Radiactividad Clase Ppt

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.


ISTOPOS


LEY DE DESINTEGRACIN

00

10

lnt N N

t

dN NN t

dt N

LEY DE DESINTEGRACIN RADIACTIVA


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


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


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


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.


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?


RADIACTIVIDAD NATURAL

SERIES RADIACTIVAS NATURALES

Z > 83 Elementos Radiactivos


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



Otros elementos

radiactivos

presentes en la

naturaleza:



PRODUCCIN DE 14C



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



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


Medicina Nuclear

Radioterapia


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.



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.


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.



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


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).


Qu es capaz

de atravesar la radiacin?

ALFA

BETA

GAMMA

NEUTRN



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.



Factores de calidad

Tipo de

radiacin

Q

Rayos X, g 1

Electrones 1

Neutrones

trmicos

2.3

Neutrones

rpidos

10

Protones 10

Partculas 20


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)


DOSIS MEDIA ANUAL PROVENIENTE DE RADIACIN NATURAL

Au

stria

Irla

nd

a

Ita

lia

Lu

xem

bu

rgo

Ho

lan

da

No

rueg

a

Port

ug

al

Esp

a

a

Su

iza

UK

Au

stra

lia

Din

am

arc

a

Fin

lan

dia

Fra

nci

a

Ale

ma

nia

Gre

cia

Bl

gic

a

Su

ecia

Rayos Csmicos

Gamma (Fuera)

Radn

Gamma (Dentro)


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.


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.



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.


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


RADIACIN



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.


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).


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.


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


No olvidis visitar la web:

http://nuclear.fis.ucm.es

GRACIAS POR LA

ASISTENCIA, Y SUERTE

(Y NIMO) PARA ESTE

CURSO.

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