ENTENDIENDO LA RADIACTIVIDAD.

RADIACTIVIDAD NATURAL EN DIRECTO.

QuarksNeutrónElectrón

(mil millonésima parte de 1 m)ÁTOMO ~ 10-10 m NUCLEO ~ 10-14 m NUCLEÓN ~ 10-15 m

ProtónÁtomo

La materia está formada por átomos y que se unen. Cada átomo está compuesto de un núcleo con carga positiva y unos electrones que orbitan a su alrededor. El núcleo, a su vez, está formado por protones (con carga positiva) y neutrones (neutros). Estos nucleones a su vez están formados por quarks.

¿DE QUÉ ESTÁN HECHAS LA COSAS QUE NOS RODEAN?

MATERIA ~ 10-9 m

N neutrones

Z p

roto

nes

Tabla de IsótoposTabla Periódica

En la Tabla Periódica encontramos los distintos núcleos de la naturaleza, son los elementos. Cada elemento queda determinado por el número de protones que hay en el núcleo. Pero el número de neutrones no es fijo para cada elemento, lo que da lugar a la Tabla de Isótopos. La mayoría de los isótopos son inestables y se transmutan mediante desintegraciones radiactivas.

ELEMENTOS QUÍMICOS -- ISÓTOPOS

Partícula Alfa

Partícula Beta menos(electrón)

Antineutrino

Partícula Beta más(positrón)

Neutrino

Rayo Gamma(Fotón)

Z, N Z-1, N+1

Z+1, N-1

Z-2, N-2 Z, N

Z, N

Z, N Z, N

DE

SIN

TE

GR

AC

IÓN

AL

FAD

ESI

NT

EG

RA

CIÓ

NB

ET

A M

EN

OS

DE

SIN

TE

GR

AC

IÓN

BE

TA

MÁ

SD

ESI

NT

EG

RA

CIÓ

NG

AM

MA

La radiactividad es un fenómeno natural que consiste en la emisión de partículas y radiaciones por parte de muchos isótopos.

En la desintegración radiactiva se emiten partículas Alfa (núcleos de helio), Beta (electrones y positrones), Gamma (fotones), o incluso neutrones.

TIPOS DE RADIACTIVIDADALFA

BETA MENOS

GAMMA

BETA MÁS

ALFA

BETA

GAMMA

NEUTRÓN

Papel Cobre HormigónPlomo

Las distintas radiaciones tienen distinta capacidad de penetración en los medios materiales debido a las fuerzas que intervienen en el proceso de frenado de las partículas y propiedades de las mismas partículas como masa, carga, ...

¿QUÉ SON CAPACES DE ATRAVESAR LAS RADIACIONES?

La radiación natural a la que está expuesta la población proviene de:

• la desintegración de isótopos radiactivos de la corteza terrestre,

• de la radiación interna, es decir, de los isótopos radiactivos que forman parte de los seres vivos,

• la radiación cósmica.

Radón 40%

Tratamientos médicos 17%

Rayoscósmicos12%

Radiacióngamma 15%

Radiacióninterna 15%

Otros 1%

RADIACTIVIDAD NATURAL

Los elementos radiactivos naturales se encuentran distribuidos de forma bastante uniforme en las rocas y suelos de la corteza terrestre, la cual está constituida principalmente por basalto y granito.

Principales isótopos radiactivos de la corteza terrestre

Núcleo Vida Media*

Uranio-235 704 millones de años

Uranio-238 4,470 millones de años

Torio-232 14,100 millones de años

Radio-226 1,600 años

Radón-222 3.8 días

Potasio-40 1,280 millones de años

RADIACTIVIDAD EN LA CORTEZA TERRESTRE

* La vida media nos indica el tiempo que debe transcurrir para que el número de núcleos radiactivos se reduzca al 37% de los iniciales.

EL RADÓN EN NUESTRO ENTORNO

El radón es el gas inerte más pesado que existe en la naturaleza, se emana constantemente desde la superficie terrestre (cadena del uranio), y se desintegra a núcleos de metales pesados (acabando en plomo).

Al ser un gas es respirado por los seres vivos. Cuando este elemento queda atrapado en algún recinto su concentración puede aumentar considerablemente y causar daño.

La radiación interna proviene de las sustancias radiactivas naturales presentes en los alimentos, en el agua y en el aire, las cuales, al ser ingeridas o inhaladas, se absorben en los tejidos vivos.

Los principales isótopos radiactivos que contiene el cuerpo humano son el potasio-40, el carbono-14 y el tritio (hidrógeno-3).

Radiactividad natural en la comida

Comida Potasio-40Bq/kg*

Radio-226Bq/kg*

Plátano 130 0.04

Nueces 207 37-259

Zanahorias 126 0.02-0.07

Patatas 126 0.04-0.9

Cerveza 14 ---

Carne Roja 111 0.02

Limón 172 0.07-0.19

Agua --- 0-0.006

RADIACTIVIDAD INTERNA

* El Bq (Becquerelio) indica una desintegración por segundo

Los rayos cósmicos vienen del espacio con gran energía y dan lugar en la atmósfera a una cascada de partículas de lo más variado.

