2.Radiaciones ionizantes y no ionizantes
Clasificación de las radiaciones
Las radiaciones, atendiendo a su energía, se clasifican en radiaciones ionizantes y no ionizantes.
- Radiaciones ionizantes.Corresponden a las radiaciones de mayor energía (menor longitud de onda) dentro del espectro electromagnético. Tienen energía suficiente como para arrancar electrones de los átomos con los que interaccionan, es decir, para producir ionizaciones.
- Radiaciones no ionizantes. Son aquellas que no poseen suficiente energía para arrancar un electrón del átomo, es decir, no son capaces de producir ionizaciones.
Radiaciones no ionizantes
Las radiaciones no ionizantes son de baja energía, es decir, no son capaces de ionizar la materia con la que interaccionan. Estas radiaciones se pueden clasificar en dos grandes grupos:
- Radiaciones electromagnéticas. A este grupo pertenecen las radiaciones generadas por las líneas de corriente eléctrica o por campos eléctricos estáticos. Otros ejemplos son las ondas de radiofrecuencia, utilizadas por las emisoras de radio y las microondas utilizadas en electrodomésticos y en el área de las telecomunicaciones.
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Radiaciones ópticas. Pertenecen a este grupo los rayos infrarrojos, la luz visible y la radiación ultravioleta.
Tipos de radiación emitida por el Sol
- Infrarroja. Esta parte del espectro está compuesta por rayos invisibles que proporcionan el calor que permite mantener la Tierra caliente.
- Visible. Esta parte del espectro, que puede detectarse con nuestros ojos, nos permite ver y proporciona la energía a las plantas para producir alimentos mediante la fotosíntesis.
- Ultravioleta. No podemos ver esta parte del espectro, pero puede dañar nuestra piel si no está bien protegida, pudiendo producir desde quemaduras graves hasta cáncer de piel.
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Ozono atmosférico |
Elevación solar
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| Altitud | Reflexión
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| Nubes y polvo |
Dispersión atmosférica |
El Índice UV es una unidad de medida de los niveles de radiación ultravioleta relativos a sus efectos sobre la piel humana. Este índice puede variar entre 0 y 16 y tiene cinco rangos:
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Índice UV |
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11 ó mayor |
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Bajo |
Moderado |
Alto |
Muy alto |
Extremado |
Afortunadamente, tú puedes evitar que la radiación UV te haga daño. Tienes que desarrollar buenos hábitos de protección contra los efectos de la radiación solar desde ahora. Y protegerte del sol durante toda la vida. Algunas formas sencillas de protegerte son:
- Reducir el tiempo que estás al sol al mediodía, sus rayos son más fuertes entre las 10 a.m. y las 4 p.m., por lo que es aconsejable siempre que sea posible, evitar una sobreexposición al sol durante estas horas incluso en invierno.
- Permanecer en la sombra. Ésta es una buena
fuente de protección, pero hay que tener en cuenta que los árboles, las
sombrillas y los toldos no proporcionan una protección total de los rayos
solares.
- Llevar un sombrero. Los sombreros protegen partes muy expuestas al sol como la cara, los ojos, orejas o el cuello.
- Llevar gafas de sol que filtren el 99-100 % de la radiación UV. Así se pueden evitar la aparición de cataratas y otros daños en los ojos.
- Usar siempre una crema protectora que cuente al menos con un factor de protección 15. Aplicar la crema cada dos horas o después del baño.
- La Agencia Estatal de Meteorología facilita a diario la predicción de los niveles de UV, en su página web.
Los rayos infrarrojos son un tipo de radiación electromagnética de mayor longitud de onda que la luz visible, pero menor que la de las microondas. El nombre de infrarrojo significa por debajo del rojo pues su comienzo se encuentra adyacente a este color en el espectro visible.
Los infrarrojos están asociados al calor, debido a que a temperatura normal los objetos emiten espontáneamente radiaciones en el rango de los infrarrojos. Cualquier cuerpo que tenga una temperatura mayor que el cero absoluto (0o Kelvin o -273,15o Celsius) emitirá radiación infrarroja.
Los infrarrojos fueron descubiertos en 1800 por William Herschel, un astrónomo inglés de origen alemán. Herschel colocó un termómetro de mercurio en el espectro obtenido por un prisma de cristal con el fin de medir el calor emitido por cada color. Descubrió que el calor era más fuerte al lado del rojo del espectro y observó que allí no había luz. Ésta es la primera experiencia que muestra que el calor puede transmitirse por una forma invisible de luz. Herschel denominó a esta radiación "rayos calóricos", denominación bastante popular a lo largo del siglo XIX que, finalmente, fue dando paso al término más moderno de radiación infrarroja.
