Atenuación de la radiación. Blindaje - II

En el caso de las partículas b tiene una gran relevancia el poder de frenado por emisión de radiación (bremsstrahlung), especialmente para las que sean más energéticas. Además, como son emitidas con un espectro continuo de energía, su alcance, para las emitidas por una misma fuente, será variable. Dicho alcance, expresado en unidades de espesor másico (g/cm2) es prácticamente independiente del tipo de material atravesado, y suele tomarse como referencia el alcance en aluminio.

Tanto en el caso de las partículas b como en el de los fotones, resulta útil emplear el concepto de atenuación, el cual se refiere a la disminución del número de partículas o de fotones a medida que un haz paralelo de radiación penetra en la materia. En general se rige por una ley de tipo exponencial

en la que N(x) será el número de partículas que restan en el haz después de atravesar la distancia x, cuando su número inicial era N(0). El coeficiente μ se denomina coeficiente lineal de atenuación y representa la probabilidad de que una partícula o fotón sean absorbidos al recorrer una unidad de longitud. Es frecuente expresar la atenuación en unidades másicas, introduciendo la densidad ? del material,

Atenuación de la radiación. Blindaje - I

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 al disminuir el ángulo sólido abarcado, por lo que generalmente se tiene una proporción inversa al cuadrado de la distancia, según una ley (1/4pr2); · 
• 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. 

Cuando una partícula cargada atraviesa un medio material, va perdiendo su energía por los procesos ya comentados. Un concepto útil para evaluar esta transferencia de energía al medio es la llamada pérdida de energía específica o poder de frenado, que se define como la pérdida de energía experimentada por la partícula por unidad de longitud recorrida en su trayectoria (dE/dx) por la acción conjunta de la ionización, la excitación y la radiación de frenado. Para partículas pesadas (a y protones, excluyendo los electrones, que generalmente se mueven a velocidades relativistas) el poder de frenado es directamente proporcional al cuadrado de la carga e inversamente al cuadrado de la velocidad de la partícula. Por ello, la cesión de energía y la ionización producida en el medio no son constantes a lo largo de la trayectoria, siendo mayores cuanto más lenta vaya la partícula. A la vez, el alcance en el medio material será muy limitado y prácticamente igual para todas las partículas emitidas por un mismo radionucleido, ya que poseen energías definidas, llegando a penetrar tan sólo unos centímetros en el aire y 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 emisiones a 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.

Interacción de la radiación con la materia - II

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 (ilustrados en la Fig. 4), 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 MeV1 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 (electrónpositrón) 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 g 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. 5, que ofrece una comparación intuitiva de la capacidad de penetración de los distintos tipos de radiación).

Interacción de la radiación con la materia - I

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 (a y b) 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 Fig. 3

Cuando una partícula cargada penetra en el campo eléctrico de un núcleo, experimenta una aceleración (o deceleración) que hace que se emitan fotones luminosos, lo que se conoce como radiación de frenado (o bremsstrahlung), siendo de mayor importancia cuanto menor masa tenga la partícula y mayor carga el átomo, es decir que tendrá importancia para partículas b, especialmente con átomos de elevado número atómico Z. Dicho proceso también se representa esquemáticamente en la Fig. 3.

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 (a), que consisten en dos protones y dos neutrones, con capacidad limitada de penetración en la materia, pero mucha intensidad energética; partículas beta (b), que son electrones o positrones procedentes de la transformación en el núcleo, algo más penetrantes aunque menos intensas; radiación gamma (g), 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 Fig. 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 transforman o desintegran por unidad de tiempo, teniendo como unidad natural (1 desintegración / segundo) el Becquerel, así llamado en honor al descubridor de la radiactividad. El Becquerel es la unidad del Sistema Internacional (SI) legalmente establecida en España (MOPU, 1989). Una unidad anteriormente utilizada, pero que no pertenece al SI, 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. Según su naturaleza y su concentración, la reglamentación vigente (MINER, 1999) establece valores de exención para las sustancias radiactivas, por debajo de los cuales no se exige ningún tipo de declaración o autorización, al considerarse prácticamente inocuas.

