Las Instalaciones Radioactivas y la Radiación.

INSTALACIONES RADIOACTIVAS

Las instalaciones radiactivas son locales, laboratorios o fábricas en los que se manipulan, almacenan o producen materiales radiactivos.

También son instalaciones radiactivas los aparatos productores de radiaciones ionizantes y, en general, cualquier clase de instalación que contenga una fuente emisora de radiación ionizante.

Las instalaciones radiactivas se clasifican en tres categorías en función del riesgo radiológico asociado a los equipos o materiales radiactivos que utilizan o almacenan. Las de mayor riesgo potencial son las de primera categoría, las de segunda tienen un riesgo intermedio y las de tercera un riesgo bajo.

De acuerdo con la legislación vigente en España, las instalaciones radiactivas deben tener una autorización de funcionamiento otorgada por la Dirección General de Política Energética y Minas del Mº de Industria, Turismo y Comercio. O del organismo competente de la CCAA correspondiente, cuando esta competencia haya sido transferida.

Dicha autorización requiere el informe preceptivo y vinculante del CSN.

Se consideran instalaciones radiactivas:

Las instalaciones de cualquier clase que contengan una fuente de radiación ionizante.
Los aparatos productores de radiaciones ionizantes que funcionen a una diferencia de potencial superior a 5 kV.
Los locales, laboratorios, fábricas e instalaciones donde se produzcan, utilicen, posean, traten, manipulen o almacenen materiales radiactivos (excepto el almacenamiento incidental durante su transporte).

No se consideran instalaciones radiactivas:

Las instalaciones en que intervengan sustancias radiactivas con “actividades” o “actividades por unidad de masa” inferiores o ¡guales a las indicadas en la tabla A del Anexo I del Reglamento (RD. 1836/99).
La utilización de aparatos que contengan fuentes radiactivas con actividades superiores a las de exención, siempre que correspondan a un tipo aprobado por el Mº de Industria y Energía de acuerdo con los criterios del Anexo II del Reglamento (RD. 1836/99).
La utilización de tubos de rayos catódicos destinados a proporcionar imágenes visuales y otros aparatos eléctricos que funcionen con una diferencia de potencial igual o inferior 30kV. Así como microscopios electrónicos. Siempre que no presenten en condiciones normales de funcionamiento, una tasa de dosis superior a 1 Sv/h en ningún punto situado a 0,1 m de distancia de la superficie accesible del aparato.
El manejo de aparatos emisores de radiaciones ionizantes, distintas de los anteriores, siempre que correspondan a un tipo aprobado por el Mº de Industria y Energía de acuerdo con el citado Anexo II.
El material contaminado con sustancias radiactivas, procedente de evacuaciones autorizadas no sometidas a controles posteriores por el Mº de Industria y Energía. Previo informe del CSN.
Otras prácticas exentas por el Mº de Industria y Energía previo informe del CSN, aunque superen los valores indicados en la Tabla A del Reglamento. Siempre que la dosis efectiva esperable para cualquier miembro del público sea de 10 Sv (sie-vert) al año o inferior. Y la dosis colectiva efectiva comprometida por año no sea superior a 1 Sv por persona.

SUSTANCIAS RADIACTIVAS. RADIACIONES

La ionización es un procedimiento a través del cual se generan iones (un átomo o una molécula que dispone de carga eléctrica a partir de ganar o de perder una cierta cantidad de electrones)

Algunas sustancias poseen en su núcleo atómico una configuración inestable de protones y neutrones. Para buscar estabilidad emiten espontáneamente algunas partículas o directamente energía, denominándose sustancias radiactivas.

Se entiende por radiación a la propagación de energía en forma de ondas electromagnéticas.

La radiación se llama electromagnética cuando se propaga en forma de ondas electromagnéticas. Como, por ejemplo, los rayos X y los rayos gamma (y). Y recibe el nombre de radiación corpuscular cuando se transmite en forma de partículas subatómicas que se mueven a gran velocidad en el vacío o en un medio físico, con apreciable transporte de energía. Como, por ejemplo, los rayos alfa (a), los rayos beta (P) los neutrones, etc.

Existen otros procesaos de emisión de energía que también reciben el nombre genérico de radiaciones. Como son, por ejemplo, la energía producida por una lámpara que radia calor (radiación infrarroja), o por la radiodifusión (ondas de radio).

RADIACIONES IONIZANTES Y NO IONIZANTES

Las radiaciones pueden se ionizantes y no ionizantes.

Radiaciones ionizantes

Las radiaciones ionizantes son aquellas ondas o partículas que tienen la energía suficiente para ionizar el medio que atraviesan, separando los electrones de sus átomos transformándolos en átomos ionizados. Es decir, en átomos cargados eléctricamente.

