Almudena Real Gallego

Doctora en Ciencias Biológicas

APLICACIONES DE LA

TECNOLOGÍA NUCLEAR

APLICACIONES DE LA

TECNOLOGÍA NUCLEAR

Todas aquellas tecnologías que hacen uso de radiaciones

nucleares (radiaciones ionizantes).

¿QUÉ ENTENDEMOS POR TECNOLOGÍA NUCLEAR?

ORIGEN DE LAS RADIACIONES NUCLEARESORIGEN DE LAS RADIACIONES NUCLEARES

Algunas sustancias poseen en su núcleo atómico una configuración inestable de protones y neutrones.

C-12 C-13

Los núcleos inestables tienden a estabilizarse emitiendo el exceso de energía (se transforman): Emiten RADIACIÓN

C-10 C-11C-9 C-14 C-15 C-16

Déficit de neutrones Exceso de neutrones

neutrón

protón

TIPOS DE RADIACIONES NUCLEARESTIPOS DE RADIACIONES NUCLEARES

Elementos pesados (U, Ra, Rn)2p+ + 2no

Energía electromagnética

Constituida fundamentalmente por e-

RADIACIONES RADIACIONES ELECTROMAGNELECTROMAGNÉÉTICASTICAS

LA RADIACILA RADIACIÓÓN IONIZANTE ES NATURALN IONIZANTE ES NATURAL

“La vida en la tierra se ha desarrollado en presencia de radiación. No es nada nuevo, inventado por el hombre, la radiación siempre ha estado aquí”

Eric J Hall. Profesor de la Universidad de Columbia. NY.

EH!!¿Cuál es el nivel de radiación

D.C?

Muy similar al de A.C

Pregunta al de atrás, es

griego

¿Qué son los rayos gamma y

beta?

Radiación y vida

Contribución de las diferentes fuentes de radiación natural, a la dosis media total anual recibida por la población mundial (UNSCEAR, 2008)

2,4

1,2

0,50,3 0,4

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

Dosis media

total anual

por causas

naturales

Radiactividad

natural en el

aire

Suelo y

edificios

Comidas y

bebidas

Rayos

Cósmicos

mSv

FUENTES NATURALES

DOSIS ANUALES DE RADIACIDOSIS ANUALES DE RADIACIÓÓN NATURALN NATURAL

0,417 0,400 0,008 0,007 0,0020

0,5

1

1,5

2

2,5

Dosis media

total anual

por causas

artificiales

Aplicaciones

médicas

Otras causas

(usos

industriales,

viajes en

avión, etc.)

Lluvias

radiactivas de

pruebas

nucleares y

Chernobyl

Energía

Nuclear

mSv

FUENTES ARTIFICIALES

Contribución de las diferentes fuentes de radiación artificial a la dosis media total anual recibida por la población mundial (UNSCEAR, 2008)

DOSIS ANUALES DE RADIACIDOSIS ANUALES DE RADIACIÓÓN ARTIFICIALN ARTIFICIAL

RIESGOS Y BENEFICIOS DE LA RADIACIRIESGOS Y BENEFICIOS DE LA RADIACIÓÓNN

Las radiaciones ionizantes aunque pueden producir efectos perjudiciales para la salud de las personas y el medio ambiente,

tienen muchas aplicaciones beneficiosas.

Para poder protegernos de manera

adecuada es importante conocer, tan en

detalle como sea posible, todos los

riesgos de la radiación ionizante.

Desde que se descubrieron los rayos X en

1895, se observó que éstos podían

producir efectos nocivos para la salud.

RELACIRELACIÓÓN ENTRE DOSIS Y EFECTOSN ENTRE DOSIS Y EFECTOS

Dosis (mSv) Causas y Efectos (valores típicos)

10.000

4.000

250

100

3,5

2,5

0,02

0,002

Muerte en días o semanas (100% casos)

Muerte en días o semanas (50% casos)

No produce efectos observables de tipo inmediato

No hay evidencia de efectos sanitarios en seres humanos

Dosis media anual por persona en España

Dosis media anual por persona en el mundo

Una radiografía de tórax

3 horas en avión. Dosis anual debida a la industria nuclear

Fuente: E. Gallego (Univ. Polit. Madrid)

