INTRODUCCION
La radiación es un fenómeno consiste en la propagación de
energía en forma de ondas electromagnéticas o partículas
subatómicas a través del vacío o de un medio material.
También hablaremos sobro todos los tipos de radiación que
existen, que son y de que se componen.
Como sabemos todos, la radiación es muy dañina para el cuerpo
humano y veremos cada uno de los síntomas que causa y si pueden provocar
la muerte o sus efectos secundarios y no solo en los humanos también en
los animales y en la naturaleza.
Ademas estudiaremos un poco sobre el fenómeno físicos en
la materia asociados con la radiación electromagnética.
Hablaremos también sobre varia teorías como ser las ecuaciones de
Maxwell y Dualidad onda-corpúsculo y otras.
Toda la información y material obtenido utilizados para esta
investigación representa fuente de información fiable y muy
precisa generando una confianza firme en cada uno de los aspectos mostrados en
este material.
Radiación
El fenómeno de la radiación consiste en la propagación de
energía en forma de ondas electromagnéticas o partículas
subatómicas a través del vacío o de un medio material.
La radiación propagada en forma de ondas electromagnéticas (rayos
UV, rayos gamma, rayos X, etc.) se llama radiación
electromagnética, mientras que la radiación corpuscular es la
radiación transmitida en forma de partículas subatómicas
(partículas α, neutrones, etc.) que se mueven a gran velocidad en
un medio o el vacío, con apreciable transportede energía.
Si la radiación transporta energía suficiente como para provocar
ionización en el medio que atraviesa, se dice que es una
radiación ionizante. En caso contrario se habla de radiación no
ionizante. El caracter ionizante o no ionizante de la radiación
es independiente de su naturaleza corpuscular u ondulatoria.
Son radiaciones ionizantes los rayos X, rayos γ, partículas α
y parte del espectro de la radiación UV entre otros. Por otro lado,
radiaciones como los rayos UV y las ondas de radio, TV o de telefonía
móvil, son algunos ejemplos de radiaciones no ionizantes.
Elementos radiactivos
Algunas substancias químicas estan formadas por elementos
químicos cuyos núcleos atómicos son inestables. Como
consecuencia de esa inestabilidad, sus atomos emiten partículas
subatómicas de forma intermitente y aleatoria.1
En general son radiactivas las sustancias que presentan un exceso de protones o
neutrones. Cuando el número de neutrones difiere del número de
protones, se hace mas difícil que la fuerza nuclear fuerte debida
al efecto del intercambio de piones pueda mantenerlos unidos.1 Eventualmente el
desequilibrio se corrige mediante la liberación del exceso de neutrones
o protones, en forma de partículas α que son realmente núcleos
de helio, partículas β que pueden ser electrones o positrones.
Estas emisiones llevan a dos tipos de radiactividad:
Radiación α, que aligera los núcleos atómicos en 4
unidades basicas, y cambia el número atómico en dos
unidades.1
Radiación β, que no cambia la masa del núcleo, yaque implica
la conversión de un protón en un neutrón o viceversa, y
cambia el número atómico en una sola unidad (positiva o negativa,
según la partícula emitida sea un electrón o un positrón).1
Ademas existe un tercer tipo de radiación en que simplemente se
emiten fotones de alta frecuencia, llamada radiación γ. En este
tipo de radicación lo que sucede es que el núcleo pasa de un
estado excitado de mayor energía a otro de menor energía, que
puede seguir siendo inestable y dar lugar a la emisión de mas
radiación de tipo α, β o γ. La radiación γ es
un tipo de radiación electromagnética muy penetrante debido a que
los fotones no tienen carga eléctrica, así como ser inestables
dentro de su capacidad molecular dentro del calor que efectuasen entre
sí.1
Radiación térmica
Cuando un cuerpo esta mas caliente que su entorno, pierde calor
hasta que su temperatura se equilibra con la de dicho entorno. Este proceso de
pérdida de calor se puede producir por tres tipos de procesos:
conducción, convección y radiación térmica. De
hecho, la emisión de radiación puede llegar a ser el proceso
dominante cuando los cuerpos estan relativamente aislados del entorno o
cuando estan a temperaturas muy elevadas. Así, un cuerpo muy
caliente emitira, por norma general, gran cantidad de ondas
electromagnéticas. La cantidad de energía radiante emitida o
calor radiado viene dada por la Ley de Stefan-Boltzmann. De acuerdo con esta
ley, dicho calor radiado es proporcional a su temperatura absoluta elevada a la
cuarta potencia:
Donde
P esla potencia radiada.