Las radiaciones ionizantes pueden provenir de fuentes naturales, ya que tanto la corteza terrestre como el universo en general emiten radiaciones ionizantes, o proceder de fuentes artificiales generadas por el hombre a partir de procesos artificiales.

Este tipo de radiaciones se pueden originar de diversas formas:

a. Mediante sustancias radiactivas que se encuentran en la corteza terrestre y las emiten de forma espontánea.

b. Mediante generadores artificiales como, por ejemplo, los generadores de rayos X y los aceleradores de partículas.

c. Mediante la aceleración de una partícula cargada eléctricamente, o neutra (neutrón), que luego es frenada bruscamente. Con lo que la energía cinética que tenía la partícula debido a su movimiento, se transforma en radiación (es el mecanismo habitual para producir rayos X).

Las radiaciones ionizantes pueden estar formadas compuestas por partículas alfa (a), partículas beta (P), rayos gamma (y) o rayos X.

Los rayos alfa (a): son radiaciones de partículas cargadas positivamente que se emiten espontáneamente por algunos núcleos radiactivos. O pueden resultar de la captura de un neutrón. Como son partículas cargadas, ionizan directamente.
Los rayos beta (P) son radiaciones de partículas cargadas negativamente que ionizan directamente.
La radiación gamma (y) es un tipo de radiación electromagnética de alta frecuencia, con energía extremadamente elevada, producida generalmente por elementos radiactivos o procesos subatómicos.

También se produce en fenómenos astrofísicos de gran violencia.

Debido a la alta energía que poseen, estos rayos gamma (y) constituyen un tipo de radiación ionizante capaz de penetrar en la materia más profundamente que las radiaciones a o b y pueden causar un daño muy grave al núcleo de las células. Por lo que son usados para esterilizar equipos médicos y alimentos.

La capacidad de penetración de las radiaciones en la materia depende de los distintos tipos de radiación, desde la radiación alfa, que se puede parar con una hoja de papel, hasta el bombardeo con neutrones, que sólo se puede aislar por una gruesa capa de hormigón.

Penetración de los distintos tipos de radiación

Las radiaciones ionizantes interaccionan con la materia viva, produciendo diversos efectos que son utilizadas en aplicaciones médicas e industriales, siendo la aplicación más conocida la de los aparatos de rayos X. O el uso de fuentes de radiación en el ámbito médico. Tanto en diagnóstico (gammagrafía) como en el tratamiento (radioterapia en oncología, por ejemplo), mediante el uso de fuentes (p.ej .cobaltoterapia) o aceleradores de partículas.

Del estudio de esta interacción y de sus efectos se encarga la radiobiología.

Las aplicaciones industriales de las radiaciones ionizantes se dan en distintas actividades:

Médicas: son una de las actividades con más riesgo de exposición a radiaciones ionizantes (radiografías, ra-dioterapia, etc.).
Industriales: se trata de actividades en las que también se produce exposición a radiaciones ionizantes.
Extracción y tratamiento de minerales.
Instalaciones nucleares.
Medición del grosor de distintos materiales.
Esterilización y conservación de alimentos.
Detección de incendios: emiten pequeñas emisiones de radiaciones ionizantes para detectar humo que todavía no percibe el ojo humano.
Pararrayos.
Eliminación de electricidad estática.
PVD: son las pantallas de visualización de datos (ordenadores. televisores, sobre todo los equipos más antiguos).

El principal problema para el empleo de radiaciones ionizantes es que generan residuos que siguen emitiendo radiaciones durante años, por lo que necesitan unas medidas de seguridad muy fuertes y estrictas.

Para medir la presencia de radiaciones ionizantes se emplean los contadores “Geiger -Müller”, y los “dosímetros”.

Estos últimos son aparatos que lleva consigo el trabajador con posibilidades de estar expuesto a este tipo de radiaciones.

La unidad de medida de radiaciones más utilizada es el Sie-verts (Sv) que mide la dosis de radiación absorbida por la materia viva, corregida por los posibles efectos biológicos producidos.

Radiaciones no ionizantes

Las radiaciones no ionizantes son aquellas ondas o partículas que no poseen la energía suficiente para provocar ionización en el medio que atraviesan, produciendo, en casos extremos, que los electrones se exciten dentro de sus órbitas, pero sin lograr que se separen del átomo, es decir, que el átomo se ionice.

El carácter ionizante o no ionizante de una radiación es in-dependiente de que su naturaleza sea corpuscular u ondulatoria, sino que viene dada por su frecuencia de radiación.

Así, serán radiaciones no ionizantes las que tienen frecuencias comprendidas entre las frecuencias bajas o de radio frecuencias, televisión o telefonía y rayos ultravioletas, y serán radiaciones ionizantes las que tienen frecuencias mayores al ultravioleta, como los rayos X y los rayos gamma.

