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Isótopos radiactivos

Las personas están expuestas continuamente a radiaciones ionizantes, y lo han estado desde los albores de la humanidad. De estas radiaciones, unas proceden de la propia naturaleza, sin que el hombre haya intervenido en su producción; otras están originadas por acciones ocasionadas por el hombre.

Las primeras constituyen el fondo radiactivo natural. Podemos distinguir tres causas de este fondo radiactivo:

  • – Las radiaciones ionizantes procedentes del espacio exterior (radiación cósmica). Están originadas por los procesos nucleares que tienen lugar en el exterior de la Tierra. Puesto que la atmósfera absorbe parcialmente las radiaciones, el fondo natural debido a esta causa varía con la altitud de tal modo que es menor al nivel del mar que en lo alto de una montaña.
  • – Las radiaciones emitidas por las sustancias radiactivas presentes en la corteza terrestre. Esta componente del fondo radiactivo varía notablemente entre unos y otros puntos de la Tierra, ya que no es uniforme la distribución de los elementos químicos. Por ejemplo, el fondo radiactivo terrestre de las sierras de Guadarrama y de Gredos, cuyas rocas graníticas poseen una radiactividad relativamente alta, es mucho mayor que el correspondiente a las zonas de naturaleza calcárea.
  • – La radiación de los isótopos radiactivos contenidos en el propio organismo humano, principalmente isótopos del carbono y del potasio. A ella hay que unir la radiación producida por el radón que inhalamos al respirar, el cual procede de la desintegración del radio y el torio.

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Como promedio, el 15% de la dosis procedente del fondo natural que recibe una persona en España se debe a la radiación cósmica; el 20% a la radiación terrestre, el 15% al propio organismo y el 50% al radón.

Las causas artificiales de radiación se deben a la exposición a diversas fuentes de origen no natural, como son las exploraciones radiológicas con fines médicos, las esferas luminosas de relojes, la televisión en color, los viajes en avión (en este caso se debe a la mayor dosis de radiación cósmica que se recibe durante el vuelo a gran altura), el poso radiactivo procedente de las explosiones nucleares en la atmósfera que tuvieron lugar en el pasado, las emisiones de las centrales térmicas de carbón, cuyos humos contienen isótopos radiactivos; y las instalaciones nucleares.

Dentro de las causas artificiales la principal fuente de irradiación es la proveniente de las exploraciones radiológicas, que en los países desarrollados dan lugar a unas dosis sobre la población semejantes a la radiación cósmica. Las centrales nucleares producen una dosis prácticamente nula sobre el público en general y una dosis muy pequeña y controlada sobre el personal de una central.

 

Las radiaciones ionizantes tienen múltiples aplicaciones en el campo de la medicina. La especialidad denominada radiología utiliza los rayos X procedentes de un tubo de rayos catódicos para la realización de múltiples tipos de exploraciones radiológicas diagnósticas. En la especialidad de medicina nuclear se manejan diferentes tipos de isótopos no encapsulados (en forma líquida o gaseosa) que son administrados al paciente o utilizados en laboratorio en pruebas analíticas con fines eminentemente diagnósticos. En el campo de la terapia las radiaciones ionizantes se emplean para el tratamiento de tumores malignos, dando lugar a la especialidad denominada radioterapia.

Además de en estas tres especialidades las radiaciones ionizantes procedentes de isótopos radiactivos se utilizan ampliamente en el campo de la investigación médica, habiéndose realizado gran número de estudios cinéticos y metabólicos en fisiología humana y animal por medio de radiotrazadores.

El gran desarrollo de estas especialidades se debe por una parte a un mejor conocimiento de la física y aplicaciones de las radiaciones y por otra a los continuos avances en los equipos de producción, detección y utilización de las mismas. Los equipos más sofisticados tienen un elevado costo y exigen para su manejo personal mulitidisciplinario altamente especializado, que incluye no sólo médicos sino también radiofísicos, radiofarmacéuticos y químicos que trabajan en estrecha colaboración. Esto hace que en ocasiones sólo se disponga de estos servicios en grandes centros médicos que sirven a grandes núcleos de población. En la actualidad en España se cuenta, tanto a nivel de sanidad pública como privada, de múltiples centros que disponen de equipos de última generación y personal bien cualificado.