α es un coeficiente que depende de la naturaleza del cuerpo; α = 1
para un cuerpo negro perfecto.
S es el area de la superficie que radia.
σ es la constante de Stefan-Boltzmann, que tiene un valor de 5,67 ×
10-8 W/m²K4
T es la temperatura absoluta.
Tipos de radiación
Radiación electromagnética
Radiación ionizante
Radiación térmica
Radiación de Cerenkov
Radiación corpuscular
Radiación solar
Radiación nuclear
Radiación de cuerpo negro
Radiación no ionizante
Radiación cósmica
Efectos de la radiación en los seres vivos
Efectos sobre el hombre
Según la intensidad de la radiación y en que parte del cuerpo se
produjo, el enfermo puede llegar a morir en el plazo de unas horas a varias
semanas. Si sobreviene, sus expectativas de vida quedan sensiblemente
reducidas. Los efectos nocivos de la radioactividad se acumulan hasta que una
exposición mínima se convierte en peligrosa después de
cierto tiempo. Las condiciones que se expresan cuando alguien es víctima
de enfermedad por radiación son:
nauseas
vómitos
convulsiones
delirios
dolores de cabeza
diarrea
Quemaduras en una persona expuesta a la radiación.
pérdida de cabellera
pérdida de dentadura
reducción de los glóbulos rojos en la sangre
reducción de los glóbulos blancos en la sangre
daño al conducto gastrointestinal
pérdida de la mucosa de los intestinos
hemorragias
esterilidad
infecciones bacterianas
cancer
leucemia
cataratas
daños genéticos
daño cerebral
daños al sistema nervioso
cambio del color de peloa gris
quemaduras
Efectos sobre animales
Si los animales son irradiados, a los pocos días presentan diarrea,
irritabilidad, pérdida de apetito y apatía. Pueden quedar
estériles según el grado de exposición. Cuando son
afectados por la radiación, los órganos internos se contaminan y
algunos elementos radiactivos (como el Estroncio) se introducen en los huesos,
dónde permanecen toda la vida disminuyendo las defensas del organismo, y
haciendo al animal presa facil para las enfermedades. Para eliminar la
radiación en los animales, la solución es tiempo y cuidado,
ademas de no seguir expuestos a productos radiactivos.
Si se consumen animales, deben evitarse los huesos y los órganos.
Transferencia lineal de energía (LET)
La transferencia lineal de energía o LET (Linear Energy Transfer) es una
medida que indica la cantidad de energía 'depositada' por la
radiación en el medio continuo que es atravesado por ella.
Técnicamente se expresa como la energía transferida por unidad de
longitud. El valor de la LET depende tanto del tipo de radiación como de
las características del medio material traspasado por ella.
La LET se relaciona de manera directa con dos propiedades muy importantes en el
analisis de las radiaciones: la capacidad de penetración y la
cantidad de 'dosis' que depositan:
2. Un haz de radiación de baja LET (e. g. la radiación
electromagnética y γ-radiación gamma-) depositara su
energía lentamente, por lo que antes de haber perdido toda su
energía sera capaz de atravesar un gran espesor de material. Por
ello dejara una dosis baja en el medio que atraviesa.
Esto explica por qué podemos protegernos de las partículas α
con una simple capa de aire y, sin embargo, es necesario un gran espesor de
plomo u otro metal pesado para protegernos de los rayos gamma.
Biológicamente estas medidas son importantes, ya que diversas
radiaciones pueden causar daños a la salud según la intensidad de
la radiación o la LET a la que se exponga el cuerpo humano.
Ademas es importante notar que las dosis no sólo dependen de la
LET. Pese a lo dicho, un haz de fotones muy energético puede provocar
grandes dosis.
