jueves, 27 de febrero de 2014

Los efectos de la radiactividad

El término radiactividad se refiere habitualmente a las radiaciones ionizantes producidas por ondas electromagnéticas de determinada longitud de onda o las que consisten en desintegraciones nucleares subatómicas. En el primer grupo, como es sabido están los rayos X y los rayos gamma, en el segundo las emisiones de partículas alfa y beta.
Estas radiaciones tienen unos efectos particulares sobre el tejido biológico y por ello es importante cuantificar la cantidad de emisiones radiactivas a las que una persona está expuesta en un periodo de tiempo.
Una forma interesante de clasificar la radiactividad puede ser respecto a su procedencia: por un lado hay fuentes naturales y por otro están las fuentes artificiales o radiactividad producida por la acción del ser humano. Aproximadamente el 80% de radiactividad que una persona absorbe a lo largo de su vida es de origen natural.

Una parte importante de la radiación natural, aparte de la que proviene de la respiración de gas radón radiactivo, son los rayos cósmicos. Frente a este tipo de rayos estamos protegidos por una barrera natural: la atmósfera. Pese a esta barrera, los rayos cósmicos llegan a nuestro organismo, creciendo en intensidad exponencialmente conforme nos alejamos del nivel del mar. Por ello viajar en avión habitualmente puede suponer una dosis de radiactividad significativa. Cuanta más altura y más distancia (tiempo) recorra el avión mayor será la cantidad de radiactividad. Otro de los factores determinantes es la latitud a la cual transcurra el vuelo, siendo en latitudes desde los 40° a los 90° donde se recibe mayores dosis de radiación.

Por otra parte la radiación artificial proviene sobre todo de equipos médicos.

La radiactividad absorbida por tejido biológico (seres vivos) se mide en Sieverts. Como dato, un vuelo de 2 horas a 10.000 metros de altitud produce una radiación, que tiene por origen rayos cósmicos, de aproximadamente  0.013 mSv. Dependiendo de la dosis los efectos biológicos varían. A corto plazo:


0 - 0,25 Sv: Ninguno
0,25 – 1 Sv: Algunas personas sienten náuseas y pérdida de apetito, y pueden sufrir daños en la 
                    médula ósea, ganglios linfáticos o en el bazo.
1 - 3 Sv: náuseas entre leves y agudas, pérdida de apetito, infección, pérdida de médula ósea
                    más severa, así como daños en ganglios linfáticos , bazo, con recuperación solo 
                    probable
3 - 6 Sv:  náusea severa, pérdida de apetito, hemorragias, infección, diarrea, descamación, 
                    esterilidad y muerte si no se trata.
6 - 10 Sv: Mismos síntomas, más deterioro del sistema nervioso central. Muerte probable.
Más de 10 Sv: parálisis y muerte.

Está demostrado que una dosis de 3 a 4 Sv produce la muerte en el 50 % de los casos.

Ahora pasemos a las dosis que aportan distintas actividades:
-          Las personas están expuestas a una radiación natural de 2 a 3 mSv por año.
-    Con una radiografía normal, el cuerpo se expone a unos 0,02 mSv, mientras que con una dental
      a alrededor de 0,01 mSv.
-     En una tomografía computerizada (TAC), el organismo recibe una dosis media de radiación de 
      15 mSv. Es decir equivale a 800 radiografias aproximadamente.
-     Después del accidente en la central de Fukushima en 2012 se detectaron 400 milisieverts (mSv) 
     por hora. Esa cifra sería 20 veces más alta que la exposición anual de algunos empleados de la 
     industria nuclear o mineros del uranio.


Hablando de dosis más grandes producidas de forma artificial podemos hablar de una radiocirugía de metástasis cerebral en la que se proyectan grandes dosis de radiación, entorno a 20 Grays, que equivalen a 20 Sieverts, se cambia la unidad porque el efecto biológico (que es lo que mide el Sievert) de semejante dosis sería la muerte, y sin embargo como la radiación se aplica de forma muy localizada no se tienen mayores problemas. Las células afectadas mueren o pierden la capacidad para seguir reproduciéndose, erradicándose el tumor.