Hay que observar que existen otros procedimientos de prospección médica como la denominada "Resonancia Magnética Nuclear" que no utilizan las radiaciones ionizantes.

La Resonancia Magnética Nuclear (RMN) es una exploración radiológica que nace en el comienzo de los años 80 y permite obtener imágenes del organismo de forma incruenta (no invasiva) sin emitir radiación ionizante y en cualquier plano del espacio.

Posee la capacidad de diferenciar mejor que cualquier otra prueba de radiología las distintas estructuras anatómicas. Además, permite añadir al paciente durante la exploración soluciones de contraste paramagnéticas, por ejemplo utilizando el gadolinio, para delimitar aún más las estructuras y partes del cuerpo y mejorar su visionado.

La obtención de las imágenes se consigue mediante la estimulación de las moléculas del organismo con la acción de un campo electromagnético de alta intensidad con un imán de 1,5 tesla (equivalente a 15 mil veces el campo magnético de la tierra). Este imán atrae a los protones que están contenidos en los átomos de los tejidos y giran con un momento magnético determinado para cada elemento químico y que se alinearán con el campo magnético aplicado por su mayor intensidad.

Cuando se interrumpe el pulso magnético, los protones y su momento magnético vuelven a su posición original de relajación, liberando energía y emitiendo señales de radio que son captadas por un receptor y analizadas por un ordenador que las transformará en imágenes (cada molécula produce una señal diferente).

En la Resonancia Magnética las imágenes se realizan mediante cortes en tres planos: axial, coronal y sagital, sin necesidad de que el paciente cambie su posición. Las resonancias magnéticas atraviesan los huesos y por ello se pueden ver muy bien los tejidos blandos.

El paciente permanece tumbado en una camilla, y esta se desliza dentro del tubo que genera los campos magnéticos. El aparato genera campos magnéticos alrededor del paciente y emite ondas de radio que se dirigen a los tejidos a estudiar. Pero es incruento y no invasivo para el paciente.

Cada "corte" precisará de 2 a 15 minutos, por ello se puede tardar en esta exploración entre 30 y 60 minutos.

 

La naturaleza está constituida, en su versión más simple, por los átomos "representativos" de los elementos químicos que figuran en la Tabla periódica. Pero, como es bien sabido, cada elemento puede estar formado por varias clases de átomos isotópicos, esto es, por átomos que teniendo el mismo número atómico difieren en sus números másicos. Con ello resulta que el átomo "representativo" de un elemento es un átomo ficticio, que representa a una mezcla de isótopos; habitualmente esta mezcla es la de los isótopos estables (y radiactivos de larga vida, si los hay) con que se presenta el elemento en la naturaleza, pero ello no excluye que el mismo elemento se pueda presentar con gran variedad de composiciones isotópicas distintas, sobre todo, después de que el hombre aprendiera a enriquecer isotópicamente los elementos químicos y a trasmutarlos mediante las reacciones nucleares, creando radisótopos no existentes previamente en la naturaleza.

Cuando se quiere disponer de una nueva representación, más acorde con la existencia de los isótopos de los elementos, es necesario olvidarse de la simplicidad de la Tabla periódica y recurrir a la llamada Tabla nucleídica. De hecho, ahora conocemos unas 2.000 clases de átomos distintos (nucleidos); sólo unos 300 de estos nucleidos son estables, y con ellos la naturaleza ha conformado la composición isotópica de los elementos naturales; los 1.700 restantes son radiactivos (radionucleidos), y han sido creados por el hombre mediante la investigación y la tecnología nucleares. Estos radionucleidos son, obviamente, isótopos radiactivos de los elementos conocidos y puede afirmarse que no hay ningún elemento del que no se conozcan varios de estos isótopos.