Radiación electromagnética
La radiación electromagnética es una combinación de campos
eléctricos y magnéticos oscilantes, que se propagan a
través del espacio transportando energía de un lugar a otro.1
La radiación electromagnética puede manifestarse de diversas
maneras como calor radiado, luz visible, rayos X o rayos gamma. A diferencia de
otros tipos de onda, como el sonido, que necesitan un medio material para
propagarse, la radiación electromagnética se puede propagar en el
vacío. En el siglo XIX se pensaba que existía una sustancia
indetectable, llamada éter, que ocupaba el vacío y servía
de medio de propagación de las ondas electromagnéticas. El
estudioteórico de la radiación electromagnética se
denomina electrodinamica y es un subcampo del electromagnetismo.
Fenómenos asociados a la radiación electromagnética
Existen multitud de fenómenos físicos asociados con la
radiación electromagnética que pueden ser estudiados de manera
unificada, como la interacción de ondas electromagnéticas y
partículas cargadas presentes en la materia. Entre estos
fenómenos estan por ejemplo la luz visible, el calor radiado, las
ondas de radio y televisión o ciertos tipos de radioactividad por citar
algunos de los fenómenos mas destacados. Todos estos
fenómenos consisten en la emisión de radiación
electromagnética en diferentes rangos de frecuencias (o equivalentemente
diferentes longitudes de onda), siendo el rango de frecuencia o longitud de
onda el mas usado para clasificar los diferentes tipos de
radiación electromagnética. La ordenación de los diversos
tipos de radiación electromagnética por frecuencia recibe el
nombre de espectro electromagnético.
Luz visible
La luz visible esta formada por radiación electromagnética
cuyas longitudes de onda estan comprendidas entre 400 y 700 nm. La luz
es producida en la corteza atómica de los atomos, cuando un
atomo por diversos motivos recibe energía puede que algunos de
sus electrones pasen a capas electrónicas de mayor energía. Los
electrones son inestables en capas altas de mayor energía si existen
niveles energéticos inferiores desocupados, por lo que tienden a caer
hacia estos, pero al decaer hacia niveles inferiores la conservación
dela energía requiere la emisión de fotones, cuyas frecuencias
frecuentemente caen en el rango de frecuencias asociados a la luz visible. Eso
es precisamente lo que sucede en fenómenos de emisión primaria
tan diversos como la llama del fuego, un filamento incandescente de una
lampara o la luz procedente del sol. Secundariamente la luz procedente
de emisión primaria puede ser reflejada, refractada, absorbida
parcialmente y esa es la razón por la cual objetos que no son fuentes de
emisión primaria son visibles.
Calor radiado
Cuando se somete a algún metal y otras substancias a fuentes de
temperatura estas se calientan y llegan a emitir luz visible. Para un metal
este fenómeno se denomina calentar 'al rojo vivo', ya que la
luz emitida inicialmente es rojiza-anaranjada, si la temperatura se eleva mas
blanca-amarillenta. Conviene señalar que antes que la luz emitida por
metales y otras substancias sobrecalentadas sea visible estos mismos cuerpos
radian calor en forma de radiación infrarroja que es un tipo de
radiación electromagnética no visible directamente por el ojo
humano.
Interacción entre radiación electromagnética y conductores
Cuando un alambre o cualquier objeto conductor, tal como una antena, conduce
corriente alterna, la radiación electromagnética se propaga en la
misma frecuencia que la corriente.
De forma similar, cuando una radiación electromagnética incide en
un conductor eléctrico, hace que los electrones de su superficie
oscilen, generandose de esta forma una corriente alterna cuya frecuencia
esla misma que la de la radiación incidente. Este efecto se usa en las
antenas, que pueden actuar como emisores o receptores de radiación
electromagnética.
Véase también: Interferencia electromagnética.
Estudios mediante analisis del espectro electromagnético
Se puede obtener mucha información acerca de las propiedades
físicas de un objeto a través del estudio de su espectro
electromagnético, ya sea por la luz emitida (radiación de cuerpo
negro) o absorbida por él. Esto es la espectroscopia y se usa
ampliamente en astrofísica y química. Por ejemplo, los
atomos de hidrógeno tienen una frecuencia natural de
oscilación, por lo que emiten ondas de radio, las cuales tiene una
longitud de onda de 21,12 cm.