IndustriaMedicina

Producción de energía

AgroalimentaciónConservación del patrimonio

Medio ambiente

CUALIDADES DE LA RADIACICUALIDADES DE LA RADIACIÓÓN IONIZANTEN IONIZANTE

Neutrón

� Fácil de detectar

� Cantidades mínimas detectables

� Aportan energía

� Estimulan radiaciones secundarias

� Atraviesan/penetran la materia

APLICACIONES INDUSTRIALESAPLICACIONES INDUSTRIALES

APLICACIONES INDUSTRIALESAPLICACIONES INDUSTRIALES

Trazadores

Prospección

Polimerización

Esterilización

Medidores

Ensayos no destructivos: radiografía

Los materiales atenúan o absorben parte de la energía de radiación (proporcional al espesor y densidad del material).

Más oscuro= menor espesor, densidad o “burbuja de gas”.

RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL

MEDIDORES:

Sondas de espesor: Papel, plástico, chapa, acero, etc.

Radiación beta (poco penetrante)

APLIC. INDUSTRIALES: APLIC. INDUSTRIALES: ENSAYOS NO DESTRUCTIVOSENSAYOS NO DESTRUCTIVOS

APLICACIONES INDUSTRIALES: APLICACIONES INDUSTRIALES: ESTERILIZACIESTERILIZACIÓÓNN

� ¿Por qué la radiación esteriliza?

� Ventajas frente a otras técnicas (calor, productos químicos)

• Jeringuillas, agujas, suturas, guantes, tubos y catéteres, batas, material y campos quirúrgicos

• Contenedores, placas, tubos, pipetas, filtros, botellas.

•Envoltorios, dosificadores, tubos y contenedores, talcos

SUMINISTROS MÉDICOS, BIOLÓGICOS Y FARMACEÚTICOS

PRODUCTOS FARMACEÚTICOS

• Colirios• Productos para quemaduras• Vitaminas• Agua

COSMÉTICOS Y PRODUCTOS SANITARIOS

• Cremas, mascarillas, maquillajes• Tetinas de bebés, toallitas

sanitarias, envases

Instalación

Recepción y control de material

Control del proceso

Celda del acelerador de electrones

Carga cinta transportadora

Descarga

Control de calidad

Certificación (dosis)

Llegada mercancía

Salida mercancía Almacén mercancía

Laboratorio dosimétrico (medida de dosis)

(Tarancón, Cuenca)

APLICACIONES INDUSTRIALES:APLICACIONES INDUSTRIALES: ESTERILIZACIESTERILIZACIÓÓNN

APLICACIONES APLICACIONES AGROALIMENTARIASAGROALIMENTARIAS

MEJORAR LA PRODUCCIMEJORAR LA PRODUCCIÓÓN DE ALIMENTON DE ALIMENTO

Tratamiento de los búfalos en Indonesia

Bloque multinutritivo: ganan 3 kg/semana, reduce de 35 a 10 Kg de pienso para ganar 1 kg de peso

� Mejora de la capacidad reproductora y el rendimiento ganadero.

PRODUCCIÓN PECUARIA

EUROPA: Cebada, trigo, arroz, mandarinas, albaricoques

1.500 variedades mejoradas:Algodón en Pakistán; Arroz en China (25 días de maduración y mayor cantidad de proteína); sorgo

� Mutaciones inducidas por radiación en semillas: variedades de cultivos de alto rendimiento y mejor adaptadas al medio

CULTIVOS

• SEGÚN LA FAO (Food and Agriculture Organization)

SE PIERDE EL 25% de los alimentos producidos

• SEGÚN LA OMS (Organización Mundial de la Salud)

Las enfermedades de origen alimentario están aumentando de forma alarmante (consumo de alimento en mal estado)

NO BASTA CON AUMENTAR LA PRODUCCINO BASTA CON AUMENTAR LA PRODUCCIÓÓN, HAY N, HAY QUE SABER CONSERVAR LOS ALIMENTOSQUE SABER CONSERVAR LOS ALIMENTOS

¿SE HACE NECESARIA LA IRRADIACIÓN DE ALIMENTOS?