La existencia de los isótopos radiactivos es de gran importancia empírica, y ha dado lugar a que todo elemento químico pueda presentarse en dos versiones; una, la "estable", formada exclusivamente por isótopos estables (valga la redundancia), y otra, la de "radielemento", en la que por lo menos uno de sus isótopos es radiactivo. Por supuesto, todo "radielemento" es efímero y se transforma con el tiempo en su forma "estable", pero, mientras esto sucede, el "radielemento" es, por identidad química, trazador del elemento "estable" correspondiente. Naturalmente, en aquellos casos de elementos que no tienen ningún isótopo estable, como el radio, uranio, torio, plutonio, etc., ellos mismos son permanentemente radielementos, que trazan de forma espontánea sus caminos en la naturaleza.

El "trazado" de los elementos químicos, en conclusión, mediante sus respectivos "radielementos" es un hecho de suma importancia, porque nos permite "visualizar" (con auxilio de un detector) los caminos que los elementos siguen en los sistemas físicos, químicos y biológicos en los que intervienen. El recurso a los isótopos radiactivos (desde hace varias décadas) ha tenido, por lo tanto, carácter paradigmático para la investigación científica de la naturaleza, en la medida en que ha permitido esclarecer la mayor parte de los mecanismos evolutivos o de transformación de los sistemas materiales.

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Según la legislación española, cualquier material que contiene sustancias que emiten radiaciones ionizantes. Según esta definición toda sustancia, incluido el ser humano, es material radiactivo ya que toda sustancia existente contiene isótopos radiactivos. Ello no quiere decir que la existencia de esta radiactividad requiera la adopción de algún tipo de medidas de protección radiológica. Cuando se quiere expresar que un material radiactivo contiene radiactividad en una proporción tal que pueda ser necesaria la adopción de algún tipo de medida de cautela, el término utilizado es el de "sustancia radiactiva".

 

Transmutación nuclear de descomposición espontánea (sin excitación previa) y gradual de nucleidos inestables, llamados nucleidos o isótopos radiactivos, en otros más estables, mediante la emisión de una partícula (alfa, beta o neutrón) generalmente acompañada de un fotón de radiación gamma; número medio de desintegraciones por segundo que se producen en una sustancia radiactiva.

 

Elemento químico natural, gas noble, de número atómico Z = 86. Carece de isótopos estables y es mezcla de tres isótopos radiactivos de masas 219, 220 y 222, pertenecientes a las series radiactivas del actinio, torio y uranio respectivamente. Es el principal causante de la contaminación radiactiva del personal que trabaja en las minas y fábricas de uranio.

 

Elemento químico natural de número atómico 92, carente de isótopos estables y mezcla de tres isótopos radiactivos: el U-238 (99,28 %), el U-235 (0,71 %) y el U-234 (0,006 %), siendo los tres emisores alfa. El U-235 es el único de los isótopos presentes en la naturaleza que se fisiona por la acción de neutrones lentos, dando lugar a dos fragmentos de masas correspondientes aproximadamente a los elementos de la mitad de la tabla periódica y a la liberación de 2 o 3 neutrones (2,46 en media) más una energía de aproximadamente 200 MeV por cada fisión, en forma de energía cinética de las partículas resultantes y de radiación gamma. Ello permite el establecimiento, en ciertas condiciones, de una reacción de fisión nuclear en cadena, con el correspondiente desprendimiento de una enorme cantidad de energía.

La abundancia del uranio en le corteza terrestre se ha evaluado en un 0,0004% de la misma. Se utilizan diversos métodos, más químicos que metalúrgicos, para obtener el uranio dependiendo de la composición del mineral a tratar. El resultado final es un producto sólido conocido como "yellow cake", que contiene entre el 75 y el 85 % de U3O8, y que constituye la base del comercio de concentrados de uranio.

 

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