Penetración de la radiación electromagnética
En función de la frecuencia, las ondas electromagnéticas pueden
no atravesar medios conductores. Esta es la razón por la cual las
transmisiones de radio no funcionan bajo el mar y los teléfonos
móviles se queden sin cobertura dentro de una caja de metal. Sin
embargo, como la energía no se crea ni se destruye, cuando una onda electromagnética
choca con un conductor pueden suceder dos cosas. La primera es que se
transformen en calor: este efecto tiene aplicación en los hornos de
microondas. La segunda es que se reflejen en la superficie del conductor (como
en un espejo).
Refracción
La velocidad de propagación de la radiación
electromagnética en el vacío es c. La teoría
electromagnética establece que:
Siendo y la permitividad eléctrica y la permeabilidad
magnéticadel vacío respectivamente.
En un medio material la permitividad eléctrica tiene un valor diferente
a. Lo mismo ocurre con la permeabilidad magnética y, por tanto, la
velocidad de la luz en ese medio sera diferente a c. La velocidad de
propagación de la luz en medios diferentes al vacío es siempre
inferior a c.
Cuando la luz cambia de medio experimenta una desviación que depende del
angulo con que incide en la superficie que separa ambos medios. Se
habla, entonces, de angulo incidente y angulo de
transmisión. Este fenómeno, denominado refracción, es
claramente apreciable en la desviación de los haces de luz que inciden
en el agua. La velocidad de la luz en un medio se puede calcular a partir de su
permitividad eléctrica y de su permeabilidad magnética de la
siguiente manera:
Dispersión
Dispersión de la luz blanca en un prisma.
La permitividad eléctrica y la permeabilidad magnética de un
medio diferente del vacío dependen, ademas de la naturaleza del
medio, de la longitud de onda de la radiación. De esto se desprende que
la velocidad de propagación de la radiación electromagnética
en un medio depende también de la longitud de onda de dicha
radiación. Por tanto, la desviación de un rayo de luz al cambiar
de medio sera diferente para cada color (para cada longitud de onda). El
ejemplo mas claro es el de un haz de luz blanca que se
'descompone' en colores al pasar por un prisma. La luz blanca es
realmente la suma de haces de luz de distintas longitudes de onda, que son
desviadas de manera diferente. Estefenómeno se llama dispersión.
Es el causante de la aberración cromatica, el halo de colores que
se puede apreciar alrededor de los objetos al observarlos con instrumentos que
utilizan lentes como prismaticos o telescopios.
Radiación por partículas aceleradas
Una consecuencia importante de la electrodinamica clasica es que
una partícula cargada en movimiento acelerado (rectilíneo,
circular o de otro tipo) debe emitir ondas electromagnéticas siendo la
potencia emitida proporcional al cuadrado de su aceleración, de hecho la
fórmula de Larmor para la potencia emitida viene dada por:
Donde:
Es la carga eléctrica de la partícula.
Es la aceleración de la partícula.
La permitividad eléctrica del vacío.
Es la velocidad de la luz.
Un ejemplo de este fenómeno de emisión de radiación por
parte de partículas cargadas es la radiación de sincrotrón.
Espectro electromagnético
Atendiendo a su longitud de onda, la radiación electromagnética
recibe diferentes nombres, y varía desde los energéticos rayos
gamma (con una longitud de onda del orden de picómetros) hasta las ondas
de radio (longitudes de onda del orden de kilómetros), pasando por el
espectro visible (cuya longitud de onda esta en el rango de las
décimas de micrómetro). El rango completo de longitudes de onda
es lo que se denomina el espectro electromagnético.
El espectro visible es un minúsculo intervalo que va desde la longitud
de onda correspondiente al color violeta (aproximadamente 400
nanómetros) hasta la longitud de onda correspondiente al colorrojo
(aproximadamente 700 nm).
En telecomunicaciones se clasifican las ondas mediante un convenio
internacional de frecuencias en función del empleo al que estan
destinadas como se observa en la tabla, ademas se debe considerar un
tipo especial llamado microondas, que se sitúan su rango de frecuencias
entre 1 GHz y 300 GHz, es decir, longitudes de onda de entre 30
centímetros a 1 milímetro, que tienen la capacidad de atravesar
la ionosfera terrestre, permitiendo la comunicación satelital.
