8.5: Exposiciones a radiación ionizante
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Interacción de la radiación con la materia
Las radiaciones ionizantes derriban electrones de átomos y moléculas. El agua compone alrededor del 60% del cuerpo humano. El átomo de oxígeno en el agua tiene ocho electrones de valencia, cuatro en los dos pares de enlace y cuatro en los dos pares solitarios, como se muestra en la Fig. 8.5.1. Si uno de ellos es derribado por radiación, el resultado es un catión radical. Es radical porque tiene un electrón despar y su octeto es incompleto, y catión porque se ha perdido un electrón. El catión radical puede entonces liberar un protón para convertirse en un radical hidroxilo. Los radicales son especies muy reactivas debido al octeto incompleto. Los radicales tienden a reaccionar con cualquier material alrededor que cause daño a los tejidos. Notablemente, el daño al ADN es el más peligroso, causando mutación, cáncer y problemas hereditarios.
Las células que están proliferando son más susceptibles a los efectos nocivos de la exposición a la radiación, incluyendo la médula ósea, la piel, los órganos reproductivos y el revestimiento intestinal, así como a todas las células de los niños en crecimiento. Si las células de la médula ósea están dañadas, es posible que no se produzcan los glóbulos rojos. El daño a las células reproductivas o a las células de un feto puede causar discapacidades congénitas. Afortunadamente, las células cancerosas se multiplican y se ven afectadas por la exposición a la radiación mucho más que las células sanas circundantes, lo que permite matar selectivamente las células cancerosas mediante radioterapia. El uso de radiaciones ionizantes en el tratamiento del cáncer se describe en una sección posterior.
Efectos de la exposición a la radiación en humanos
La exposición de los humanos a menos de 0.25 Sv generalmente no tiene ningún efecto notable. La exposición corporal total de 1 Sv resulta en una disminución temporal en los recuentos de glóbulos blancos. La exposición de más de 1 Sv puede causar náuseas, vómitos, fatiga y una reducción en el recuento de glóbulos blancos. Más de 3 dosis de Sv en todo el cuerpo pueden disminuir el recuento de glóbulos blancos a cero y causar diarrea, pérdida de cabello e infección. La exposición a 5 Sv puede causar la muerte en 50% de las personas que reciben la dosis, se denomina dosis letal para la mitad de la población (LD 50). La exposición corporal total de 6 Sv o superior es fatal para todos los humanos en pocas semanas. La Fig. 8.5.2 ilustra los efectos.
Exposiciones a radiación de fondo
Los seres humanos están expuestos a la radiación en los casos de accidentes nucleares, durante los tratamientos de radiación nuclear, particularmente para tratar diferentes formas de cáncer, y durante las imágenes médicas con fines de diagnóstico médico. Además de estas exposiciones a la radiación producida por el hombre, los humanos están expuestos regularmente a fuentes naturales de radiación, llamadas radiación de fondo. La radiación de fondo puede estar en los alimentos, por ejemplo, el potasio-40 es un isótopo radiactivo natural presente en los alimentos que contienen potasio. El carbono-14, el radón 222, el estroncio-90 y el yodo-131 son otros radioisótopos presentes en el aire y los alimentos que nos rodean. Los isótopos radiactivos de uranio y torio y sus productos de desintegración son la fuente de radiación en el suelo. Las fuentes extraterrestres de radiación son los rayos cósmicos que se detienen en la atmósfera superior, pero algunos pueden llegar al suelo y exponer a la gente. La dosis media anual de radiación por persona en Estados Unidos es de 6.2 milisieverts (620 milirem).
Protección radiológica
Diferentes tipos de radiación tienen diferentes profundidades de penetración en el aire y el cuerpo humano. Las\(\ce{\alpha}\) -partículas son pesadas con dos protones y dos neutrones; provocan mucha ionización pero viajan unos centímetros en el aire. Una hoja de papel puede detener las\(\ce{\alpha}\) partículas, como se ilustra en la Fig. 8.5.3. La exposición a\(\ce{\alpha}\) partículas de una fuente externa afecta solo a la capa externa de la piel. Sin embargo, una fuente interna puede causar daños significativos a los tejidos cercanos, como se ilustra en la Fig. 8.5.4
\(\ce{\beta}\)Las partículas son electrones de rápido movimiento que pueden viajar varios metros en el aire. Una placa de aluminio de 2-4 mm de espesor puede detenerlos. \(\ce{\beta}\)Las partículas pueden penetrar de 4 a 5 centímetros en el tejido. La exposición externa a las\(\ce{\beta}\) partículas puede quemar la piel, pero los órganos internos permanecen seguros. La exposición interna a la\(\ce{\beta}\) partícula es más peligrosa que la exposición externa.
\(\ce{\gamma}\)Los rayos -y los rayos X pueden recorrer largas distancias en el aire, hasta medio kilómetro, y no son fácilmente detenidos por material común. Se requiere una gruesa capa de blindaje de plomo o concreto para detener los\(\ce{\gamma}\) rayos X y los rayos X. La exposición externa a los\(\ce{\gamma}\) rayos -y rayos X es la más peligrosa porque estos rayos pueden penetrar profundamente y dañar los órganos.
Los neutrones son partículas neutras de alta energía que también tienen un alto poder de penetración. Pierden energía al chocar con átomos de sustancias. El blindaje más efectivo es el agua o el concreto que contiene humedad para detener los neutrones de manera efectiva.
Los trabajadores en un ambiente de radiación usan ropa pesada, guantes y batas de laboratorio para brindar protección adicional. Los materiales radiactivos suelen almacenarse en recipientes blindados, incluso las jeringas que contienen materiales radiactivos para inyección están blindadas. Las reglas generales de protección contra la radiación son:
- mantener el mínimo tiempo posible en el ambiente de radiación, menos el tiempo significa menos exposición,
- mantener la mayor distancia posible de la fuente de radiación: la intensidad de la radiación cae inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, y
- mantener el blindaje entre usted y la fuente de radiación tanto como sea posible -cuanto más blindaje, menor será la exposición.