ENERGÌA NUCLEAR APLICACIONES

Ing. Clara Turriate M

APLICACIONES DE LA ENERGIA NUCLEAR

• La E. N. Puede ser empleada en múltiples campos• 1.- Obtención de electricidad • 2.- Producción de radioisótopos ( trazadores de los procesos

químicos y biológicos)• -En la medicina• -En la industria• -En la agricultura

CENTRAL NUCLEAR

REACTORES NUCLEARESPara controlar la energía que se produce en las reacciones de fisión en cadena se necesita de un sistema que controle las fisiones. Se llama REACTOR NUCLEAR Consiste en una vasija donde se deposita el combustible nuclear en forma de pastilla entre una serie de varillas.

• Los componentes de un reactor son:• 1.- Un material moderador ( grafito ) desacelerar los neutrones• 2.- Barras de control ( cadmio ) controlar la velocidad de la

fisiones• 3.- Un sistema de transferencia de energía calórica que• transporta hacia un sistema de generador de vapor de agua. • 4.- Un sistema de blindaje para evitar la fuga de radiaciones

EFECTOS DE LA RADIACION• La radiación natural constituye casi el 82,5 del total de la

radiación a la cual los seres vivos están expuestos, originándose la mayor parte del radón radiactivo que se encuentra en las rocas y en el suelo proveniente de isótopos radiactivos o rayos X producidos artificialmente. A la radiación recibida constantemente se conoce como radiación de fondo.

• La radiación provoca excitación o ionización de la materia.• Excitación , producida por la radiación no ionizante, es decir,

cuando los electrones que constituyen los átomos o moléculas se mueven en estados de mayor energía.

• Ionización , producida por la radiación ionizante, es decir, cuando se saca un electrón de un átomo o molécula para formar un ión o un radical libre.

• Par los seres vivos las radiaciones ionizante es más peligrosa, esto se debe a que tiene una mayor frecuencia y menor longitud de onda. Ejs: rayos gamma, los rayos X y la luz UV

Unidades de RadiaciónCurie (Ci)

Roentgen (R)

Rad

Rem

Gray (Gy) (unidad SI)

Unidad de radiactividad que indica el decaimiento de una sustancia radiactiva. Ci = 3.7 x 1010 desinteg./s Unidad de exposición a radiación gama o X basada en la cantidad de ionización producida en aire I R = 2.1 x 109 iones/cm3

Unidad de dosis absorbida de radicación, que indica la energía absorbida de cualquier radiación ionizante. Unidad de dosis equivalente; 1 rem es una dosis en rads multiplicada por un factor que depende del tipo de radiación en particular. 1 rem = 1 rad x factor Energía absorbida por los tejidos 1 Gy = 1 J/kg de tejido (l Gy = 100 rad)

Deteccion de la radioactividad. Contador Geiger-Müller

Alto voltaje

Ventana

ÁnodoCátodo

Aislante

Amplificador y contador

Gas argón

Puede usar también placas fílmicas, dosímetros y un instrumento llamado contador de centello

La radiación natural a la que está expuesta la población proviene de la desintegración de isótopos radiactivos en la corteza terrestre, de la radiación cósmica y de los isótopos radiactivos que forman parte de los seres vivos, también llamada radiación interna

Radón 40%

Tratamientos Médicos 17%

RayosCósmicos12%

RadiaciónGamma 15%

RadiaciónInterna 15%

Otros 1%

Los elementos radiactivos naturales se encuentran distribuidos en forma bastante uniforme en las rocas y suelos de la corteza terrestre, la cual está constituida principalmente por basalto y granito

Principales Radionucleidos

NúcleoNúcleo SímboloSímbolo Vida MediaVida Media

Uranio-235Uranio-235 235235UU 7.04 x 107.04 x 1088 años años

Uranio-238Uranio-238 238238UU 4.47 x 104.47 x 1099 años años

Torio-232Torio-232 232232ThTh 1.41 x 101.41 x 101010 años años

Radio-226Radio-226 226226RaRa 1.60 x 101.60 x 1033 años años

Radón-222Radón-222 222222RnRn 3.82 días3.82 días

Potasio-40Potasio-40 4040KK 1.28 x 101.28 x 1099 años años

Los peligros de la radiaciones - Efectos sobre la salud.

La vida se hace posible cuando la radiactividad natural, procedente de los materiales que componen la Tierra, disminuye.

Nuestra atmósfera desarrolla barreras protectoras que filtran la radiación procedente del espacio.

La dosis total absorbida es más importante que el periodo de tiempo durante la cual fue recibida.