Clasificación de las ondas en telecomunicaciones
Sigla
Rango
Denominación
Empleo
VLF
10 kHz a 30 kHz
Muy baja frecuencia
Radio gran alcance
LF
30 kHz a 300 kHz
Baja frecuencia
Radio, navegación
MF
300 kHz a 3 MHz
Frecuencia media
Radio de onda media
HF
3 MHz a 30 MHz
Alta frecuencia
Radio de onda corta
VHF
30 MHz a 300 MHz
Muy alta frecuencia
TV, radio
UHF
300 MHz a 3 GHz
Ultra alta frecuencia
TV, radar, telefonía móvil
SHF
3 GHz a 30 GHz
Súper alta frecuencia
Radar
EHF
30 GHz a 300 GHz
Extremadamente alta frecuencia
Radar
Explicaciones teóricas de la radiación electromagnética
Ecuaciones de Maxwell
Maxwell asoció varias ecuaciones, actualmente denominadas Ecuaciones de
Maxwell, de las que se desprende que un campo eléctrico variable en el
tiempo genera un campo magnético y, recíprocamente, la
variación temporal del campo magnético genera un campo
eléctrico. Se puede visualizar la radiación
electromagnética como dos campos que se generan mutuamente, por lo que
no necesitan de ningúnmedio material para propagarse. Las ecuaciones de
Maxwell también predicen la velocidad de propagación en el
vacío (que se representa c, por la velocidad de la luz, con un valor de
299.792.458 m/s), y su dirección de propagación (perpendicular a
las oscilaciones del campo eléctrico y magnético que, a su vez,
son perpendiculares entre sí).
Dualidad onda-corpúsculo
Dependiendo del fenómeno estudiado, la radiación
electromagnética se puede considerar no como una serie de ondas sino
como un haz o flujo de partículas, llamadas fotones. Esta dualidad
onda-corpúsculo hace que cada fotón tenga una energía
directamente proporcional a la frecuencia de la onda asociada, dada por la
relación de Planck:
Donde es la energía del fotón, es la constante de Planck y es la
frecuencia de la onda.
Valor de la constante de Planck
Así mismo, considerando la radiación electromagnética como
onda, la longitud de onda y la frecuencia de oscilación estan
relacionadas por una constante, la velocidad de la luz en el medio (c en el
vacío):
A mayor longitud de onda menor frecuencia (y menor energía según
la relación de Plank).
Transmisión de poder eléctrico
La preponderancia de evidencia sugiere que el bajo consumo de energía de
baja frecuencia, la radiación electromagnética asociada con
corriente no constituye un peligro para la salud a corto o largo plazo, y
mientras algunos de los mecanismos biofísicos para la promoción
del cancer se han propuesto (por ejemplo, los campos eléctricos
alrededor de las líneas dealimentación atraen aerosoles
contaminantes.,21 27 ninguno ha substanciado.11 28 29 30 31 32 Sin embargo,
algunas investigaciones han implicado la exposición en una serie de
efectos adversos para la salud. Estos incluyen, pero no se limitan a, leucemia
infantil,11 leucemia adulta,33 enfermedades neurodegenerativas (como esclerosis
lateral amiotrofia),34 35 36 Aborto espontaneo,37 38 39 y
depresión clínica.
Teléfonos móviles y radiación
Acerca de Teléfonos móviles y radiación la
preocupación por el tema ha aumentado especialmente a raíz del
enorme incremento en el uso de telefonía inalambrica móvil
en todo el mundo exitiendo mas de dos mil millones de usuarios en la
actualidad). Los teléfonos móviles usan radiación
electromagnética en el rango de microondas, y algunos40 creen que puede
ser dañino a la salud. Eso ha conducido a una gran cantidad de
investigaciones (epidemiológicas y experimentales, tanto en no-humanos y
en humanos). La preocupación acerca de los efectos en la salud ha
aumentado sobre todo en lo que respecta a sistemas digitales
inalambricos, como las redes de datos inalambricos.
La Organización Mundial de la Salud, basada en un punto de vista
consensuado entre las comunidades científica y médica, afirma que
los efectos de salud (e.g. cefaeso promoción de canceres) no parecen ser
causados por los teléfonos celulares o sus estaciones bases,41 42 y
espera hacer recomendaciones acerca de teléfonos móviles entre el
tercer trimestre de 2010 y el primer trimestre de 2011.43