También pueden generar radiaciones ionizantes aquellos aparatos en los que mediante campos electromagnéticos intensos se consigue acelerar partículas elementales (habitualmente electrones, positrones o protones) que en sí mismas, a las energías conferidas, resultan radiaciones ionizantes, o que mediante interacción con la materia provocan reacciones que liberan radiación ionizante, como es el caso de los rayos X.

Introducción - II

Toda esa experiencia negativa sin duda ha ido creando en el subconsciente colectivo una idea deformada sobre la radiación y la radiactividad, que se perciben como intrínsecamente peligrosas, con independencia del tipo de radiación, de la cantidad recibida o del motivo por el que se reciba. Además, a nivel popular, suele desconocerse que radiación y radiactividad forman parte de la Naturaleza y de nuestro propio cuerpo, siendo vistas en general como un nefasto invento del Hombre.

Sin embargo, la radiactividad es uno de los grandes descubrimientos del hombre contemporáneo, y a la par que se fueron conociendo sus efectos, también se fueron encontrando aplicaciones de gran utilidad, en las que las sustancias radiactivas o los aparatos emisores de radiaciones ionizantes resultan insustituibles: además de la medicina, la agricultura, la industria, las ciencias de la tierra, la biología y otras muchas ramas dependen hoy en día en muchos aspectos de su utilización.

Este capítulo presenta la naturaleza de la radiación ionizante y los efectos que causa sobre la materia y en particular los tejidos vivos, los medios disponibles para su detección y medida, así como las diferentes fuentes de radiación, naturales y artificiales, a las que los seres humanos estamos expuestos. A consecuencia de todo ello es necesario protegerse adecuadamente, para evitar sufrir daños, pero sin limitar innecesariamente la utilización beneficiosa que se puede hacer de la radiación y las sustancias radiactivas en numerosos ámbitos. Ese es el objetivo de la Protección Radiológica, cuyos principios y métodos serán también revisados a lo largo del capítulo.

Introducción - I

La radiación ionizante, por su propia naturaleza, produce daños en los seres vivos. Desde el descubrimiento de los rayos X por Roentgen en 1895 y de la radiactividad por Becquerel, en 1896, los conocimientos sobre sus efectos han ido avanzando a la par que los estudios sobre las propias radiaciones y sobre la esencia de la materia misma, no siempre sin episodios desgraciados.

El propio Becquerel (Fig. 1) sufrió daños en la piel causados por la radiación de un frasco de radio que guardó en su bolsillo. Marie Curie (Fig. 1), merecedora en dos ocasiones del Premio Nobel por sus investigaciones sobre las propiedades de las sustancias radiactivas, falleció víctima de leucemia, sin duda a causa de su exposición a la radiación. Más de trescientos de los primeros trabajadores en este campo murieron a causa de las dosis recibidas, con casos significativos como el de los pintores que dibujaban con sales de radio los números en las esferas luminosas de los relojes y mirillas de cañones, afinando el pincel con la boca, que en su mayoría desarrollaron cáncer de mandíbula. El empleo de la bomba atómica en Hiroshima y Nagasaki produjo la irradiación de las poblaciones supervivientes a la explosión, con secuelas que aún continúan siendo estudiadas y son fuente de valiosa información acerca de los efectos biológicos producidos por la radiación a largo plazo. La utilización de las radiaciones en medicina, con fines terapéuticos o de diagnóstico, constituye sin duda uno de los aspectos más destacados del beneficio que éstas suponen para la Humanidad, pero en su desarrollo también se causaron exposiciones a los pacientes, que en la actualidad serían injustificables, provocando en ciertos casos el desarrollo de daños atribuibles a la radiación recibida.

ANEXO 5

LAS CINCO REGLAS DE ORO

Las 5 Reglas de Oro, cuya aplicación es rigurosa en alta tensión, resumen las precauciones básicas que son necesarias para trabajar en las instalaciones eléctricas.

TIPOS DE DISTRIBUCIÓN EN BAJA TENSIÓN

Esquema TN-C-S. Funciones de neutro y de protección combinadas en un solo conductor en una parte y con conductores separados en otra

Esquema TT. Puesta a tierra del neutro de la alimentación. Las masas de la instalación están puestas a tierra.

ANEXO 4

Las distribuciones se clasifican en función de:

- Los conductores activos

Corriente alterna

Monofásica.