Colocando detectores en globos sonda, aviones o en altas montañas, se han realizado muchos descubrimientos, como el de la partícula m (muón) y la antimateria (el positrón).

Pueden llegar a atravesar la tierra de lado a lado sin detenerse.

RAYOS CÓSMICOS

El uso de la radiactividad en el diagnóstico y el tratamiento de enfermedades es una herramienta básica en medicina. Con ella se realizan exploraciones del cerebro, los huesos y órganos internos, se trata el cáncer, se realizan estudios hormonales y análisis de sustancias que existen en nuestro organismo en cantidades ínfimas pero que son fundamentales para el metabolismo.

RADIACIONES EN MEDICINA

Radiodiagnóstico

RadiografíaFluoroscopia

Tomografía axial computerizada (TAC)Radiología intervencionista

Tomografía por emisión de positrones (PET)

Terapia

BraquiterapiaRadioterapia

Medicina nuclear y terapia metabólicaRadiocirugía

Nuestros sentidos no pueden detectar la radiactividad. Para ello los físicos diseñan y construyen dispositivos, son los

detectores de radiaciones o de partículas

que permiten observarlas, medirlas o contarlas.

Uno de estos dispositivos más sencillos y a su vez más importantes en la historia de la física es la cámara de niebla.

Cámara de Niebla del IFIC

¿RADIACTIVIDAD EN DIRECTO?

Su funcionamiento se basa en un vapor de un líquido volátil, normalmente alcohol, que se encuentra a una temperatura ligeramente inferior a la de condensación, es decir, a esa temperatura debería ser líquido (vapor sobresaturado).

Al pasar la radiación, ésta perturba el vapor (lo ioniza), y se producen gotitas condensadas.

¿CÓMO FUNCIONA UNA CÁMARA DE NIEBLA?

Es lo mismo que ocurre cuando se forma el rastro de condensación de un avión supersónico a su paso por las capas altas de la troposfera…

Se han hecho grandes descubrimientos con lascámaras de niebla.

La antimateria (el positrón) fue descubierta por el físico norteamericano Carl Anderson en 1932 colocando una cámara de niebla dentro de un imán en un bombardero B-29 especialmente adaptado para poder ascender a 12000 m

LA ANTIMATERIA Y LA CÁMARA DE NIEBLA

CÓMO ES LA CÁMARA DE NIEBLA DEL IFIC

+35 oC

-35 oC

Es aquí donde se van a producir los rastros

Gra

dien

te d

e te

mpe

ratu

ra >

3.6

o C/c

m

Fotoelectrón o electrón ComptonFotón

¿QUÉ VAMOS A VER EN LA CÁMARA DE NIEBLA DEL IFIC?

Electrón del vapor

ElectrónFotón

Positrón

Efecto fotoeléctricoEfecto Compton

Producción de paresmateria-antimateria

En el efecto fotoeléctrico toda la energía del fotón se cede al electrón, mientras que en el efecto Compton solo parte de ella.

Trayectorias finas, tortuosas y más o menos largas, dependiendo de la energía de la radiación Gamma original y la inclinación

…fotoelectrones y electrones Compton

…producción de pares electrón-positrón

…partícula Beta(electrón o positrón)

Trayectorias finas, tortuosas y más o menos largas, dependiendo de la energía de la partícula Beta y la inclinación

Partícula Beta menos

Antineutrino

Z+1, N-1Z, N

Trayectorias muy gruesas y rectilíneas de hasta unos 6 cm (“GUSANOS”), dependiendo de la inclinación

Partícula Alfa

Z-2,N-2Z,N

…partícula Alfa de la cadena del radón

…doble Alfa en cascada de la cadena del radón

Doble GUSANO en forma de “V”

Partícula Alfa

Polonio-218Radón-222

Partícula AlfaPlomo-214

Una partícula Beta

…o como esta otra doble Alfa

Doble GUSANO en forma de “V”

…y también veremos protones

y muones procedentes de

los rayos cósmicos

protones

muones

…protón cósmico

Trayectorias gruesas, rectilíneas y largas o muy largas, dependiendo de la inclinación

Una partícula Alfa procedente de la cadena del radón

…otro protón cósmico

Una partícula Alfa procedente de la cadena del radón

Trayectorias gruesas, rectilíneas y largas o muy largas, dependiendo de la inclinación

…muón cósmico

Trayectorias delgadas, rectilíneas y largas o muy largas, dependiendo de la inclinación

Partículas Beta

m

e

…aunque más difícil de ver, un muón cósmico “radiactivo”,

transmutándose en un electrón

Trayectorias rectilíneas, largas y delgadas, menos intensa para el caso del electrón

Secuencia repetida de fotogramas desde que se produce hasta que desaparece

IMÁN

FUENTERADIACTIVA

Colocaremos una fuente radiactiva artificial de Estroncio-90 dentro de la cámara, y veremos lo que ocurre.

Podremos incluso distinguir la carga eléctrica de la radiación que emite situando un imán de neodimio cerca de la fuente radiactiva.

Y PARA TERMINAR…