Comparando la radiactividad natural con la artificial, tenemos que una radiografia simple equivale a 2 vuelos de dos horas aproximadamente o a uno de 4 horas.

La profesión que más expuesta a la radiactividad natural es la del astronauta, en dónde se puede llegar a absorber una cantidad de 0.54 mSv al dia. En 6 dias absorben la misma radiación que si estarían en tierra firme 1 año entero y en un mes absorben lo equivalente a un escáner TAC

Por último la radiactividad también tiene riesgos a largo plazo. Sobre todo incrementa la probabilidad de aparición de cáncer según se ve en la imagen.





Dosis de radioactividad

Antes de empezar a analizar los posibles escenarios radiactivos, vamos a resumir las síntomas que presentan determinadas cantidades de Sievert.















Un viaje en avión nos expone a cierta radiación debido a la radiación cósmica, como se puede ver aquí. Por ejemplo, en la imagen se ve la radiación de un viaje de Pamplona a Gran Canaria, que dura apróximadamente 4 horas, y la dosis recibida de alrededor de 0,0134mSv.

Otro posible escenario, es pasar dos horas en Fukushima, la dosis apróximada es de 6Sv, si comparamos la tabla anterior, los síntomas son bastante indeseables.

Si planteásemos un viaje a Marte, la radiación aunque estuviese atenuada por el blindaje de la nave espacial, sería de alrededor de 0,66 Sv, más o menos lo mismo que para el caso de Fukushima.

 Webs consultadas:
- http://es.wikipedia.org/wiki/Sievert

Eugui, Sam y Oli.




CURIOSIDADES! :))

Hola!!!  Somos Pablo (Manjón) y Verónica y vamos a ir comentando algunas de las curiosidades que más nos han llamado la atención acerca del tema de la radiactividad. Lo vamos a ir dividiendo en pequeños apartados de este post. 

1. Datos acerca de los porcentajes de radiación.
El 30% de la radiación emitida por el sol es directamente reflejado por las nubes, la atmósfera y la superficie terrestre.
El 20% es absorbido por gases que están presentes naturalmente en la atmósfera.
El 50% por los océanos y el suelo.
En definitiva, solamente el 50% de la radiación solar inicial alcanza la superficie de la Tierra.

http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosclimS/contenu/alternative/alter2_textes.html

2-Todavía hay mucho debate sobre los efectos directos de la radiación sobre la salud y los niveles mínimos aceptables de radioactividad.
Una dosis de 500 milisieverts (mSv) causa síntomas de envenenamiento radiactivo, pero por debajo de esta cifra no existen análisis de correlación que ayuden a sacar conclusiones definitivas.

http://despuesdeltemblor.blogspot.com.es/2011/07/sieverts-y-becquerels.html

3.En un plátano común de unos 150 g hay unos 600 mg de potasio, que contiene unos 0,070 mg de potasio radiactivo - que equivale a 18,5 becquerels. El perfil radiológico medio del plátano común es por tanto de 120,37 becquerels por kilogramo. La dosis equivalente de 365 plátanos (uno al día durante un año) es de 0,036 mSv en un año.
Comparativamente la radiación natural en la Tierra es de 2,4 mSv año, por lo que simplemente vivir en el planeta Tierra durante un año representa una absorción de radiación 60 veces superior a comerse un plátano al día durante un año.

http://es.wikipedia.org/wiki/Dosis_equivalente_a_un_pl%C3%A1tano

4. Existen otras mercancías como la cerámica o la arena para gatos, que son lo suficientemente radiactivos como para hacer saltar falsas alarmas en los sensores de radiación usados en puertos y aduanas en Estados Unidos, que se usan para detectar el posible contrabando ilegal de material nuclear.

http://es.wikipedia.org/wiki/Dosis_equivalente_a_un_pl%C3%A1tano

5. Los japoneses que viven junto a Fukushima reciben una radiación extra similar a la natural. Para áreas situadas en la zona entre 20 y 50 km alrededor de la central nuclear de Fukushima, la radiación extra es similar a la que se recibe cada año de fuentes naturales, entre 0’89 y 2’51 milisieverts al año en 2012, una dosis similar a los 2 milisieverts por año que los habitantes de Japón podrían recibir de fuentes naturales.