El 70% de los 3,2 millones de defunciones de menores de 5 años se debe a enfermedades diarreicas trasmitidas por los alimentos

INTOXICACIONES DE ORIGEN ALIMENTARIOINTOXICACIONES DE ORIGEN ALIMENTARIO

Año País Alimento Bacteria Afectados

2000 España Salchichas E. coli 220

Japón Leche E. coli 15.000

Canadá Agua envasada S. aureus 2.000

1997 EE.UU. Hamburguesas E. coli 2.000

La salmonelosis es una de las enfermedades de transmisión alimentaria más comunes y ampliamente extendidas, y cada año provoca decenas de millones de casos en todo el mundo.

HISTORIA DE LA TECNOLOGHISTORIA DE LA TECNOLOGÍÍA DE A DE IRRADIACIIRRADIACIÓÓN DE ALIMENTOSN DE ALIMENTOS

1954- Primeros estudios de investigación.

1956- Se comienza en la URSS la irradiación de patatas y cebollas

1958- Europa Occidental abre las primeras plantas de irradiación

1980- Reunión del JECFI en Ginebra donde se concluye que “ la irradiación de alimentos con dosis <10 kGy no presenta ningún peligro toxicológico, ni son necesarias más pruebas”

1986- La FDA legaliza la irradiación

1988- La CE aprueba esta tecnología.

Logotipo de alimento irradiado

CONSERVACICONSERVACIÓÓN DE ALIMENTOS POR IRRADIACIN DE ALIMENTOS POR IRRADIACIÓÓNN

Dosis de 0,05-0,15 KGy

Fresas conservadas 15 díasFresas conservadas 15 días

Dosis de 1,5-3,0 KGy

� Especias: pimienta negra, azafrán

� Tisanas; manzanilla, poleo, tila, etc.

� Hierbas medicinales

Eliminan bacterias en:

Dosis de 1,0-7,0 KGy4 meses

ACEPTACIACEPTACIÓÓN DE LA IRRADIACIN DE LA IRRADIACIÓÓN DE ALIMENTOSN DE ALIMENTOS

Preguntas de los consumidores

Aunque se aplicara a los alimentos dosis 1.000 veces mayores que los 10 kGyautorizados, la radiactividad inducida sería 200.000 veces inferior al nivel de radiactividad natural existente en los alimentos.

� ¿Son radiactivos los alimentos irradiados?.

Respecto a otros métodos utilizados (congelación; calor) la irradiación de los alimentos no reduce el contenido vitamínico.

� ¿Son nutritivos?.

� ¿Pueden producir cáncer?.Los estudios de toxicidad y carcinogenicidad muestran que los alimentos irradiados con dosis inferiores a 10 kGy no tienen riesgo toxicológico.

APLICACIONES APLICACIONES MEDIOAMBIENTALESMEDIOAMBIENTALES

APLICACIONES MEDIOAMBIENTALESAPLICACIONES MEDIOAMBIENTALES

Contaminación del medio ambiente.

Erradicación de plagas de insectos.

Aplicaciones hidrológicas (recursos hídricos)

Conservación del patrimonio histórico.

Datación de restos arqueológicos.

PLAGAS DE INSECTOSPLAGAS DE INSECTOS

Los insectos hacen que se pierda el 10% de la cosecha total. Equivale a perder la producción de todo un país como EE.UU.

Métodos tradicionales (pesticidas insecticidas): Problemas para el medio ambiente y para la salud. Los insectos desarrollan resistencia

NECESIDAD DE NUEVAS ESTRATEGIAS

ERRADICACIÓN DE PLAGAS DE INSECTOS:

¿En que consiste la técnica?

TTÉÉCNICA DE INSECTOS ESTCNICA DE INSECTOS ESTÉÉRILES (TIE)RILES (TIE)

Campos de aplicación de la TIE.

¡¡Chicas, sóloun apareamiento estasemana, que a este

ritmo pronto estaremosextinguidas !!

Características únicas de la TIE.

� Más eficaz a menor densidad de la plaga.

� Sólo afecta al insecto de la plaga.

� Compatible con otros métodos.

ERRADICACIÓN DE PLAGAS DE INSECTOS:

APLICACIAPLICACIÓÓN DE LA TIEN DE LA TIE

Gusano barrenador del Nuevo Mundo.

Mosca mediterránea de la fruta.

Mosca tsé-tsé: enfermedad del sueño en humanos y tripanosomiasis en animales.

Afecta a 3 millones de animales y ½ millón de personas al año, produciendo pérdidas de 4.000 millones de €

- Afecta a 300-500 millones de personas al año.

