Fsica Nuclear y de Partculas 2010/20111
DESINTEGRACIONES
RADIACTIVAS
CONTENIDOS
Produccin y desintegracin.
Masa y actividad.
Periodo de semidesintegracin
Vida media.
Actividad.
Unidades.
Series Radiactivas.
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ISTOPOS
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LEY DE DESINTEGRACIN
00
10
lnt N N
t
dN NN t
dt N
LEY DE DESINTEGRACIN RADIACTIVA
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LEY DE DESINTEGRACIN
(Constante de desintegracin): probabilidad por unidad
de tiempo de que un ncleo cualquiera se desintegre
N = nmero de tomos de un radionucleido en el instante t
0
1( ) t
dNN t N e
Ndt
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ACTIVIDAD
0 0( ) ( )t tdNA t N e A e N t
dt
Actividad (A): es el nmero de desintegraciones que se
producen por unidad de tiempo
Unidades: (desintegraciones/segundo)
1 Becquerel (Bq) = 1 desintegracin/segundo
1 curie (Ci) = 3.7 x 1010 Bq (actividad de un gramo de radio)
1 Rutherford (Rd) = 106 Bq
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PERIODO DE SEMIDESINTEGRACIN.
VIDA MEDIA
1 20 01 2 0 1 2ln 2
2 2
TA AA T A e T
0
00 0
1 2
0 0
11.44
NttdN tN e dt
TN N
Periodo de Semidesintegracin (T1/2): es el tiempo que
debe transcurrir para que el nmero de ncleos se
reduzca a la mitad
Vida media (): es el tiempo promedio que debe
transcurrir para que un ncleo se desintegre
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INTRODUCCIN A LA
PROTECCIN RADIOLGICA
CONTENIDOS
Radiactividad natural.
Rayos Csmicos.
Unidades de dosimetra
Efectos biolgicos de la radiacin.
Seguridad Nuclear, valores de seguridad estndar para los trabajadores expuestos a la radiactividad.
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Partcula Alfa
Partcula Beta menos
(electrn)
Antineutrino
Partcula Beta ms
(positrn)
Neutrino
Rayo Gamma
(Fotn)
A, Z A, Z-1
A, Z+1
A-4, Z-2A, Z
A, Z
A, Z A, Z
Qu
es la
Radia
ctivid
ad?
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RADIACTIVIDAD NATURAL
SERIES RADIACTIVAS NATURALES
Z > 83 Elementos Radiactivos
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RADIACTIVIDAD
NATURAL
TORIO-232 1.41 BILL. DE AOS
RADIO-228 5.75 AOS
ACTINIO-228 6.15 HORAS
FRANCIO-224 3.3 MINUTOS
RADIO-224 3.66 DAS
RADN-220 55.6 SEGUNDOS
POLONIO-216 0.145 SEGUNDOS
PLOMO-212 10.64 MINUTOS
BISMUTO-212 1.01 HORAS
TALIO-208 3.05 MINUTOS
PLOMO-208 ESTABLE
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RADIACTIVIDAD NATURAL
Otros elementos
radiactivos
presentes en la
naturaleza:
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RADIACTIVIDAD NATURAL
PRODUCCIN DE 14C
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RADIACTIVIDAD NATURAL
Los elementos radiactivos
naturales se encuentran
distribuidos en forma
bastante uniforme en las
rocas y suelos de la corteza
terrestre, la cual est
constituida principalmente
por basalto y granito
Nucleo Smbolo Vida Media
Uranio-235 235U 7.04 x 108 aos
Uranio-238 238U 4.47 x 109 aos
Torio-232 232Th 1.41 x 1010 aos
Radio-226 226Ra 1.60 x 103 aos
Radn-222 222Rn 3.82 das
Potasio-40 40K 1.28 x 109 aos
Principales Radionucleidos
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RADIACTIVIDAD NATURAL
Comida40K
pCi/kg
226Ra
pCi/kg
Pltano 3,520 1
Nueces 5,600 1,000-7,000
Zanahorias 3,400 0.6-2
Patatas 3,400 1-2.5
Cerveza 390 ---
Carne Roja 3,000 0.5
Limn 4,640 2-5
Agua del Grifo --- 0-0.17
La radiacin interna proviene de las
sustancias radiactivas 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 istopos
radiactivos que contiene el cuerpo humano
son el potasio-40, el carbono-14 y el tritio
NOTA: 1Ci = 1 Curio = 3.7x1010 Bq
1 Bq = 1 Becquerel = 1 desintegracin / s
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Medicina Nuclear
Radioterapia
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El Radn es una de las principales
sustancias que contribuye a la dosis
que recibimos de manera natural.
