Fundamentos de radiación

1999/11/01 Plazaola, Fernando Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Ingurumena
• Energia

El núcleo del átomo está formado por neutrones y protones cargados positivamente. Su estabilidad depende del número de protones y neutrones, y de la división entre ellos. Un elemento químico puede contener varios isótopos, con diferentes cantidades y divisiones, como por ejemplo uranio 235 y 238 (ambos tienen el mismo número de protones, 92, ya que el número de protones define el elemento químico, pero el primero tiene 143 neutrones y el segundo 146, y se escriben como: 23592U primero y 23892U segundo. Los isótopos inestables se desintegran mediante la emisión de partículas alfa, beta o rayos gamma.

1. Partículas alfa helio
   
   son los núcleos del tomate. Su carga es +2 (dos protones) y su masa se mueve con una gran energía (dos protones más 2 neutrones). Estando en el aire circularán una distancia media de 4,5 cm. y sólo unos micrómetros en el cuerpo, pero eso sí, ionizan todo lo que encuentran en el camino. Las partículas alfa no atravesarán el papel normal o la piel del cuerpo, por lo que no son peligrosas si están fuera del cuerpo, pero son muy peligrosas para causar cáncer si entran dentro del cuerpo por la nariz o la boca.
2. las partículas beta son electrones, tienen una carga de -1 (un electrón) y una masa muy pequeña. Las partículas beta pueden recorrer unos metros en el aire o unos centímetros en nuestro cuerpo. No pueden atravesar el cristal de la ventana o escapar de la cuba de acero. Estos también son peligrosos si entran dentro del cuerpo, ya que pueden ionizar cualquier cosa que chocen, pero no son tan peligrosas como las partículas alfa.
3. los rayos gamma tienen una masa 0 y una carga 0, pero grandes energías. Al igual que los rayos X de alta energía, para protegerlos de ellos se necesitan grandes cubiertas, es decir, hormigón, plomo o agua.

En los residuos de alta actividad la radiación de rayos gamma es muy alta. Pero sólo un pequeño grupo de residuos transuránicos emite una radiación beta o gamma evidente; ellos son los alfa-emisores.

La desintegración de las muestras radiactivas es estadística y es imposible predecir cuándo un átomo concreto se desintegra. Lo que podemos predecir es el tiempo que debe transcurrir en una muestra radiactiva de átomos inestables del mismo tipo para desintegrar la mitad de estos átomos inestables. Este intervalo de tiempo se denomina semivesidad (T1/2).

- La actividad (A) representa la velocidad de desintegración (número de desintegraciones ocurridas en un segundo) y es proporcional al número de núcleos inestables. La actividad va disminuyendo exponencialmente a lo largo del tiempo según la siguiente ley: A = A0e-lt, donde l es proporcional a la inversa de la semi-vida (A = actividad en el instante t, A0 actividad en el instante inicial). Cuanto más larga sea la vida media, la actividad de este núcleo radiactivo irá disminuyendo más lentamente. Plutonio 239, un emisor de alfa muy extendido entre los residuos, tiene una vida media de 24.000 años y el tiempo necesario para que la actividad se reduzca a la mitad. Si la vida media es muy corta, la actividad de este núcleo se reducirá rápidamente.

- Unidades:

1 Bq (becquerel) = 1 desintegración/s

1 Ci (curie) = 3,7 x 1010 Bq

- Reacción de fisión: división de un núcleo por atrapamiento de un neutrón, por ejemplo

23592U + 10n > 13552Te + 9740Zr + 4 en 10

235La reacción anterior indica que al atrapar un neutrón (10n) el uranio puede dividirse en dos fracciones, una de 135 La del teluro y otra la del 97Zirconio, en la que se liberan otros 4 neutrones. Normalmente estos neutrones se perderán sin causar ningún efecto, pero si la cantidad (masa) del 235 Uranio es evidente, puede ocurrir que uno de los neutrones liberados sea atrapado y se produzca otro fisión, continuando la reacción de fisión. La masa mínima de núcleo fisionable necesaria para mantener en continuo la reacción de fisión se denomina masa crítica. Si la cantidad de masa es menor, la reacción es sub-crítica y la velocidad de las reacciones de fisión disminuye; si la cantidad de masa es mayor que la crítica, la reacción es supercrítica y el número de reacciones de fisión aumenta (liberando mucha energía). Por ello, los residuos fisionables que se depositen en las cubas deben estar en cantidades sub-críticas.