2RADIACIONES IONIZANTES Y PROTECCIÓN RADIOLÓGICA

2.- LA RADIACIÓN IONIZANTE.
La emisión de radiaciones ionizantes es una característica común a muchos átomos en cuyo núcleo el número de neutrones resulta escaso o excesivo, lo que les hace inestables. Esos átomos son llamados "radiactivos". En ellos, las ligaduras nucleares se transforman en busca de configuraciones más estables, a la vez que se libera energía, asociada a la radiación emitida. Esta puede ser de cuatro tipos fundamentales: partículas alfa (α), que consisten en dos protones y dos neutrones, con capacidad limitada de penetración en la materia, pero mucha intensidad energética; partículas beta (β), que son electrones o positrones procedentes de la transformación en el núcleo, algo más penetrantes aunque menos intensas; radiación gamma (γ), que es radiación electromagnética del extremo más energético del espectro, por tanto muy penetrante; y neutrones, que al no poseer carga eléctrica también son muy penetrantes (véase figura 2).
La velocidad con que dichas transformaciones tienen lugar en una sustancia radiactiva se denomina actividad, y se medirá como el número de átomos que se desintegran por unidad de tiempo, teniendo como unidad natural (1 desintegración / segundo) al Becquerel, así llamado en honor al descubridor de la radiactividad. Una unidad anteriormente utilizada, pero que no pertenece al Sistema Internacional, es el Curie, correspondiente a la actividad existente en un gramo de 226Ra (3,7·1010 desintegraciones / segundo). El Becquerel (abreviadamente Bq) es una unidad muy pequeña y de poco uso práctico (sería como medir longitudes o distancias en micras), baste decir que nuestro propio organismo contiene aproximadamente 4.000 Becquerel de 40K, por lo que siempre se emplean sus múltiplos. Por el contrario 1 Curie (Ci) es una actividad considerable, e incluso peligrosa según las sustancias, por lo que se emplean a menudo sus submúltiplos. Para sustancias radiactivas cuya concentración sea inferior a 100 Bq/g o sustancias naturales sólidas de menos de 500 Bq/g, la reglamentación vigente no exige ningún tipo de declaración o autorización (ref. 6), al considerarse prácticamente inocuas.

2.1. Interacción de la radiación con la materia.
A su paso por la materia, la radiación sufre distintos tipos de interacción, según su naturaleza. Si bien el tratamiento detallado de las interacciones entre las radiaciones y los medios materiales es un tema de extremada complejidad, para partículas cargadas (α y β) puede afirmarse que la interacción básica responde a la Ley de Coulomb entre cargas eléctricas, la cual da lugar a dos fenómenos elementales: la excitación atómica (o molecular) y la ionización. En el primero, los electrones corticales son impulsados a un nivel superior, volviendo posteriormente al estado inicial tras emitir fotones luminosos. En el segundo, los electrones son expulsados del átomo o molécula, según se ilustra en la figura 3.
Las partículas pesadas (α y protones fundamentalmente) experimentan un frenado dependiente de su carga y su velocidad. La cesión de energía y la ionización producida en el medio no son constantes a lo largo de su trayectoria, resultando mayores cuanto más lenta vaya la partícula. A la vez, el alcance en cualquier medio material será muy limitado, de unos centímetros en el aire, o sólo unas micras en el tejido, no pudiendo atravesar la piel. Sin embargo, esta combinación de una alta densidad de producción de iones y corto alcance confiere a los radionucleidos emisores α una gran peligrosidad intrínseca en el caso de ser ingeridos o inhalados, ya que el daño celular resultante será muy intenso. Para los electrones, el alcance aumenta a unos metros en aire, y al espesor de la piel en el cuerpo humano, no pudiendo sobrepasar el tejido subcutáneo.

En el caso de los fotones, su energía puede ser absorbida por el medio mediante tres procesos fundamentales: el efecto fotoeléctrico, el efecto Compton y la producción de pares electrón-positrón, cuyas probabilidades de ocurrencia dependen de la energía inicial de los fotones. Todos ellos originan la aparición de partículas cargadas, con lo cual se desarrollarán posteriormente las interacciones comentadas anteriormente. El efecto fotoeléctrico supone la absorción de toda la energía del fotón por el átomo. Esa energía es transferida a un electrón cortical, que resulta expulsado del átomo. El efecto Compton puede interpretarse como una colisión elástica del fotón incidente con un electrón, en la que una parte de la energía del fotón será transferida al electrón como energía cinética, saliendo el fotón en distinta dirección a la inicial, con menor energía y frecuencia (mayor longitud de onda). Este efecto es más probable para energías intermedias de los fotones (entre 0'5 y 10 MeV aproximadamente), disminuyendo el rango de energías al aumentar el número atómico del absorbente. Por último, el proceso de formación de pares electrón-positrón consiste en la materialización de parte de la energía de un fotón en un par de partículas (electrón-positrón) que se reparten la energía sobrante; es un proceso que solamente puede producirse dentro del campo eléctrico del núcleo atómico y para energías superiores a 1,022 MeV. El alcance de la radiación γ en aire puede llegar a los centenares de metros, pudiendo traspasar el cuerpo humano, y hasta varios centímetros de plomo.
Con respecto a los neutrones, al carecer de carga eléctrica, solamente pueden interaccionar con los núcleos de los átomos mediante las diferentes reacciones posibles (de dispersión elástica, de dispersión inelástica, de captura radiactiva, de transmutación o de fisión). Puesto que los núcleos ocupan una fracción ínfima del volumen total de la materia, los neutrones podrán desplazarse distancias relativamente grandes antes de interaccionar, resultando ser muy penetrantes (véase la Fig. 4 que compara la capacidad de penetración de los distintos tipos de radiación).

