan como detonantes de la fusión subsiguiente.

Reactor nuclear de fisión: instalación física donde se produce, mantiene y controla una reacción nuclear en cadena. Por lo tanto, en un reactor nuclear se utiliza un combustible adecuado que permita asegurar la normal producción de energía generada por las sucesivas fisiones. Algunos reactores pueden disipar el calor obtenido de las fisiones, otros sin embargo utilizan el calor para producir energía eléctrica
--- Las parten principales del reactor de fisión nuclear:
-Combustible.-Isótopo  (divisible) o fértil
- Moderador(nuclear).- Agua, agua pesada, grafito, sodio metalico: Cumplen con la función de frenar la velocidad de los neutrones producidos por la fisión, para que tengan la oportunidad de interactuar con otros atomos fisionables y mantener la reacción.
- Refrigerante.- Agua, agua pesada, anhídrido carbónico, helio, sodio metalico: Conduce el calor generado hasta un intercambiador de calor, o bien directamente a la turbina generadora de energía eléctrica o propulsión
- Reflector.- Agua, agua pesada, grafito, uranio: reduce el escape de neutrones y aumenta la eficiencia del reactor
- Blindaje.- Hormigón, plomo, acero, agua: Evita la fuga de radiación gamma y neutrones rapidos
- Material de control (Cadmio o boro): hace que la reacción en cadena se pare. Son muy buenos absorbentes de neutrones
- Elementos de Seguridad: La contención de hormigón que rodea a los reactores es la principal de ellas. Evitan que se produzcan accidentes, o que, en caso de producirse, haya una liberación de radiactividad al exterior del reactor

Reactor nuclear de fusión: Instalación destinada a la producción de energía mediante la fusión nuclear. La mayor dificultad se haya en soportar la enorme presión y temperatura que requiere una fusión nuclear (que sólo es posible encontrar de forma natural en el núcleo de una estrella). Ademas este proceso requiere una enorme inyección de energía inicial (aunque luego se podría auto mantener ya que la energía desprendida es mucho mayor)

Efectos de la radiación en la comunidad: es la liberación degrandes cantidades de material radioactivo, que tiene graves efectos sobre la salud pública y el medio ambiente y la radiación no se ve ni se huele, entre ellos, el yodo, el estroncio 90 y el cesio (C-137) son algunos de los contaminantes mas perjudiciales para la salud humana, que aumentan el riesgo de padecer todo tipo de canceres y disminuyen la inmunidad del organismo.
La afección del yodo es inmediata, provoca mutaciones en los genes y aumenta el riesgo de cancer, especialmente de tiroides.
El cesio se deposita en los músculos, mientras el estroncio se acumula en los huesos, durante un periodo mínimo de 30 años. Ambas sustancias multiplican la posibilidad de padecer cancer de huesos, de músculos o tumores cerebrales, entre otras patologías.
Las radiaciones afectan también al sistema reproductivo, mas a las mujeres que a los hombres. Los espermatozoides se regeneran totalmente cada 90 días, sin embargo, los óvulos permanecen en los ovarios toda la vida y si un óvulo es alterado por la radiación y fecundado posteriormente, se produciran malformaciones en el feto, incluso años después.
Cuando la principal vía de contagio es la inhalación, sólo es efectivo ingerir pastillas de yodo. El tiroides va eliminando el yodo sobrante y de esta forma, cuando se satura de yodo normal puede ir eliminando el yodo radiactivo inhalado.
Si el contacto es a través de la piel, se elimina lavandose con detergente tanto el cuerpo, como el pelo y las uñas, y desechando la ropa.
La unidad de medida de la intensidad de laradiación es el gray (Gy) que cuantifica la dosis absorbida por el tejido vivo. Un gray equivale a la absorción de un joule de energía ionizante por un kilogramo de material irradiado. Esta unidad se estableció en el año 1975.
A partir de la acumulación de un gray de radiación en el cuerpo humano, se produce malestar general, dolores de cabeza, nauseas, vómitos, fiebre y diarrea.
Entre dosis de 3 y 5 grays, el equivalente a lo que se suele utilizar en tratamientos de radioterapia, se producen hemorragias, anemia e infecciones por la disminución de glóbulos blancos.
Al superar los seis grays, se puede originar la muerte en unos días o en sólo unas horas, debido a que los efectos de la radiación son acumulativos.
Con dosis de mas de 15 grays se produce inevitablemente la muerte.
Los trastornos mas frecuentes producidos por el exceso de radiación son el cancer, las alteraciones gastrointestinales, afecciones de la médula ósea, así como del aparato reproductor (infertilidad, malformaciones,…) y el debilitamiento del sistema inmunológico.
El medio ambiente también sufre las consecuencias potenciales de las radiaciones desencadenadas por la fusión del núcleo, que puede afectar a un area de decenas de kilómetros a la redonda.