- Mueren 2 millones de personas al año.

Mosquitos de la malaria.

APLICACIONES HIDROLAPLICACIONES HIDROLÓÓGICASGICAS

Información que pueden aportar los isótopos:

Origen, edad, distribución, calidad, conexión entre acuíferos, dinámica de lagos y embalses, filtración de las represas, etc

Isótopos Naturales:Hidrógeno (Tritio)y Carbono (C-14).

Isótopos Artificiales:I-131.

Ciclo del agua:

CONSERVACICONSERVACIÓÓN DEL PATRIMONIO HISTN DEL PATRIMONIO HISTÓÓRICORICO

Libros y documentos de archivos.

Esculturas.

- Eliminar insectos xilófagos y hongos.

- Consolidar piezas (monómeros + radiación).

Obras pictóricas: Detectar falsificaciones.

Instrumentos musicales.

- Reparaciones, alteraciones o falsificaciones.

- Daño interno por insectos.

- Alteraciones en su composición estructural.

Neutrones: Conocer el origen de una pieza.

CONSERVACICONSERVACIÓÓN DEL PATRIMONIO HISTN DEL PATRIMONIO HISTÓÓRICORICO

APLICACIONES EN APLICACIONES EN INVESTINVESTIGACIIGACIÓÓN BIOMN BIOMÉÉDICA Y DICA Y

EN MEDICINAEN MEDICINA

� Investigación Biómédica- Técnicas in vitro- Técnicas in vivo

APLICACIAPLICACIÓÓN EN INVESTIGACIN EN INVESTIGACIÓÓN N BIOMBIOMÉÉDICA Y MEDICINADICA Y MEDICINA

� Medicina- Diagnóstico - Terapia

Técnicas “in vitro” Técnicas “in vivo”

Marcaje de macromoléculas en un tubo de ensayo

Administrar una sustancia radiactiva “trazador” a un organismo vivo

TTÉÉCNICAS RADIOISOTCNICAS RADIOISOTÓÓPICAS EN BIOMEDICINAPICAS EN BIOMEDICINA

Fuente: MªT. Macias (CSIC. Madrid)

Cultivos celulares Animales de experimentación

TTÉÉCNICAS CNICAS ““in vivoin vivo””

Fuente: MªT. Macias (CSIC. Madrid)

• Fosforilación de proteínas con 32P

• Valoración de síntesis de proteínas con 35S-Metionina

• Estudios de proliferación celular con 3H-Timidina

• Ensayos de citotoxicidad con 51Cr

MARCAJE RADIACTIVO DE CULTIVOS CELULARESMARCAJE RADIACTIVO DE CULTIVOS CELULARES

Fuente: MªT. Macias (CSIC. Madrid)

APLICACIONES MAPLICACIONES MÉÉDICASDICAS

� Diagnóstico: detectar enfermedades

� Terapia: tratamiento de enfermedades

Exploración con Tc-99m.(periodo semidesintegración 6h)

El periodo de semidesintegración o de transformación es el tiempo en el que se transformará la mitad de los núcleos inestables.

Periodo de semidesintegración

Es característico de cada sustancia

PERIODO DE SEMIDESINTEGRACIPERIODO DE SEMIDESINTEGRACIÓÓNN

Administración de un isótopo radiactivo para detectar una enfermedad.

MEDICINA NUCLEAR

APLICACIONES MAPLICACIONES MÉÉDICASDICAS: DIAGN: DIAGNÓÓSTICOSTICO

Obtención de imágenes mediante un equipo de rayos X.

RADIODIAGNOSTICO

CáncerSistema endocrinoSistema cardio-vascularHuesos y articulacionesAparato respiratorioSistema nervioso

Ga-67 F-18

APLICACIONES MAPLICACIONES MÉÉDICASDICAS: TERAPIA: TERAPIA

Administración de un isótopo radiactivo para destruir células malignas.

MEDICINA NUCLEAR

- Teleterapia, utiliza la radiación procedente de un equipo generador situado a cierta distancia de la zona a irradiar (tele: lejos).

RADIOTERAPIA

- Braquiterapia: Utiliza fuentes cerradas de material radiactivo que se colocan en contacto con el tumor o se introducen en el mismo (braqui: corto, próximo).