Francisco Dalmases Moncayo - Fundamentos físicos de la protección radiológica en odontología

A tal emisión de radiación se le denomina "emisión radiactiva" y al proceso de transformación se le suele designar como "desintegración radiactiva" , aunque tal vez transformación o transmutación radiactiva resulta más apropiado, puesto que el núcleo en el proceso cambia a otro distinto, pero no desaparece, como confusamente puede sugerir la palabra desintegración.

Según estudió y clasificó Rutherford, los tres tipos de emisión radiactiva más frecuentes en la naturaleza son la α, la β y la γ. Las dos primeras son corpusculares y la última electromagnética. Existe algunos otros mecanismos adicionales en los núcleos radiactivos artificiales, en los que no se entrará en esta revisión general.

Emisión α

Consiste en la emisión, por parte del núcleo inestable o radiactivo, de una partícula α, que es en realidad un núcleo de un átomo de helio, constituido por 2 protones y 2 neutrones y que por tanto posee una doble carga positiva:

Tal núcleo de He presenta una gran estabilidad estructural. Por ello el núcleo inestable, que en el caso de la emisión α ya debe ser bastante pesado (en concreto con Z > 82, el del plomo), busca su estabilidad emitiendo como pequeña 'astilla' esa partícula α, y transformándose así en otro núcleo distinto con 2 protones y 2 neutrones menos, es decir, correspondiente a un elemento químico situado dos posiciones antes en la tabla periódica.

Al ser las partículas α relativamente pesadas, unas 7000 veces más que un electrón, se mueven con velocidad relativamente baja, lo que unido a su doble carga positiva les confiere un carácter altamente ionizante al arrancar electrones de los átomos del material atravesado: esa relativa lentitud de su desplazamiento les permite más tiempo para interaccionar y su doble carga les dota de una fuerza de atracción eléctrica más intensa. Van transfiriendo así su energía al medio, enlenteciéndose progresivamente hasta frenarse por completo. Puesto que la transferencia de energía será tanto mayor cuanto más denso sea el material, las partículas α pueden viajar algunos milímetros en el aire pero se absorben muy rápidamente en los sólidos. Una hoja de papel, o la epidermis, llega a absorberlas por completo.

Por lo general, la emisión α va acompañada de un reordenamiento de todos los nucleones remanentes en el núcleo, lo que supone movimiento de la carga de los protones y, por tanto, emisión electromagnética como proceso asociado. Tal emisión fotónica de origen nuclear constituye la emisión γ.

Emisión β

Consiste en la emisión, por parte del núcleo inestable o radiactivo, de una partícula β, que en realidad es un electrón:

Pero por supuesto no es que el electrón proceda directamente del núcleo, donde no puede existir. Lo que sucede es que algunos núcleos deben su inestabilidad a que poseen excesivo número de neutrones, dadas las características del enlace nuclear, por lo que la mayor estabilidad se alcanza al desintegrarse un neutrón en un protón y un electrón (junto con un 'antineutrino'). El protón permanece en el núcleo, mientras que el electrón, a expensas de la energía liberada en la transformación, es expulsado violentamente fuera, constituyendo la partícula β.

De hecho, la estabilidad de los núcleos muy ligeros (hasta Z=15) se alcanza para Z ≈ N, mientras que para Z mayores el número de neutrones N debe ser un poco mayor que el de protones Z, para compensar la repulsión de estos últimos entre sí: pero no mucho mayor. Si los hay de más, ese exceso de neutrones conduce a la emisión β.

Puesto que en el balance final del proceso un neutrón se transforma en un protón, el Z del núcleo resultante aumenta en una unidad, correspondiendo al elemento químico situado una posición más avanzada en la tabla periódica.

Aunque las partículas β tienen una unidad de carga negativa y por ello pueden ionizar repeliendo los electrones del medio atravesado, viajan mucho más rápidas que las α puesto que son mucho más ligeras. Por lo que, con mucho menos tiempo para interaccionar, su capacidad ionizante es mucho menor y pueden recorrer alrededor de 1 metro en aire y hasta 1 ó 2 mm en tejido blando, para una energía media.

Como en el caso de la emisión α, la emisión β también va acompañada frecuentemente de emisión γ, inherente al reordenamiento de la carga nuclear.

Emisión γ

Consiste en la emisión de radiación electromagnética de origen nuclear, en forma de fotones llamados γ. Como se ha señalado, la emisión γ normalmente se produce acompañando a la α o la β, en una segunda etapa y como consecuencia del reordenamiento de carga nuclear producido en el proceso. Pero también puede generarse emisión γ pura debido al reordenamiento de los protones entre los estados energéticos del núcleo para buscar una configuración más estable. En cualquier caso el núcleo solamente pierde energía, se desexcita, sin alterar su constitución nucleónica y por tanto el elemento químico como tal permanece inalterado.

La radiación γ, como los rayos X, también produce ionización al ir absorbiéndose por parte de los electrones de los átomos del medio atravesado. Pero puesto que el proceso es por lo general más gradual, el efecto ionizante es mucho menor y la radiación γ resulta más penetrante que los haces de partículas α ó β.

Señalar por último que la interpretación del fenómeno de la radiactividad exige el concurso de un cuarto y último tipo de fuerza de la naturaleza para explicar el comportamiento de las partículas elementales subatómicas fuera del recinto nuclear. Por ejemplo, la desintegración de neutrón a protón más electrón que da lugar a la emisión β. Tal último tipo de fuerza es la llamada "interacción débil", de naturaleza distinta a la gravitatoria, la electromagnética y la fuerte o hadrónica. Su intensidad es superior a la gravitatoria a cortas distancias pero claramente inferior a la hadrónica, y el análisis de sus propiedades queda fuera del propósito de este libro. La física actual se centra en perfilar la teoría unificadora con la que interpretar conjuntamente los 4 tipos conocidos de interacción.

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