Las radiaciones no ionizantes producidas por la emisión de neutrones de baja energía son extremadamente dañinas para los seres vivientes.

Un blindaje eficiente para este tipo de radiaciones lo constituye cualquier fuente que posea hidrógeno, como el agua o los plásticos, mientras que materiales como el plomo, acero, etc. son absolutamente transparentes para ellas.

PRINCIPIOS DE ACTUACIÓN

Los rayos X son radiaciones electromagnéticas invisibles capaces de atravesar cuerpos opacos y de impresionar las películas fotográficas.

Estas radiaciones son de la misma naturaleza que las ondas de radio, las ondas de microondas, los rayos infrarrojos, los rayos ultravioleta, los rayos gamma y los rayos luminosos.

Tienen una longitud de onda entre 10 y 0,1 nanómetros (I nanómetro (nm) = IxIO-9m ) y una frecuencia entre 50 y 5.000 veces mayor que la de la luz visible.

La energía de los rayos X se encuentra entre la radiación ultravioleta y los rayos gamma producidos naturalmente.

Los rayos X son invisibles a nuestros ojos, pero producen imágenes visibles cuando se usan placas fotográficas o detectores especiales, y se originan siempre que se bombardea un objeto material con electrones de alta velocidad.

En este choque, gran parte de la energía de los electrones se pierde en forma de calor y el resto produce rayos X al provocar cambios en los átomosdel material como resultado del impacto.

TIPOS DE RAYOS X

Cuanto menor es la longitud de onda de los rayos X, son mayores su energía y su poder de penetración y así, se clasifican en función de su longitud de onda en:

Rayos X blandos: son los de mayor longitud de onda, cercanos a la banda ultravioleta del espectro electromagnético. Son los de menor poder de penetración.
Rayos X duros: son los de menor longitud de onda, que están más próximos a la zona de rayos gamma e incluso, se solapan con ésta, se denominan rayos. Son los de mayor poder de penetración.
Rayos X blancos: son los formados por una mezcla de muchas longitudes de onda diferentes.
Rayos X monocromáticos, que tienen una única longitud de onda.3.1.

TUBOS GENERADORES DE RAYOS X

Como se ha dicho anteriormente los rayos X son producidos por la desaceleración rápida de electrones muy energéticos al chocar con un blanco metálico, ya que, según la mecánica clásica, una carga acelerada emite radiación electromagnética, de este modo, el choque, a partir de cierta longitud de onda mínima, produce un espectro continuo de rayos X.

Este proceso tiene lugar en un tubo de rayos X.Los tubos generadores de rayos X pueden ser de dos clases, con gas o con filamento, dependiendo de la fuente de electrones.

A. Tubo generador de rayos X con gas:

Es una ampolla de vidrio (tubo de Crookes,) que tiene en su interior un gas a una presión aproximada de 0.01 mm. de mercurio controlada por una válvula; el tubo contiene un ánodo, sobre el que está introducido el blanco, y un cátodo cóncavo de aluminio que permite enfocar los electrones hacia el ánodo.

Cuando una corriente eléctrica pasa por el gas residual que contiene el tubo, lo ioniza, y los iones positivos son atraídos hacia el cátodo y lo golpean expulsando electrones del mismo.

Estos electrones, que forman un haz de rayos catódicos, bombardean las paredes de vidrio del tubo y producen rayos X.

Estos tubos sólo generan rayos X blandos, de baja energía que atraviesan el tubo por una ventana elaborada en berilio, aluminio o mica, que es transparente a este tipo de radiación.

Dado que la energía de los electrones al ser golpeados con el blanco, se transforma, en un gran porcentaje, enenergía térmica, el ánodo estárefrigerado continuamente por la circulación de agua.

B. Tubo generador de rayos X con filamento:

Este tubo, llamado tubo de Coolidge, es un tubo de vacío termoiónico que tiene un vacío muy alto y contiene dos electrodos en sus extremos: el cátodo que es un filamento caliente de tungsteno, y el ánodo que es un bloque de cobre en el cual está introducido el blanco.

El cátodo emite electrones al ser calentado por una corriente auxiliar, y no al ser golpeado por iones, como ocurría en los anteriores tipos de tubos. Los electrones emitidos por el cátodo calentado se aceleran mediante la aplicación de una alta tensión entre los dos electrodos del tubo.

Al aumentar la tensión disminuye la longitud de onda mínima de la radiación.

Dado que la energía de los electrones al ser golpeados con el blanco, es transformada, en un gran porcentaje, en energía térmica, el ánodo está refrigerado continuamente por la circulación de agua.

Los electrones producidos en el cátodo son dirigidos hacia un punto en el blanco (que por lo general posee una inclinación de 45°) y el resultado de esta colisión es la generación de los rayos X.