El cáncer es el efecto estocàstico más usual.

La severidad de la respuesta es independiente de la dosis.

No existe dosis de seguridad en el caso de efectos de radiaciones ionizantes sobre la salud.

¿QUE EFECTOS BIOLOGICOS CAUSAN LAS RADIACIONES IONIZANTES ?

Las lesiones provocadas por las radiaciones ionizantes se pueden considerar bajo dos aspectos :

• los efectos somáticos (lesión en los tejidos del individuo ), y

• los efectos genéticos (alteraciones que se transmiten a generaciones futuras ).

Son radiaciones ionizantes:

- los rayos X

- las radiaciones alfa

- radiaciones beta

- radiaciones gamma

- la emisión de neutrones

Energías ionizantes son radiaciones con la energía necesaria para arrancar electrones de los átomos

DOSIS DE RADIACIONCientíficamente se ha establecido normas que regulan

la exposición a la radiación. Estas normas establecen las relaciones que existen entre la dosis y la duración de la exposición a la radiación, indicando los efectos biológicos que producen. Para medir la energía de una cantidad determinada de radiación se han establecido las siguientes unidades:

Unidades SI de dosis absorbidagray (Gy) esta unidad corresponde a la absorción de 1 J

de energía por Kg de tejido.rad (radiation absorbida dose) unidad más utilizada en

medicina.Equivalencia entre 1Gy = 100 rad

1 rem = 1 rad x Q

Rayo α = 10Rayo β = 1Rayo 1= ץ

Factor de calidad Q

1 rad = 1 x 10-2J/kg de material

DOSIS DE RADIACION

La radiación que causa ionización es la más dañina para sistemas biológicos.Dentro del organismo los rayos alfa son más peligrosas que los rayos beta y gamma, mientras que fuera del cuerpo los rayos gamma son mas peligrosas que los beta y alfa.

dósis de radiación absorbida (rad)

Dosis = energía absorbida/ masa de tejido

EFECTOS DE LA RADIACION

¿QUÉ CUADROS CLINICOS SE DESCRIBEN EN RADIACIONES IONIZANTES?

El cuadro clínico dependerá de:• si la fuente es externa o interna• de la dosis• tiempo de exposición• superficie (generalizada o localizada) y• de la sensibilidad del tejido.

UNIDADES PARA EXPRESAR EL DAÑO BILOGICO• SIEVERT ( Sv) y rem se utilizan para expresar el daño biológico en términos

de las cantidades reales de radiación absorbida.La equivalencia entre 1Sv = 100 rem

DOSIS (Sv) EFECTO BIOLOGICO

0 – 0,25 No hay efecto inmediato

0,25 – 0,50 Disminución temporal de la cuenta de glóbulos blancos.

0,50 – 1,0 Disminución importante de la cuenta de glóbulos blancos.

1,0 - 2,0 Náuseas. Caída del cabello

2,0 – 5, 0 Hemorragias internas. Posible muerte

> 5,0 50% de probabilidad de muerte en el plazo de 30 díass.

Ej.RADIACIÓN NATURAL (ANUAL) 35 mRem/Año(0,35 mSv)RAYOS CÓSMICOS

11 mRem/Año(0,11 mSv) SUELO

25 m Rem/Año(0,25 mSv) ALIMENTOS

5 mRem/Año(0,05 mSv) AIRE

34 mRem/Año(0,34 mSv) CASAS

Total Anual = 10 mRem/año = 0,1 mSvTotal Anual = 10 mRem/año = 0,1 mSvRecibimos naturalmente:Recibimos naturalmente: Total Trimestral = 25 mRem = 0,25 mSvTotal Trimestral = 25 mRem = 0,25 mSv

Dosis trimestral recomendada a exp. = 1.250 mRem = 12,5 mSvDosis trimestral recomendada a exp. = 1.250 mRem = 12,5 mSv

Sobreirradiación: 1 personaSobreirradiación: 1 persona Exposición: 18 personasExposición: 18 personas

Consecuencias

• Lesión 16 días después del accidente (8/marzo/99)

• Lesión 16 días después del accidente (8/marzo/99)

• Efectos en la pierna

(70 días después del accidente; 3/mayo/99 )

• Efectos en la pierna

(70 días después del accidente; 3/mayo/99 )

• Efectos en la pierna (13:00 h, 21/02/99 )

• Efectos en la pierna (13:00 h, 21/02/99 )

ISOTOPOS RADIACTIVOS

• Son producidos en los reactores nucleares de investigación. • El comportamiento químico es idéntico aun isótopo estable

del mismo elemento, pero son detectados ubicando la radiación que emite. Estos isótopos son una herramienta muy útil, ya que se pueden utilizar como trazadores en reacciones químicas biológicas y no biológicas. Por ejemplo, en medicina, industria y agricultura.