Alrededor de la central sigue existiendo un perímetro de seguridad de 20 km (donde los niveles están por encima de los 20 milisieverts por año).

La radiación de radioisótopos depositados en el suelo era de entre 1’03 y 2'75 mSv/año, la de la comida era de 0’0058-0’019 mSv/año y la inhalada de menos de 0’001.

Los dos principales isótopos contaminantes en Fukushima son el Cesio-134 y el Cesio-137. El primero tiene dos años de vida hasta su decaimiento, lo que implica que en 2016 los niveles de radiación se habrán reducido en un 75%. Por otra parte, muchos elementos volátiles como el yodo han desaparecido ya de la atmósfera por su corta vida y la presencia de otros elementos como el estroncio no es relevante.



http://www.sievert-system.org/WebMasters/sp/contenu_exposition.html
http://vozpopuli.com/next/39268-los-japoneses-que-viven-junto-a-fukushima-reciben-una-radiacion-extra-similar-a-la-natural
http://www.medicinajoven.com/2011/03/consecuencias-de-la-radiacion-sobre-los.html
http://www.libertaddigital.com/salud/2012-05-24/la-radiacion-de-fukushima-no-fue-nociva-para-la-salud-1276459430/
http://blogs.vidasolidaria.com/chernobil/2011/03/19/fukushima-y-chernobil-radioactividad-y-dosis-radiacion-para/

6. Dosis en Sievert por día y sus efectos en el ser humano
-0,00 a 0,25: Ningún efecto apreciable al momento
-0,25 a 1,00: Náuseas, fatiga, vómitos, perdida parcial del apetito.
-1,00 a 3,00: Náuseas muy severas.Pérdida absoluta del apetito. Envenenamiento. Posible recuperación con tratamiento, pero no es segura la recuperación.
-3,00 a 6,00: Diarreas. Hemorragias. Esterilidad. A partir de 3,50 Sievert, si no hay tratamiento: Muerte segura.
-6,00 a 10,00: Parálisis. Deterioro del sistema nervioso central. Incluso con tratamiento, muerte casi segura.
-Por encima de 10,00 sievert. Muerte sin remedio.

7. Enlace interactivo.
En este enlace, tenemos una linea de radiactividad  en la que observamos las consecuencias de los distintos niveles de radiación.

http://www.elmundo.es/elmundosalud/documentos/2011/03/radiactividad.html


Esperamos que os guste y que lo disfrutéis!!!!

Clase del 27 de febrero (Ejercicio)

Los dos aspectos que nos quedaban del tema de la radiactividad son (1) los efectos biológicos (que pasa y con qué dosis) y (2) las fuentes naturales y artificiales de radiactividad (qué valores dan qué cosas). Con el fin de trabajar esos temas os propongo el siguiente ejercicio:

Elegid dos fuentes de radiactividad (al menos), una natural y una artificial, y buscad los valores de actividad que poseen (o de dosis que producen). Comparado los posibles efectos biológicos de la exposición a esas fuentes.

Redactad una entrada en el blog (una cada grupo) en la que expongáis vustras conclusiones, fundamentadas en los datos que hayáis encontrado. No os olvidéis de citar las fuentes consultadas, especialmente aquellas de las que toméis los datos.

Ejercicios radioactividad

Hola a tod@s, somos el grupo formado por Xabi, Daniel y Saúl. En nuestra primera entrada vamos a responder a las  preguntas  nº 12, 13 y 14 cuyo enunciado es el siguiente:

12. Describir el proceso de aniquilación partícula-antipartícula


Si una partícula y su antipartícula se encuentran en los estados cuánticos apropiados, entonces pueden aniquilarse la una a la otra y producir energía u otras partículas.