Estos rayos atraviesan el tubo por una ventana elaborada en berilio, aluminio o mica que es transparente a este tipo de radiación.

Para producir rayos X muy duros, de longitud de onda menor que la de los rayos gamma emitidos por elementos naturalmente radiactivos, se emplean grandes aceleradores de partículas como el betatrón.

FLUORESCENCIA

Los rayos X también producen fluorescencia en determinados materiales, como el platino cianuro de bario o el sulfuro de cinc. Si se sustituye la película fotográfica por uno de estos materiales fluorescentes, puede observarse directamente la estructura interna de objetos opacos. Esta técnica se conoce como fluoroscopia.

PANTALLA FLUOROSCÓPICA

La pantalla donde se observa la imagen producida por el tubo generador de los rayos X está compuesta por:

La base que suele ser de cartón o de material plástico.
La placa reflectante que se coloca encima de la base y tiene por misión la luz emitida por la capa fluorescente.
La capa fluorescente que está encima de la placa reflectante y se encarga de transformar la imagen radiante en imagen visible.
La capa protectora que se extiende sobre la capa fluorescente y es un revestimiento plástico protector.
La placa de cristal plomado que cubre la pantalla y que tiene la misión de atenuar las radiaciones que pueden llegar al observador.

Para la fabricación de estas pantallas fluoroscópicas se utilizaban platino-cianuro de bario o tungsteno de cadmio. Pero actualmente se emplea una mezcla de cristales de sulfuro de cinc y cadmio que proporciona una luminosidad amarilla-verdosa a la que es muy sensible el ojo humano.

Las pantallas fluoroscópicas tienen una intensidad luminosa baja, por lo que han sido sustituidas por unos sistemas de intensificación de luminosidad que transforman la imagen de la radiación producida por la pantalla fluoroscópica en una imagen luminosa con una intensidad de brillo mucho mayor. Esta imagen puede ser visualizada en un monitor gracias a un circuito cerrado de televisión.

IONIZACIÓN

Otra característica importante de los rayos X es su poder de ionización, que depende de su longitud de onda. La capacidad de ionización de los rayos X monocromáticos es directamente proporcional a su energía. Esta propiedad proporciona un método para medir la energía de los rayos X. Cuando se hacen pasar rayos X por una cámara especial llamada cámara de ionización se produce una corriente eléctrica proporcional a la energía del haz incidente. Además de la cámara de ionización, otros aparatos más sensibles como el contador Geiger o el contador de centelleo también miden la energía de los rayos X a partir de la ionización que provocan. Por otra parte, la capacidad ionizante de los rayos X hace que su trayectoria pueda visualizarse en una cámara de niebla o de burbujas.3.2.

APLICACIONES DE LOS RAYOS X

Los rayos X se emplean sobre todo en los campos de la investigación científica, la industria y la medicina. Su descubrimiento revolucionó, a lo largo de los años, los campos de la Física, la Química y la Biología.

Son conocidas las aplicaciones de los rayos X en el campo de la medicina para realizar radiografías, angiografías (estudio de los vasos sanguíneos) o las llamadas tomografías computerizadas.

Los rayos X también se emplean en la industria como herramienta de investigación y para realizar numerosos procesos de prueba en los que muchos productos industriales se inspeccionan de forma rutinaria mediante rayos X para que las unidades defectuosas puedan eliminarse en el lugar de producción.

Igualmente los rayos X son muy útiles para examinar objetos, por ejemplo piezas metálicas, sin destruirlos, debido a que las imágenes de rayos X en placas fotográficas muestran la existencia de fallos. Sin embargo la desventaja de este sistema es que el equipo de rayos X de alta potencia que se necesita es voluminoso y caro, por ello, en algunos casos se emplean radioisótopos como el cobalto 60 y el cesio 137, que emiten rayos gamma de alta penetración en vez de equipos de rayos X. Estas fuentes de isótopos pueden albergarse en contenedores relativamente ligeros, compactos y blindados.

Existen además otras aplicaciones de los rayos X, entre las que figuran la identificación de gemas falsas o la detección de mercancías de contrabando en Jas aduanas. También se utilizan en los aeropuertos para detectar en los equipajes objetos peligrosos como armas, explosivos, artefactos peligrosos, substancias psicotrópicas, etc.

Los rayos X también pueden ser utilizados para explorar la estructura de la materia cristalina mediante experimentos de difracción de rayos X por ser su longitud de onda similar a la distancia entre los átomos de la red cristalina. La difracción de rayos X es una de las herramientas más útiles en el campo de la cristalografía.

Los rayos X ultra blandos se emplean para determinar la autenticidad de obras de arte y para restaurar cuadros.