Trifásica. (3 o 4 conductores) Otras

Corriente continua

- Las conexiones a tierra.

Las denominaciones definidas en la norma UNE 20-460 para las conexiones a tierra constan de dos o más letras.

La primera letra define la situación de la alimentación con relación a tierra:

T	=	conexión directa de un punto con tierra.
I	=	aislamiento de todas las partes activas con relación a tierra, o conexión de

un punto con tierra a través de una impedancia.

La segunda letra define la situación de las masas de la instalación eléctrica con relación a tierra:

T       =          masas unidas directamente a tierra, independientemente de la puesta a tierra ventual de un punto de la instalación

N       =          masas unidas directamente al punto de la instalación puesto a tierra (en corriente alterna normalmente el neutro).

Otras letras (si existen) definen la disposición del conductor neutro y la del conductor de protección.

S         =          funciones de neutro y de protección aseguradas por conductores

C =        funciones de neutro y de protección combinadas en un solo conductor (PEN).

A continuación se representan algunos esquemas típicos. El esquema usual en España es el TT

Grados de protección contra el agua indicados por la segunda cifra característica

Segunda cifra característica	Grado de protección		Condiciones de ensayo
	Descripción breve	Definición
0	No protegido	-	-
1	Protegido contra la caída vertical de gotas de agua	Las gotas de agua no deberán producir efectos perjudiciales.	14.2.1
2	Protegido contra las caídas de agua verticales con una inclinación máxima de 15º de la envolvente	La caída vertical de gotas no debe producir efectos perjudiciales, cuando la envolvente está inclinada hasta 15º de cada lado de la vertical.	14.2.2
3	Protegido contra el agua en forma de lluvia	El agua que cae en lluvia fina, en una dirección, que tenga, respecto a los dos lados de la vertical un ángulo inferior o igual a 60º, no debe producir efectos perjudiciales	14.2.3
4	Protegido contra proyecciones de agua	El agua proyectada sobre la envolvente desde cualquier dirección, no debe producir efectos perjudiciales	14.2.4
5	Protegido contra chorros de agua	El agua proyectada en chorros sobre la envolvente desde cualquier dirección, no debe producir efectos perjudiciales	14.2.5
6	Protegido contra fuertes chorros de agua	El agua proyectada en chorros fuertes sobre la envolvente desde cualquier dirección, no debe producir efectos perjudiciales	14.2.6
7	Protegido contra los efectos de la inmersión en agua	No debe ser posible que el agua penetre en cantidad suficiente en el interior de la envolvente sumergida temporalmente en agua , con una presión y un tiempo normalizados	14.2.7
8	Protegido contra la inmersión prolongada	No debe ser posible que el agua penetre en cantidad suficiente en el interior de la envolvente sumergida continuamente en agua bajo condiciones que se acordarán entre el fabricante y el usuario, pero que son más severas que para la cifra	14.2.8

Grados de protección contra cuerpos sólidos extraños indicados por la primera cifra característica

Primera cifra característica	Grado de protección		Condiciones de ensayo
	Descripción breve	Definición
0	No protegido	-	-
1	Protegido contra los cuerpos sólidos extraños superiores a 50 mm Æ y mayores	El calibre de acceso, esfera 50 mm Æ, no penetrará completamente.	13.2
2	Protegido contra los cuerpos sólidos extraños superiores a 12,5 mm Æ y mayores	El calibre de acceso, esfera 12,5 mm Æ, no penetrará completamente.	13.2
3	Protegido contra los cuerpos sólidos extraños superiores a 2,5 mm Æ y mayores	El calibre de acceso, esfera 2,5 mm Æ, no penetrará completamente.	13.2
4	Protegido contra los cuerpos sólidos extraños superiores a 1,0 mm Æ y mayores	El calibre de acceso, esfera 1,0 mm Æ, no penetrará completamente.	13.2
5	Protegido contra el polvo	No se impide del todo la penetración del polvo, pero este no puede entrar en cantidades suficientes como para perjudicar el buen funcionamiento del aparato o perjudicar la seguridad.	13.4 13.5
6	Totalmente protegido contra el polvo	No hay penetración de polvo	13.4 13.5