El Radn es un gas noble que se
filtra hasta el interior de nuestras
casas desde el subsuelo.
Es curioso observar cmo sta
dosis es mayor en pases fros,
donde las medidas para aumentar
la eficiencia energtica limitan la
renovacin de aire en las viviendas.
RADIACTIVIDAD NATURAL
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RAYOS CSMICOS
RAYOS CSMICOS PRIMARIOS:
Son ncleos muy energticos (90% protones, 9%
partculas ) provenientes de supernovas, pulsares, agujeros
negros, que llegan hasta la atmsfera.
RAYOS CSMICOS SECUNDARIOS:
Los rayos csmicos primarios que golpean las capas
ms externas de la atmsfera, sufren colisiones con los
ncleos que all se encuentran. De estas colisiones resultan
lluvias de nuevas partculas elementales (electrones,
positrones, pi, muones, ...) que llegan a la superficie
alcanzando una extensin de varios kilmetros cuadrados.
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RADIACTIVIDAD NATURAL
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UNIDADES DE DOSIMETRA
EXPOSICIN: La exposicin es una medida de la ionizacinproducida por una radiacin ionizante.
Su unidad es el Roentgen (R), la exposicin (rayos X o g)
recibida por un kilogramo de aire en condiciones estndar de
presin y temperatura (CSPT) si se produce un nmero de pares
de iones equivalente a 2.58 x10-4 Coulombios (la unidad
electrosttica de carga).
Esta unidad slo sirve para rayos X y g, como decimos, porque
se mide en cmaras de ionizacin y han de ionizar un volumen
importante. Es necesario que sean penetrantes.
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UNIDADES DE DOSIMETRA
DOSIS ABSORBIDA
En cada material, la creacin de un in necesita una energa
diferente. En vista de que el Roentgen deposita diferentes
cantidades de energa segn el material que recibe la exposicin,
resulta ms adecuado definir la dosis absorbida (D):
Energa depositada por unidad de masa, independientemente
de qu material se trate. Esta unidad sirve para otros tipos de
radiaciones. En el S.I. la unidad de dosis absorbida es el Gray
(Gy): 1 Gy = 1 J / kg.
Otra unidad usada de dosis absorbida es el rad: 1 Gy = 100rad
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KERMA: energa cedida
La dosis absorbida (energa absorbida en el material por
unidad de masa) es difcil de calcular y medir. Por tanto, en
muchas aplicaciones (como la radioterapia) se prefiere trabajar
con el concepto de KERMA (K):
Kinematic Energy Realeased in MAtter.
Mide la energa liberada por una radiacin al atravesar un
determinado material. Ojo!, no es necesariamente la misma que
la energa absorbida por el material, ya que muchas particulas
generadas pueden abandonar el material sin depositar su energa.
Sus unidades son tambin el Gy (J/Kg) y el rad (0.01J/Kg).
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Qu es capaz
de atravesar la radiacin?
ALFA
BETA
GAMMA
NEUTRN
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UNIDADES DE DOSIMETRA
FACTOR DE CALIDAD
Aunque todas las radiaciones ionizantes producen efectos
biolgicos similares, una cierta dosis absorbida puede producir
efectos de magnitudes distintas, segn el tipo de radiacin de que
se trate. Esta diferencia de comportamiento ha llevado a definir el
factor de calidad (Q) para cada tipo de radiacin.