Desastres nucleares:
Los principales accidentes nucleares de la historia han sido:
1957, Mayak (Rusia) magnitud 6 según la escala INES.
1957, Windscale (Gran Bretaña) magnitud 5 según la escala INES.
1979, Three Mile Island (EE. UU.) magnitud 5 según la escala INES.
1986,Chernóbil (Ucrania) magnitud 7 según la escala INES.
1987, Accidente radiológico de Goiania (Brasil) magnitud 5 según la escala INES.
1999, Tokaimura (Japón), magnitud 4 según la escala INES.
2011, Fukushima (Japón), magnitud 7 según la escala INES el incidente en los núcleos de los reactores 2 y 3, magnitud escala 3 en las piscinas de la unidad 4.
La Escala Internacional de Eventos Nucleares (mas conocida por sus siglas en inglés, INES -International Nuclear Event Scale-)
Nivel 7 INES: Accidente mayor
Nivel 6 INES: Accidente serio
Nivel 5 INES: Accidente con consecuencias amplias
Nivel 4 INES: Accidente con consecuencias locales
Nivel 3 INES: incidente grave
Nivel 2 INES: incidente
Nivel 1 INES: anomalía
Nivel 0 INES: desviación

Desventajas de la radiactividad:
Primero: Existe el riesgo de fusión nuclear; lo cual implica la concentración de energía a niveles difícilmente controlables y por tanto la generación de una inminente explosión.

Segundo: El manejo de los desechos y residuos nucleares; los desechos son acumulados en contenedores especiales pero que igual afectan el ambiente, muchas veces son enterrados bajo tierra y dentro de muchos años indudablemente ocasionaran reacciones químicas que afecten el subsuelo. Sin contar con que muchas veces los desechos van al mar, como el reciente caso de Fukushima, donde los perjudicados son los organismos marinos y por ende todo el equilibrio del planeta, puesto que los residuos son altamente tóxicos.

Tercero: Riesgo de escape dematerial radiactivo, los vapores desprendidos en estas reacciones son altamente tóxicos para todos los seres vivos.

Cuarto: Los potenciales armamentos de guerra que son fabricados, que sin duda podrían acabar nuestro planeta si los países que las fabrican deciden utilizarlas contra sus enemigos.

Una bomba atómica es un dispositivo que obtiene una gran cantidad de energía de reacciones nucleares. Su funcionamiento se basa en provocar una reacción nuclear en cadena descontrolada. Se encuentra entre las denominadas armas de destrucción masiva y su explosión produce una distintiva nube en forma de hongo.
Las bombas de hidrógeno lo que realizan es la fusión (no la fisión) de núcleos ligeros (isótopos del hidrógeno) en núcleos mas pesados.
La bomba de hidrógeno (bomba H), bomba térmica de fusión o bomba termonuclear se basa en la obtención de la energía desprendida al fusionarse dos núcleos atómicos, en lugar de la fisión de los mismos.

La bomba de neutrones, también llamada bomba N, bomba de radiación directa incrementada o bomba de radiación forzada, es un arma nuclear derivada de la bomba H que los Estados Unidos comenzaron a desplegar a finales de los años 70
Las bombas sucia, consistentes en la expansión mediante un explosivo convencional de material radiactivo sobre una area de terreno con el fin de provocar daños a la salud de las personas e impedir la habitabilidad de un territorio, dejando secuelas de este hecho sobre todo aquel ser humano que habite en ese lugar.