La atenuación que sufre la radiación a su paso por la materia dependerá fundamentalmente de dos factores:
• el factor geométrico, que hace que con la distancia entre la fuente y el objeto la radiación sea cada vez más débil, generalmente en proporción inversa al cuadrado de la distancia;
• el factor material, que dependerá del tipo y energía de la radiación y de la composición del material, lo que afecta a la probabilidad de interacción. Generalmente este último factor de atenuación suele tomar forma exponencial negativa con la distancia recorrida.
De acuerdo con lo anterior, para el manejo seguro de fuentes emisoras de radiación ionizante, habrá que jugar con la distancia a las que éstas se sitúen y con los materiales que proporcionen un blindaje adecuado, al facilitar la interacción y la cesión de la energía de la radiación en los mismos. De tal manera que distancia, blindaje y tiempo constituyen los tres puntos clave del manejo seguro de fuentes radiactivas (Fig. 5).

2.2 Detección y medida de la radiación ionizante
Obviamente, la detección de la presencia de radiación ha de basarse en los efectos que produce sobre la materia. No estando dotado el organismo de sentidos para ello, ha de recurrirse a instrumentos adecuados capaces de detectar —e incluso hacer visibles— las partículas fundamentales subatómicas. Su complejidad va, desde el conocido contador Geiger portátil hasta cámaras de destellos o de burbujas (Fig. 6a) con el tamaño de una habitación, empleadas por los físicos de altas energías.
Puesto que el efecto principal causado por las radiaciones es la ionización, uno de los primeros detectores que se empleó en física nuclear fue la cámara de ionización (Fig. 6b), que está formada esencialmente por un recipiente cerrado que contiene un gas y dos electrodos con potenciales eléctricos diferentes. De los detectores basados en la ionización gaseosa, uno de los más versátiles y utilizados es el contador de Geiger-Müller, desarrollado en 1928 (Fig. 6b). En él, el tubo detector está lleno de un gas o mezcla de gases a baja presión. Los electrodos son la delgada pared metálica del tubo y un alambre fino de volframio situado longitudinalmente en su eje. Un fuerte campo eléctrico establecido entre los electrodos acelera los iones producidos por la radiación, que colisionan con átomos del gas liberando electrones y produciendo más iones. Si la tensión entre los electrodos se hace suficientemente grande, la corriente cada vez mayor producida por una única partícula desencadena una descarga a través del contador. El pulso causado por cada partícula se amplifica electrónicamente y hace funcionar un altavoz o un contador mecánico o electrónico.
Otros contadores, llamados de centelleo, se basan en la ionización producida por partículas cargadas que se desplazan a gran velocidad en determinados sólidos y líquidos transparentes, conocidos como materiales centelleantes (diferentes sustancias orgánicas e inorgánicas, como plástico, sulfuro de cinc, yoduro de sodio o antraceno). La ionización produce destellos de luz visible que son captados por un tubo fotomultiplicador, un tipo de célula fotoeléctrica, de forma que se convierten en pulsos eléctricos que pueden amplificarse y registrarse electrónicamente. En numerosos campos de la investigación actual, el contador de centelleo resulta superior a todos los demás dispositivos de detección.
Igualmente resultan de gran sensibilidad los detectores de semiconductores (generalmente germanio intrínseco o combinado con litio), en los que los pares electrón-hueco formados por la ionización aumentan momentáneamente la conducción eléctrica, lo que permite detectar estas partículas.
Otros detectores se llaman de trazas, porque permiten a los investigadores observar las trazas que deja a su paso una partícula. Las cámaras de destellos o de burbujas son detectores de trazas, igual que la cámara de niebla o las emulsiones fotográficas nucleares. Fundamentalmente se aplican en el estudio de la física de las partículas elementales.

Figura 6.- a) Cámara de burbujas que permite visualizar las trayectorias de las partículas cargadas desviadas por un campo magnético, con una trayectoria dependiente de su carga, masa y velocidad. b) Otros sistemas de detección habituales para protección radiológica: Cámara de ionización. Detector Geiger. Monitor de contaminación, de centelleo. Dosímetro personal de película fotográfica.

Para contabilizar la cantidad de radiación recibida por una persona (la dosis) también se emplean emulsiones dosimétricas, más gruesas y menos sensibles a la luz visible que las empleadas en fotografía, en las que los granos de plata ionizados adquieren un color negro cuando se revela la emulsión, pudiendo establecerse una relación directa entre el ennegrecimiento y la cantidad de radiación recibida. Otros dosímetros se basan en el empleo de materiales plásticos termoluminiscentes, en los que se libera luz visible al ser calentados, mediante un proceso que implica dos pasos: 1) la ionización inicial hace que los electrones de los átomos del material se exciten y salten de las órbitas internas de los átomos a las externas; 2) cuando se calienta el material y los electrones vuelven a su estado original, se emite un fotón de luz, que puede ser amplificado y medido al igual que se hacía con los materiales de centelleo.
Con respecto a los neutrones, suelen detectarse de forma indirecta a partir de las reacciones nucleares que tienen lugar cuando colisionan con los núcleos de determinados átomos. En el caso de los neutrones térmicos, se producen partículas alfa, detectables con facilidad, al colisionar con los núcleos de boro del trifluoruro de boro.