Tabla de contenidos
Propiedad de los nucleidos inestables de perder espontáneamente su masa emitiendo partículas o radiación electromagnética.
El descubrimiento, casi por casualidad, de la radiactividad por parte de H. Becquerel en 1896 supuso una revolución en el conocimiento de la naturaleza de la materia. Demostró que no todos los núcleos atómicos son estables: algunos de ellos, llamados “radiactivos”, expulsan diminutos proyectiles en forma de rayos penetrantes; además, tal emisión cambia su naturaleza. Se dedujo que los elementos no son realmente “elementales” y que los átomos están compuestos de “elementos” más pequeños.
Naturaleza y transformaciones de los núcleos atómicos
Radiactividades naturales
Tras el descubrimiento del radio por P. y M. Curie en 1898, rápidamente se hizo evidente que existen tres tipos de radiactividad. A cada uno de ellos corresponde una transformación diferente de los núcleos. El estudio de la radiactividad y el de la radiación también han contribuido en gran medida a comprender la estructura de los núcleos. Estos no son objetos simples: están compuestos de dos clases de partículas, las protones y los neutrones. La forma en que estos se combinan ha llevado a la noción deisótopoal estudio de las condiciones de estabilidad de los núcleos y al reconocimiento de dos tipos de fuerzas que actúan allí: lasinteracción fuerte y elinteracción débil.
radiactividad artificial
Al bombardear los núcleos con rayos α, I. y J. F. Joliot-Curie provocaron la formación de nuevos núcleos radiactivos. Es una forma de producir una gran cantidad de isótopos radiactivos. De manera similar, ahora sabemos cómo proyectar iones pesados acelerados de alta energía sobre otros átomos. Se hace posible obtener nuevas combinaciones nucleares, generalmente muy inestables, algunas de las cuales son muy diferentes de todo lo que se puede observar en cuerpos radiactivos naturales o con la ayuda de colisiones de partículas. Así fue posible producir formas atípicas de radiactividad, como la emisión de núcleos de carbono.
Los principales tipos de radiactividad.
Las radiactividades se distinguen por la naturaleza de la radiación emitida y por las modificaciones que ésta induce en el núcleo emisor. Un núcleo se caracteriza por su masa atómica A, igual al número de nucleones que contiene, y por su número atómico Z, igual al número de sus protones. La diferencia A − Z por lo tanto representa el número de sus neutrones; para plutonio 244, por ejemplo, A=244, Z=94; por lo tanto contiene 150 neutrones.
Las transformaciones radiactivas son más o menos rápidas. Llamamos “período” o “vida media” al tiempo necesario para que la mitad de los núcleos del elemento se considere desintegrado. Este tiempo, que parece independiente de toda acción exterior, varía considerablemente de un núcleo a otro (de 10−12 segundo a 1017 años).
radiactividad alfa
los rayos α están formados por partículas con una masa igual a 4 veces la masa del protón y cuya carga eléctrica es el doble de la del protón: se trata de núcleos de helio. Todas las partículas de la misma especie de núcleos radiactivos (generalmente núcleos muy grandes) se emiten con la misma energía. Esta emisión provoca un cambio en la naturaleza del núcleo: el número atómico disminuye en dos unidades, la masa atómica en cuatro. Así, durante la decadencia α plutonio 244, se convierte en uranio 240, con una vida media de 80 millones de años:
.
radiactividad beta
En la radiactividad β, el núcleo emite un electrón durante la transformación de un neutrón en un protón. La carga eléctrica y el número atómico del núcleo aumentan en una unidad, pero la masa atómica permanece sustancialmente sin cambios, porque la masa de un electrón es muy baja. También hay radiactividad β+(beta más) donde se emite un positrón, que disminuye el número atómico del núcleo en una unidad (por transformación de un protón en un neutrón). Para un decaimiento β dado, todos los electrones emitidos no tienen la misma energía. Esta se distribuye de acuerdo con un espectro de energía, lo que sugirió a W. Pauli y E. Fermi que otra partícula, una neutrino ν (o, más precisamente, un antineutrino
), se emite al mismo tiempo que el electrón. Esta hipótesis permitió establecer la teoría de la interacción débil, que gobierna el decaimiento β. Por lo tanto, esto resulta de la desintegración de los neutrones del núcleo en protones, electrones y antineutrinos. Así, durante la descomposición del uranio 240 en neptunio (Np), solo se ve afectado el número atómico:
.
Radioactividad gamma
En la radioactividad γ, el núcleo emite un fotón de alta energía. La naturaleza química del átomo no se modifica: el núcleo pasa de un estado excitado a un estado llamado “fundamental”. En general, el núcleo excitado ha sido producido previamente por una desintegración α o β, o incluso por una reacción nuclear.
Las familias radiactivas
En la naturaleza o en los productos de las reacciones nucleares, encontramos varias familias radiactivas: un núcleo pesado, al desintegrarse, produce un núcleo a su vez radiactivo que genera un tercero, y así sucesivamente hasta llegar a un núcleo estable que constituye el producto final de la serie. Dado que los núcleos tienen vidas medias bien definidas, el conocimiento de estas familias proporciona una herramienta para la datación geoquímica.
El uso de la radiactividad
La radiactividad tiene muchas aplicaciones científicas y técnicas. En geoquímica isotópica, por ejemplo, permite fechar rocas, midiendo la respectiva abundancia de parejas “padre-hijo”, o muestras que contienen materia orgánica reciente, por la técnica del carbono-14 (datación).