La reacción e+  +  e-    γ  +  γ se conoce como aniquilación positrón-electrón. Consiste en la conversión total de la masa de un electrón y un positrón en energía, es la forma más observada de aniquilación partícula-antipartícula.

Puesto que la aniquilación de pares es un proceso fruto de la interacción electromagnética la energía siempre se emitirá en forma de rayos gamma. 

13. Explicar por qué 2 fotones  de 511 keV son emitidos en la aniquilación partícula-antipartícula

Si las partículas se mueven a velocidades mucho menores que la de la luz o se encuentrán en reposo, se producirán 2 fotones emitidos en la misma dirección pero con sentidos opuestos, cada uno con una energía de 0.511 MeV, lo que coincide con las masas en reposo del electrón y del positrón. Normalmente ambas partículas formarán previamente un estado ligado conocido como positronio el cual es inestable y termina siempre con la aniquilación.

14. Calcular la energía cinética de un electrón expulsado del átomo que se encontraba en la capa K con una energía de enlace de 25 KeV a causa de la conversión interna de un fotón de 125 KeV de energía.

Este fenómeno se puede considerar como una especie de efecto fotoeléctrico interno del átomo dónde hay una transferencia directa de energía, por tanto la energía cinética del electrón emitido es la diferencia entre la energía del fotón y la energía de enlace en la capa K del electrón. En este caso 125-25= 100 KeV


lunes, 24 de febrero de 2014

Interacción radiación materia (24 de Febrero)

Hemos comenzado con las preguntas y dudas surgidas del estudio de lo anterior y de la resolución de los ejercicios. Parece que esto no ha resultado demasiado complejo.

Luego hemos pasado a la transparencias, con dos temas:

(1) Interacción radiación materia: i) de partículas cargadas (colisiones elásticas, inelásticas y radiativas) y de fotones (fotoeléctrico, Compton y creación de pares). En cualquier caso atenuación exponencial con un coeficiente de atenuación que depende de la energía de la radiación y las características del blanco (densidad y Z).

(2) Cuantificación de la radiación, distintas magnitudes y unidades: de la sustancia radiactiva (actividad), del espacio irradiado (dósis) de la materia irradiada (dósis absorbida) y del daño biológico (dósis absorbida equivalente).

Nos faltan los efectos biológicos de la radiación y las fuentes naturales y artificiales de radiactividad con sus valores típicos. Para ir adelantando trabajo podéis ver el vídeo de esta entrada.

Por cierto ¿se puede medir radiactividad con el móvil? ¿Habrá alguna App para ello? (si no encontráis otra fuente, podéis mirar aquí).

El próximo jueves no os doy chapa de transparencias, así que venid preparados para trabajar (con ordenador si se puede, con uno para cada dos vale)

Ejercicios de radioactividad

Buenas! Somos Sam y Oli, hemos resuelto algunas de las preguntas planteadas en la entrada anterior. No estamos seguras de que las respuestas estén del todo bien, pero en cualquier caso podemos discutirlas esta tarde en clase.


1. The total number of nucleons in an atom is designated by (A) N; (B) Z; (C) M; (D) A.

(D) Se denomina nucleído al conjunto que forman los neutrones y los protones. La suma de ambos, o número total de nucleídos se denota como A (número másico).


2. Isotopes contain the same number of ________.

Los isótopos contienen el mismo número de protones. (Isótopos o nucleídos no?).

 
3. Isobars contain the same number of ________.

Los isóbaros tienen el mismo número másico (A).

4. 99mTc and 99Tc are two ________.

Son dos isómeros, es decir, dos nucleídos con el mismo número másico (A) pero diferente energía.

