Los mitos de la radiación II
Dr. Mauro Napsuciale Mendívil
Departamento de Física
División de Ciencias e Ingeniería
Campus León, Universidad de Guanajuato
En un escrito previo, abordamos el tema de la radiación a la que estamos expuestos todos los días. La conclusión es que vivimos en un baño de radiación electromagnética, esto es, luz que podemos ver o no, así como electrones y neutrinos que emiten los núcleos de los isótopos de átomos pesados, que decaen debido a la existencia de otra fuerza que por ser mucho más pequeña que la que sienten las partículas cargadas, llamamos interacción débil. Hay que decir además que hace cinco años, fueron descubiertas las ondas gravitacionales, así que hoy sabemos que también recibimos ondas gravitacionales de nuestro entorno.
Por si fuera poco, constantemente está llegando a la atmósfera de la tierra una gran cantidad de partículas provenientes del exterior que llamamos rayos cósmicos, que provienen del sol, del interior de nuestra galaxia o del espacio fuera de nuestra galaxia. La mayor parte de estos rayos cósmicos son protones, pero también inciden núcleos de átomos de Helio y en menor medida electrones y otras partículas como neutrinos y fotones (luz) de muy alta energía y algunas formas de anti-materia como positrones (anti-electrones) y anti-protones.
Afortunadamente, el campo magnético de la tierra desvía una buena parte de estas partículas, protegiéndonos de sus efectos. Sin embargo, algunos de estos rayos cósmicos chocan con los componentes de la atmósfera (principalmente Nitrógeno, Oxígeno y Argón) creando nuevas partículas que son inestables y decaen en otras que a su vez decaen en otras, lo cual genera una cascada de partículas hasta que finalmente se crean electrones y fotones, que son estables, ya no decaen y llegan a la superficie de la tierra. Algunas de las partículas creadas en medio, como los muones, aunque son inestables, viven el tiempo suficiente para alcanzar a llegar también a la tierra. Pues también a esta radiación estamos expuestos todos los días.
¿Es peligrosa la radiación para nuestra salud? Pues depende de su energía. Para entender mejor esto, tomemos en cuenta que nosotros estamos hechos de átomos, El átomo más simple es el átomo de hidrógeno, que está constituido por un protón en el centro (el núcleo) y un electrón girando alrededor. El sistema se parece mucho al de la tierra girando alrededor del sol, pero hay al menos dos diferencias fundamentales. La primera es el tamaño. La tierra se encuentra a 150 millones de kilómetros del sol mientras que el electrón se encuentra casi siempre a cinco centésimas de la millonésima parte de un milímetro del protón. La segunda, es la naturaleza de la fuerza que los mantiene unidos: la fuerza gravitacional en el caso tierra-sol y la fuerza eléctrica en el caso electrón-átomo.
Pues bien, no es lo mismo juntos que libres y un átomo de hidrógeno tiene menor energía que un protón y un electrón libres. Hemos podido cuantificar esta diferencia e inventado unidades apropiadas para medirla, que llamamos “electron-Volts” y abreviamos como “eV”. En estas unidades, la energía de la unión del protón y el electrón para formar al átomo de hidrógeno es de 13.6 eV. Esto nos da una energía de referencia para los enlaces de átomos mas complejos.
El siguiente átomo en complejidad es el átomo de Helio, que tiene dos protones en el núcleo y dos electrones girando alrededor del mismo. En este caso, los dos protones en el núcleo se repelen porque tienen la misma carga eléctrica, así que se requieren más componentes para tener un núcleo estable. Fue de esta manera que hace casi un siglo llegamos a la conclusión de que deben existir los neutrones (partículas sin carga eléctrica) en los núcleos, pero que sienten una fuerza más intensa que la electromagnética, que vence la repulsión electromagnética y estabiliza al núcleo, que denominamos fuerza nuclear y a un nivel más interno de estructura, interacción fuerte.
El átomo de Helio tiene dos protones y dos neutrones en el núcleo. Lo mismo sucede con átomos más grandes, como el Litio, que tiene tres electrones y un núcleo con tres protones y tres neutrones, y que hoy día está de moda por su utilidad en la fabricación de baterías de alto rendimiento. Con algunas variaciones en el número de neutrones que son necesarios para estabilizar el núcleo, todos los elementos estables que conocemos siguen este patrón. Tanto el tamaño del átomo como la energía de unión de los electrones aumenta conforme aumenta el número de protones en el núcleo.
El siguiente nivel de organización, son las moléculas. Por ejemplo, el agua (H2O) que abunda en nuestro cuerpo está compuesto de dos átomos de Hidrógeno y un átomo de Oxígeno unidos en un sistema mas complejo en el que los átomos comparten electrones, haciendo el sistema mas estable, esto es, los electrones tienen una energía de ligadura mucho mayor que las que tendrían en los átomos individuales. Otras sustancias como la sal (NaCl) están hechas de moléculas compuestas por átomos de Cloro y Sodio y tienen propiedades químicas diferentes.
Pues bien, nuestro cuerpo como sabemos está compuesto de un gran número de cadenas y redes tridimensionales de moléculas, altamente especializadas que cumplen funciones específicas. Estos sistemas llegan a constituir sistemas muy grandes del orden de metros como algunas de nuestras neuronas. Uno de estos sistemas son las cadenas de ADN que contienen nuestra información genética. La energía típica de ligadura de las cadenas que constituyen a estos sistemas, es del orden de miles de electron-Volts y medimos en unidades de Kilo-electron-Volts y abreviamos como “KeV”.
¿Es peligrosa la radiación a la que estamos expuestos?, la respuesta es afirmativa si la radiación tiene energías del orden de 10 KeV o mayores, en cuyo caso puede romper los enlaces de las diversas cadenas de moléculas que componen nuestro cuerpo. A esta radiación la llamamos radiación ionizante y aunque nuestro cuerpo tiene mecanismos para reparar los enlaces rotos a un cierto ritmo pautado por nuestra evolución como especie en un medio en el que de manera natural existe radiación ionizante, cuando la intensidad de ésta se eleva por encima de estos niveles naturales, rompe más enlaces que los que nuestro cuerpo puede reparar y afecta nuestra salud.
Por esta razón, cuando producimos radiación ionizante de manera artificial como en las plantas nucleares, aceleradores o procesos industriales, es necesario tener la seguridad de que esta radiación está confinada a lugares en los que los seres humanos no tienen acceso. A esto lo llamamos seguridad radiológica y existen normas estrictas aceptadas por todos los países y agencias encargadas del tema en cada país para asegurarnos que esta radiación ionizante artificial cumple con las normas de seguridad establecidas. En nuestro país, esta agencia se denomina Comisión Nacional de Seguridad Nuclear y Salvaguardas que depende de la Secretaría de Energía y todo dispositivo que emita radiación ionizante debe ser autorizado y su funcionamiento supervisado por esta instancia.
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