Pero la radiactividad también presenta peligros: puede destruir moléculas biológicas, provocando consecuencias nocivas o incluso fatales en los seres vivos (anemia, cánceres, etc.) o beneficiosas (tratamiento de cánceres mediante cobaltoterapia o braquiterapia, diagnóstico). Los estándares para el uso de cuerpos radiactivos son draconianos y la mayoría de los países han adoptado un sistema de monitoreo.
Aspectos médicos
Medición de radiactividad
La actividad de una fuente de radiación se mide en becquereles (Bq). Esta unidad, válida a escala atómica (corresponde a una desintegración por segundo), no es adecuada para evaluar un riesgo para los humanos. La cantidad de radiación que recibe un organismo (dosis absorbida) se mide en grays (Gy). Pero el efecto de esta radiación sobre un organismo también depende de sus características: la noción de dosis equivalente, medida en sieverts (Sv), permite tener en cuenta tanto datos cuantitativos como cualitativos. El gray y el sievert reemplazaron unidades más antiguas como el rad (100 rads = 1 gray) y el rem (100 rems = 1 sievert).
El objetivo de las normas de protección radiológica es limitar sus riesgos y mantenerlos en un nivel comparable al que implica cualquier actividad humana. Deben tener en cuenta el nivel de radiactividad natural en el medio ambiente. Así, en Francia, la radiación cósmica (procedente del cielo) y telúrica (procedente del suelo) corresponde a una dosis de 2,4 milisieverts al año. Por ejemplo, el accidente de Chernóbil de abril de 1986 aumentó esta dosis anual en 0,07 milisievert para la población francesa (fuente ONU), que es inferior a la dosis recibida durante una radiografía. Las directivas Euratom del Consejo de la Unión Europea fijan la dosis anual admisible para el público en 1 milisievert para radiaciones de origen no natural (industrias nucleares, fuera del ámbito médico) y en 20 milisievert para personal expuesto en un entorno profesional.
Efectos de la radiación
Debido a su energía, es probable que la radiación radiactiva tenga un efecto dañino en el cuerpo. Los rayos alfa y beta son poco penetrantes y solo son peligrosos si se introducen, por ejemplo, por la ingestión de alimentos contaminados. Los rayos gamma, por otro lado, penetran profundamente y pueden atravesar órganos (radiación).
Los efectos de las radiaciones son de dos tipos: los que afectan directamente a los seres vivos y los que afectan a su descendencia. Todos estos efectos varían con la dosis recibida, la duración de la exposición y la extensión del área expuesta a la radiación. Los efectos de grandes dosis son bien conocidos cuando todo el cuerpo las recibe de una sola vez. Por el contrario, el efecto de pequeñas dosis es más difícil de evaluar.
Efectos tempranos ocurren dentro de horas, días o semanas después de la exposición a dosis altas. A partir de una dosis de 0,2 sievert, los primeros efectos de la radiación son sobre las células sanguíneas, especialmente sobre los glóbulos blancos (infecciones) y las plaquetas (hemorragias). De 1 a 2 sieverts, se observa radiodermatitis (enrojecimiento de la piel). De 3 a 5 sieverts aparecen trastornos digestivos (náuseas, vómitos). Para dosis mayores se agregan quemaduras extensas y trastornos nerviosos (parálisis).
Efectos tardíos son detectables solo para dosis al menos iguales a 1 sievert y después de un retraso promedio de 4 años para leucemias, 10 años para otros cánceres. Si el riesgo de desarrollar cáncer aumenta, su aparición no es inevitable. Para dosis más bajas, entre 0,1 y 1 sievert, los cánceres causados por la radiación son más excepcionales, ocurriendo especialmente en niños cuyas madres fueron irradiadas durante el embarazo. La otra consecuencia de la irradiación de un feto es el riesgo de aparición de una malformación. No se encontró que el efecto de dosis por debajo de 0,1 sievert fuera significativo, en comparación con la frecuencia natural de malformaciones en humanos. Las irradiaciones más importantes pueden llevar a proponer una interrupción del embarazo, tanto más cuanto que el embarazo está en su comienzo. Otro efecto tardío de la radiación es la aparición de cataratas (opacidad del cristalino del ojo) para dosis locales superiores a 1 sievert.
El uranio empobrecido, presente en muchos productos químicos y en ciertos proyectiles, está compuesto por el isótopo 238, el menos radiactivo de los 3 isótopos que componen el uranio natural. Podría acumularse en los riñones. Utilizado durante el conflicto de Kosovo (1999), fue acusado de ser responsable de la aparición de cánceres o leucemias, lo que no ha sido demostrado.
Los efectos en la descendencia se han descrito en ciertos animales (mutaciones); por el contrario, no se observaron cambios genéticos transmisibles en la descendencia de poblaciones irradiadas de Hiroshima o Nagasaki.
Protección de radiación
Deben observarse cuatro principios fundamentales en la protección contra la radiactividad: alejarse lo más posible de la fuente radiactiva; reducir el tiempo que se pasa cerca; usar pantallas (de plomo o de hormigón contra la radiación gamma); trate de evitar la ingestión accidental. El uso de fuentes radiactivas está sujeto a medidas legales y reglamentarias muy estrictas.
Para obtener más información, consulte el artículo irradiación.