11.6: Poder penetrante de la radiación

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Objetivo de aprendizaje

Comparar cualitativamente el poder ionizante y de penetración de partículas alfa\(\left( \alpha \right)\)\(\left( \beta \right)\), partículas beta y rayos gamma\(\left( \gamma \right)\).

Con toda la radiación de fuentes naturales y artificiales, deberíamos preocuparnos razonablemente por cómo toda la radiación podría afectar nuestra salud. El daño a los sistemas vivos es causado por las emisiones radiactivas cuando las partículas o los rayos golpean tejidos, células o moléculas y los alteran. Estas interacciones pueden alterar la estructura y función molecular; las células ya no llevan a cabo su función adecuada y las moléculas, como el ADN, ya no llevan la información adecuada. Grandes cantidades de radiación son muy peligrosas, incluso mortales. En la mayoría de los casos, la radiación dañará una sola (o un número muy pequeño) de células al romper la pared celular o impedir de otra manera que una célula se reproduzca.

La capacidad de la radiación para dañar las moléculas se analiza en términos de lo que se denomina poder ionizante. Cuando una partícula de radiación interactúa con los átomos, la interacción puede hacer que el átomo pierda electrones y así se ionice. Cuanto mayor sea la probabilidad de que se produzca daño por una interacción es el poder ionizante de la radiación.

Gran parte de la amenaza de la radiación está involucrada con la facilidad o dificultad de protegerse de las partículas. ¿Qué tan grueso de pared necesitas esconderte detrás para estar seguro? La capacidad de cada tipo de radiación para atravesar la materia se expresa en términos de poder de penetración. Cuanto más material pueda atravesar la radiación, mayor será el poder de penetración y más peligrosas son. En general, cuanto mayor masa presente, mayor es el poder ionizante y menor es el poder de penetración.

Un diagrama muestra cuatro partículas en una columna vertical a la izquierda, seguidas de una hoja de papel vertical, la mano de una persona, una lámina de metal vertical, un vaso de agua, un bloque grueso de concreto y un trozo de plomo vertical y grueso. La partícula superior listada está compuesta por dos esferas blancas y dos esferas verdes que están etiquetadas con signos positivos y están etiquetadas como “Alfa”. Una flecha orientada hacia la derecha conduce de esto al papel. La segunda partícula es una esfera roja etiquetada como “Beta” y es seguida por una flecha orientada hacia la derecha que pasa por el papel y se detiene en la mano. La tercera partícula es una esfera blanca etiquetada como “Neutrón” y es seguida por una flecha orientada hacia la derecha que pasa por el papel, la mano y el metal pero se detiene en el vaso de agua. La cuarta partícula se muestra con una flecha ondulada y pasa a través de todas las sustancias pero se detiene en el plomo. Los términos en la parte inferior decían, de izquierda a derecha, “Papel”, “Metal”, “Agua”, “Concreto” y “Plomo”. — Figura\(\PageIndex{1}\): Se muestra la capacidad de diferentes tipos de radiación para pasar a través del material. De menor a mayor penetración, son alfa < beta < neutrones < gamma. (CC BY-SA 4.0; OpenStax).

Comparando solo los tres tipos comunes de radiación ionizante, las partículas alfa tienen la mayor masa. Debido a la gran masa de la partícula alfa, tiene el mayor poder ionizante y la mayor capacidad de dañar el tejido. Ese mismo gran tamaño de partículas alfa, sin embargo, las hace menos capaces de penetrar la materia. Las partículas alfa tienen el menor poder de penetración y pueden ser detenidas por una gruesa hoja de papel o incluso una capa de ropa. También son detenidos por la capa externa de piel muerta en las personas. Esto puede parecer que elimina la amenaza de las partículas alfa pero sólo de fuentes externas. En una situación como una explosión nuclear o algún tipo de accidente nuclear donde los emisores radiactivos se esparcen por el ambiente, los emisores pueden ser inhalados o absortos con comida o agua y una vez que el emisor alfa está dentro de ti, no tienes ninguna protección en absoluto.

Las partículas beta son mucho más pequeñas que las partículas alfa y por lo tanto, tienen mucho menos poder ionizante (menos capacidad de dañar el tejido), pero su pequeño tamaño les da un poder de penetración mucho mayor. La mayoría de los recursos dicen que las partículas beta pueden ser detenidas por una lámina de aluminio de un cuarto de pulgada de espesor. Una vez más, sin embargo, el mayor peligro ocurre cuando la fuente emisora beta se mete dentro de ti.

Los rayos gamma no son partículas sino una forma de radiación electromagnética de alta energía (como los rayos X excepto más potentes). Los rayos gamma son energía que no tiene masa ni carga. Los rayos gamma tienen un tremendo poder de penetración y requieren varias pulgadas de material denso (como el plomo) para protegerlos. Los rayos gamma pueden atravesar todo el cuerpo humano sin golpear nada. Se considera que tienen el menor poder ionizante y el mayor poder de penetración.

Se da una comparación de partículas Alfa, partículas beta y rayos gamma en la Tabla\(\PageIndex{1}\).

Tabla\(\PageIndex{1}\) Comparación de Poder Penetrante, Poder Ionizante y Blindaje de Partículas Alfa y Beta, y Rayos Gamma.
Partícula	Símbolo	Masa	Poder Penetrante	Poder Ionizante	Blindaje
Alfa	\(\alpha\)	\(4 \mathrm{amu}\)	Muy Bajo	Muy Alto	Piel de papel
Beta	\(\beta\)	\(1 / 2000 \mathrm{amu}\)	Intermedio	Intermedio	Aluminio
Gamma	\(\gamma\)	0 (solo energía)	Muy Alto	Muy Bajo	2 pulgadas de plomo

La cantidad más segura de radiación al cuerpo humano es cero. No es posible estar expuesto a ninguna radiación ionizante por lo que el siguiente mejor objetivo es estar expuesto a lo menos posible. Las dos mejores formas de minimizar la exposición son limitar el tiempo de exposición y aumentar la distancia desde la fuente.

Resumen

Los tipos de radiación difieren en su capacidad de penetrar material y dañar el tejido, siendo las partículas alfa las menos penetrantes pero potencialmente más dañinas y los rayos gamma los más penetrantes.
Las dos mejores formas de minimizar la exposición son limitar el tiempo de exposición y aumentar la distancia desde la fuente.