5. Isomeric transition is an alternative to gamma ray emission. True

________; False ________.

Falso, un isómero nuclear es un estado en el que el núcleo tiene un exceso de energía. Si permanece así por un gran periodo de tiempo se le denomina metaestable (y se representa con una m). Pero en otros casos decae la energía a estados isómeros más bajos, hasta que tienen una energía normal, y esa diferencia de energía es lo que se conoce como rayos gamma.


6. Gamma ray emission is an alternative to internal conversion. True ________; False ________.

Verdadero, en la “conversión interna?” el exceso de energía es transferido a un electrón (órbita K) que es expulsado con una cierta energía, que se corresponde con la energía de los rayos gamma más otra de atadura del electrón.


7. Describe the Auger process in radioactive decay.


Cuando desaparece un electrón se pueden dar diferentes escenarios, en todos ellos se queda un hueco en el nivel donde el electrón ha sido expulsado, por lo que un electrón de una órbita superior puede reemplazarlo y se liberaría energía. Una posibilidad es que la energía se libere en forma de fotón, pero puede darse el caso en el que la energía se transfiera a otro electrón y éste sea expulsado del átomo, es en este caso cuando se produce el efecto Auger, y a ese electrón expulsado se le denomina electrón Auger, quizás en la imagen se vea más claro.

8. Name two nuclear decay processes in which characteristic X-rays are possibly emitted.

Teniendo en cuenta que los rayos X se producen cuando hay una diferencia de energía entre dos órbitas de un átomo, suponemos que con la desintegración beta +, beta – y con la captura electrónica.


9. What types of radionuclides are designated as metastable isomers with symbol “m” in the mass number?


Aquellos que teniendo un exceso de energía no son capaz de volver a su estado inicial y se quedan con esa energía durante un  tiempo que puede llegar a ser de minutos o años.

10. Why is a neutrino needed in the positron decay? In what decay is an antineutrino emitted?

El neutrino es una partícula con muy poca masa y sin carga. Esta partícula se descubre ya que en el la desintegración beta desaparece cierta cantidad de energía que no se podía explicar. De esta forma en la desintegración beta+ se emite un neutrino, y en la beta – se emite un antineutrino.

11. In a β− decay, the transition energy is 400 keV. The β− particle is emitted with 315 keV. What is the energy of the antineutrino?

La “energía de transición” es la diferencia de energías entre los dos nucleidos, que se comparte entre la energía de la partícula beta – y el antineutrino. Por lo que la energía de éste será la resta de los datos, esto es 85KeV.




Buenas! Somos Pablo y Vero, hemos resuelto algunas de las preguntas planteadas sobre el tema Radiación. Los enunciados son los que aparecen en la siguiente imagen:



Para mayor claridad, adjuntamos una imagen de la resolución de los problemas: 

Ejercicio número 2:
Ejercicio número 3:

martes, 18 de febrero de 2014

Radiactividad, segunda entrega (17 febrero)

ANUNCIO: Recordad que el próximo jueves no tenemos clase. En su lugar podéis asistir a la entrega de premios Tesis en Tres Minutos.  Así que nos vemos el próximo lunes.
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Hoy hemos comenzado con un rato de trabajo, contestando las preguntas de la entrada anterior. Después hemos continuado con las curvas de Z vs A-Z, las desintegracions beta (+ y -) y alfa; y finalmente la energía de enlace por nucleón vs. Z y el polvo de estrellas.

Como tarea para el próximo día os dejo un conjunto de cosas:

1.- Estudiar las desintegraciones nucleares (con la profundidad que aparece en las transparencias), el vídeo de Mr. Ánderson del blog de contenidos (y en la siguiente entrada) tratan también de eso.

2.- Electronvoltio. Calcular la energía de un fotón visible, uno ultravioleta, uno de rayos X y uno de Gamma, buscad un valor típico cada rango. ¿Que energía tiene un electrón? ¿Y un protón?
3.- Esquemas de desintegración.

4.- Ley de desintegración (período de semidesintegración, etc. ver figura).
5.- Definición de "Actividad" y unidades: Bequerel y Curio.