Se toma Q = 1 para rayos X y gamma. El factor de calidad es una
medida de los efectos biolgicos producidos por las distintas
radiaciones, comparados con los producidos por los rayos X y
gamma, para una misma dosis absorbida. El factor de calidad Q
depende de la densidad de ionizacin de las diferentes radiaciones.
Fsica Nuclear y de Partculas 2010/201124
UNIDADES DE DOSIMETRA
Factores de calidad
Tipo de
radiacin
Q
Rayos X, g 1
Electrones 1
Neutrones
trmicos
2.3
Neutrones
rpidos
10
Protones 10
Partculas 20
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UNIDADES (RESUMEN)
Actividad: Desintegracines por segundo (Bq y Ci)
Exposicin: Ionizacin en aire (C/Kg y Roentgen)
Dosis absorbida: Energa absorbida (rad y gray=1J/Kg=100 rads).
Energia Cinetica suministrada (KERMA): (rad y gray=1J/Kg=100 rads).
Dosis equivalente: Efecto biolgico (rem y sievert)
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DOSIS MEDIA ANUAL PROVENIENTE DE RADIACIN NATURAL
Au
stria
Irla
nd
a
Ita
lia
Lu
xem
bu
rgo
Ho
lan
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Fin
lan
dia
Fra
nci
a
Ale
ma
nia
Gre
cia
Bl
gic
a
Su
ecia
Rayos Csmicos
Gamma (Fuera)
Radn
Gamma (Dentro)
RADIACTIVIDAD NATURAL
Un 87% de la dosis de radiacin que recibimos proviene de fuentes naturales. La
radiactividad est en todas partes: en las casas, en el aire que respiramos, en los
alimentos que tomamos; incluso nuestro propio cuerpo es radiactivo. La Tierra es
radiactiva por naturaleza y expone a los habitantes a la radiacin proveniente de las rocas
superficiales y el suelo.
Fsica Nuclear y de Partculas 2010/201128
Fsica Nuclear y de Partculas 2010/201129
EFECTOS BIOLGICOS DE LA
RADIACIN
EFECTOS CAUSAS EJEMPLO
INMEDIATOS
Cuando se produce un dao
directo y simultneo a ambos pares
de los cromosomas. No es
reparable.
Si no se daan los genes, pero
otras zonas vitales de la clula, la
clula simplemente muere.
RETARDADOS
Se crean radicales libres e
iones en las clulas que, ms
tarde, causarn daos en los
genes del ncleo, en ambos
pares de genes a la vez.
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EFECTOS BIOLGICOS DE LA
RADIACIN
EFECTOS CAUSAS EJEMPLO
ESTOCSTICO o
ALEATORIO
Cuando la probabilidad de
que se presente el efecto es
proporcional a la dosis
recibida, no existiendo una
dosis umbral, por debajo de la
cual no se presente el efecto.
La probabilidad de que aparezca
leucemia en un sujeto irradiado
es tanto ms grande cuanto
mayor sea la dosis recibida y
puede aparecer aunque la dosis
recibida sea casi despreciable.
NO
ESTOCSTICO o
DETERMINISTA
Es aqul cuya intensidad (no
su aparicin o no aparicin) es
tanto mayor cuanto mayor sea
la dosis recibida, existiendo
una dosis umbral para la
aparicin del mismo.
La aparicin de alopecia
(calvicie) radioinducida es tanto
ms intensa cuanto mayor es la
dosis pero no aparecer nunca si
la dosis es inferior a 2000 rads.
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ALGUNOS EFECTOS DE LA RADIACIN PARA DIVERSAS DOSIS
DOSIS EFECTO ALEATORIO DETERMINSTICO
2 mSv fondo naturalMutaciones genticas naturales. Del 0.1 al 2 % de todas
las enfermedades hereditarias.