TRAZADORES EN MEDICINA• Son una herramienta fundamental para detectar y tratar algunas

enfermedades. Así por ejemplo, utilizando radiofármacos de vida media discreta, se pueden estudiar órganos y tejidos sin alterarlos. Una pequeña dosis de radiofármacos se da al paciente, ya sea por vía intravenosa o por vía oral, y a través de un dispositivo de detección se sigue el recorrido hasta que se concentra en un órgano o tejido. La radiación emitida por este permite crear una imagen del órgano la cual es reproducida para examinar.

Isótopo Radiactivo

Vida Media

Área del Cuerpo Estudiada

Yodo – 131 8,1 días Tiroides

Hierro – 59 45,1 días Glóbulos Rojos

Fósforo – 32 14,3 días Ojos, hígado y tumores

Tecnecio – 99 6,0 horas Corazón ,huesos , Hígado y pulmones

Sodio - 23 14,8 horas

Sistema Circulatorio

TRAZADORES EN LA INDUSTRIA• Se introducen en determinados procesos e investigan las

diversas partes que lo componen.• Ej.: para detectar fugas de gases o líquidos que son

transportados a través de cañerías por diversos circuitos, como los conductores subterráneos de un oleoducto.

• Para imágenes de piezas internas de diferentes estructuras, utilizando radiografías en base a rayos gamma, conocidas como gammagrafías, usadas para comprobar la calidad de soldaduras en piezas metálicas y cerámicas.

• También se utilizan en medicina.

TRAZADORES EN LA AGRICULTURA

• Para llevar a cabo estudios sobre la efectividad de determinados nutrientes para así poder utilizarlos adecuadamente en diversos cultivos.

• Se logra introduciendo un isótopo como el P – 32, en un fertilizante para marcarlo, luego se incorpora el fertilizante en el suelo en tiempos y cultivos diferentes; así será posible determinar qué cantidad y en que época del año aplicar el fertilizante par obtener mayor productividad.

• Con éste método es posible lograr cultivos más resistentes a las plagas o controlar altas plagas suministrando altas emisiones de radiación ionizante en la población de insectos machos, ya que

así no dejan descendencia.

DATACION RADIACTIVALa datación radiactiva se utiliza para determinar la edad de algunos

objetos de interés. Algunas técnicas de datación son:Datación con carbono radiactivoEl isótopo de C-14 se forma por el bombardeo de los rayos

cósmicos al nitrógeno atmosférico, según la ecuación:14N7 + 1n0 → 14C6 + 1H1

El 14C6 se encuentra en el aire como dióxido de carbono radiactivo. Este gas es incorporado a la cadena trófica por las plantas, luego los animales se las comen y exhalan C-14 como dióxido de carbono.

Cuando el ser vivo muere no intercambia materia ni energía con el entorno, por lo que no se renueva C-14 y su concentración disminuye. Así, el C-14 a través de las sucesivas desintegraciones se transforma en N -14 ,isótopo estable.

14C6 → 14N7 + 0e 0-1

DATACION RADIACTIVALa vida media del C-14 es de 5.730 años, por lo que, cuanto

menor cantidad exista en un organismo u objeto, mayor será su antigüedad.

El mismo cambio que ocurre con el C -14 se observa en el carbón, petróleo y madera del subsuelo, y también en las momias.

Datación mediante isótopo de U -238Esta datación se utiliza para determinar la antigüedad de las

rocas. La vida media de la primera etapa de desintegración del uranio es de 4,51 *109 años, por lo que, en los minerales de uranio se deberían encontrar isótopos de Pb -206 formados de la desintegración radiactiva. Así la edad de las rocas se estima a partir de la relación entre las masas de los isótopos de Pb -206 y U -238

REACCIONES NUCLEARES

α Li n B 42

73

10

105

He Li n B 42

73

10

105

Contador Geiger (detección indirecta de partículas a partir de neutrones)

REACCIONES NUCLEARES

n2 Zr Te n U 10

9740

13752

10

23592

n3 Kr Ba n U 10

9136

14256

10

23592

γ Cd n Cd 00

11448

10

11348

Bomba atómica

Reactores nucleares

Control de la reacción en cadena

“Hay sólo 2 cosas infinitas: el universo y la estupidez humana,

pero no estoy seguro de la primera, de la segunda puedes observar cómo nos destruimos sólo por demostrar quién puede

más”

Albert Einstein