Os dejos unos problemas para ir "haciendo manos":


viernes, 14 de febrero de 2014

Radiactividad, primera entrega (13 Feb)

Como primera experiencia de la metodología que hemos acordado desarrollar no ha sido lo mejor. Pero espero que sea porque cuesta entrar en calor.

Hablamos de radiactividad, el comienzo del tema. De las transparencias que hay en mi aulario avanzamos como hasta la 16.

Para que el próximo día (el lunes 17) podamos avanzar, os encargo (hoy más seriamente que el día pasado) que trabajéis los siguientes contenidos:

1.- Esta entrada, incluyendo el vídeo de Veritasium y el texto con 12 ideas sobre radiactividad
2.- Este vídeo sobre la introducción a los procesos nucleares y
3.- Este vídeo sobre el concepto de dosis.

 Todo esto es para sacar en claro algunas ideas que también hay que ejercitar. Empecemos:
1.- ¿Si "inflásemos" un electrón hasta tener la masa de un grano de arroz un protón...?
2.- En el caso anterior, ¿cuánto pesaría un átomo de carbono?
3.- ¿Qué diferencia porcentual de peso hay entre el deuterio y el tritio?
4.- Para apreciar la diferncia de tamaños entre el núcleo y el átomo se suelen poner ejemplos ("inflando" ambos, como en la pregunta 1). Inventa un ejemplo de ese tipo que te resulte ilustrativo
5.- ¿Cuántos neutrones tiene el Potasio 40?
6.- ¿Qué elementos serán los siguientes? (a) Z = 15,  (b) Z = 21,  (c) Z = 50
7.- ¿Cuál es el isótopo más común en la naturaleza de cada uno de los elementos de la pregunta anterior?

Tenéis una pregunta cada uno, contestadla en los comentarios de esta entrada (o directamente a continuación quien tenga ya acceso porque me haya mandado su email). Los primeros tienen dónde elegir ;-)

Actualización (16 feb 2014, 12:00) Samantha me hace llagar un enlace que puede ser muy interesante para todos, así que lo dejo a continuación. Se trata de una animación interactiva muy gráfica con información sobre el tamañio de las cosas en todos los rangos imaginables existentes. No es que resuelva las preguntas 1 y 4, pero trata de los mismo, de interiorizar ese tipo de relaciones. PICHAD AQUÍ.(no se puede incrustar, hay que ir al sitio).

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Respuestas:
(Los que contestéis aquí, no olvidéis "firmar" la contestación, poned vuestro nombre)

1. Si echamos un ojo a los interesantísimos estudios realizados sobre el peso de un grano de arroz que encontramos en Internet (y no son pocos), sabemos que ese peso es de alrededor de 0,03 g.
El peso del protón es más o menos 2000 veces el del electrón, por tanto, si el electrón pesase 0,03 g, el peso del protón equivalente sería 60 g.

Verónica Aramendía y Pablo Manjón

5.- ¿Cuántos neutrones tiene el Potasio 40?
n = A - Z
n = número de neutrones
A = número másico, masa atómica. En el Potasio 40
Z = número atómico es el numero de protones. En el Potasio es 19
Con lo cual sustituyendo en la ecuación tendremos 21 neutrones.

Olivia Rodríguez y Samantha Odriozola

6.- ¿Qué elementos serán los siguientes? (a) Z = 15, (b) Z = 21, (c) Z = 50
Z=15 corresponde a Fósforo
Z=21 corresponde a Escandio
Z=50 corresponde a Estaño

Olivia y Samantha

7.- ¿Cuál es el isótopo más común en la naturaleza de cada uno de los elementos de la pregunta anterior?
Fósforo (Z=15): P-31. Abundancia natural del 100%. Isótopo estable con 16 neutrones.
Escandio (Z=21): Sc-45. Abundancia natural del 100%. Isótopo estable con 24 neutrones.
Estaño (Z=50): Sn-120. Abundancia natural del 32.58 %. Isótopo estable con 70 neutrones.

Verónica Aramendía