2.5 mSv; fondo natural + actividades humanas Idem
5 mSv; dosis promedio personal profesionalmente
expuesto . Lmite legal para el pblico.
3 muertes/10000 personas en 50 aos; 0.65 casos de
efectos hereditarios graves en 2 generaciones.
50 mSv, lmite legal para el personal
profesionalmente expuesto
3 muertes/1000 personas en 50 aos; 6.5 casos de
efectos hereditarios graves en dos generaciones.
3 - 4 Sv, dosis local depilacin
3 - 6 Sv, dosis local eritema
2 - 9 Sv, dosis localopacificacin del
cristalino
2.5 - 3 Sv, dosis cuerpo enteromortalidad 50 % en
menos de 60 das
10 Sv, dosis cuerpo enteromortalidad 100 % en
menos de 10 das
EFECTOS BIOLGICOS DE LA
RADIACIN
Fsica Nuclear y de Partculas 2010/201132
EFECTOS BIOLGICOS DE LA
RADIACIN
INTERACCIONES BIOLGICAS BSICAS DE LAS RADIACIONES IONIZANTES.
RESPUESTA CELULAR.
La interaccin de la radiacin con las clulas es una funcin de PROBABILIDAD, es una cuestin de azar, es
decir, puede o no interaccionar.
La interaccin de la radiacin en una clula es de carcter NO SELECTIVO, es decir, se puede depositar al azar en
cualquier parte de la clula.
Los cambios visibles producidos en las clulas, tejidos y rganos no son nicos, NO SON ESPECFICOS, no se
pueden distinguir de los daos producidos por otro tipo de trauma.
La accin de las radiaciones ionizantes sobre las clulas ES SIEMPRE DE CARCTER LESIVO, es decir, dicho
efecto siempre lleva un dao y nunca un beneficio.
Los cambios biolgicos que resultan de las radiaciones ionizantes se manifiestan slo cuando ha transcurrido cierto
periodo de tiempo, llamado PERIODO DE LATENCIA, que depende de la dosis inicial y que puede variar desde
unos minutos hasta semanas o aos.
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SEGURIDAD NUCLEAR
Los lmites anuales de dosis radiolgica fijados por la Unin
Europea que una persona puede absorber son:
(Pgina y reglamento del CSN):
www.csn.es
Trabajadores profesionalmente expuestos (los que
habitualmente estn sometidos a radiaciones ionizantes) de 20
mSv (100 mSv de promedio en 5 aos). Hasta 250 mSv en
caso de accidente y por una sola vez en toda la vida laboral.
Poblacin en general el lmite est en 5 mSv (=500 mrem).
Fsica Nuclear y de Partculas 2010/201134
SEGURIDAD NUCLEAR
Lmites a la ingesta/inhalacin de radioistopos. La cantidad
mxima admisible en el cuerpo que puede resultar de algunas
actividades est limitada. El lmite tiene en cuenta la dosis
mxima equivalente y el periodo efectivo de eliminacin del
istopo:
Por ejemplo: 131I, se acumula en el tiroides, el periodo efectivo
es de 7,5 das y el lmite 0,2 mCi.
14C, periodo efectivo de 14 das, se acumula en la grasa, lmite
86 mCi.
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SEGURIDAD NUCLEAR: ALARA
Medidas de proteccin: ALARA o As Low As Reasonably
Achievable (porque hay efectos no determinsticos!!!).
Evitar la dosis interna: no comer, ni beber ni fumar en
presencia de fuentes radiactivas
Minimizar exposicin:
1) Reducir el tiempo de exposicin
2) Mantener la mxima distancia con las fuentes
3) Blindar o apantallar las zonas activas
Fsica Nuclear y de Partculas 2010/201136
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GRACIAS POR LA
ASISTENCIA, Y SUERTE
(Y NIMO) PARA ESTE
CURSO.