Los primeros detectores de radiación infrarroja eran bolómetros, instrumentos que captan la radiación por el aumento de temperatura producido en un detector absorbente.
Los infrarrojos se utilizan en los equipos de visión nocturna cuando la cantidad de luz visible es insuficiente para ver los objetos. La radiación se recibe y después se refleja en una pantalla. Los objetos más calientes se convierten en los más luminosos.
Un uso muy común es el que hacen los mandos a distancia (telecomandos), que generalmente utilizan los infrarrojos en vez de ondas de radio ya que éstos no interfieren con otras señales como las señales de televisión. Los infrarrojos también se utilizan para comunicar a corta distancia los ordenadores con sus periféricos.
Otra de las muchas aplicaciones de la radiación infrarroja es la del uso de equipos emisores de infrarrojo en el sector industrial. En este sector los infrarrojos tienen múltiples aplicaciones, como por ejemplo: el secado de pinturas, barnices o papel; termo-fijación de plásticos; precalentamiento de soldaduras; curvatura; templado y laminado del vidrio, entre otras.
Las microondas son ondas de radio de alta frecuencia y por consiguiente de longitud de onda muy corta, de ahí su nombre.
Dentro del espectro electromagnético las microondas están situadas entre los rayos infrarrojos (cuya frecuencia es mayor) y las ondas de radio convencionales.
Las microondas de origen natural son una radiación de baja temperatura que llega a la superficie de la Tierra desde el espacio. Arno Penzias y Robert W. Wilson fueron los primeros en detectarla y darla a conocer en 1965. Existe una teoría, ampliamente aceptada, que postula que esta radiación es lo que queda de las elevadísimas temperaturas propias de los primeros momentos del Big Bang.
Las microondas se pueden también generar artificialmente mediante dispositivos electrónicos. En la actualidad el horno microondas se ha convertido en un electrodoméstico casi imprescindible en nuestras cocinas. Las microondas tienen la propiedad de excitar la molécula de agua, que es lo que hace que los alimentos que contienen estas moléculas se calienten.
Pero las microondas
tienen otras muchas aplicaciones, como por ejemplo en radio y televisión,
radares, meteorología, comunicaciones vía satélite, medición de distancias o en
la investigación de la estructura y propiedades de la materia.
Las microondas pueden
detectarse con un aparato formado por un rectificador de diodos de silicio
conectado a un amplificador y a un dispositivo de registro o una
pantalla.
¡Sintoniza tu emisora
favorita!
Las ondas de radio son radiaciones de muy baja frecuencia (gran longitud de onda).
Las ondas electromagnéticas se propagan en línea recta. En consecuencia, si pretendiéramos enviar una señal de radio a larga distancia, dado que la Tierra es redonda, la señal se alejaría de la superficie terrestre y se perdería en el espacio. Sin embargo, las ondas de radio tienen la propiedad de reflejarse en las capas altas de la atmósfera, en concreto en la ionosfera.
La primera vez que se realizó una transmisión de radio a larga distancia fue en 1901. Entonces se desconocía la existencia de la ionosfera. Fue Marconi quien dispuso un transmisor y un receptor a ambos lados del Atlántico, entre Cornualles en Inglaterra y Terranova en Canadá. Tras el éxito del experimento, Oliver Heavyside y Arthur Kennelly descubrieron en 1902 la existencia de la ionosfera y sus propiedades como reflectante de señales de cierta banda de frecuencias.
La ionosfera es la capa de la atmósfera situada entre los 90 y los 400 km de altura. Presenta la particularidad de que en ella los átomos se ionizan y liberan electrones por efecto de la luz solar. Según la concentración de iones, la ionosfera se puede dividir en varias capas, que se comportan de diferente forma ante la reflexión de las ondas. En cierto modo, al existir una nube electrónica en la ionosfera, ésta se comporta como una pantalla para las señales eléctricas. No obstante, dependiendo de la concentración de iones, existirá mayor o menor «blindaje» frente a las señales.
Las ondas reflejadas en la ionosfera que vuelven a la Tierra pueden ser de nuevo emitidas hacia el espacio y sufrir una segunda reflexión en la ionosfera. De hecho, este proceso se puede repetir sucesivas veces, de manera que las ondas podrán salvar grandes distancias, gracias a las continuas reflexiones. Incluso, si se emite una señal con potencia y frecuencia adecuada, es posible que las ondas circunden la Tierra.
Por otra parte, no todas las frecuencias rebotan en la ionosfera. Las señales con frecuencias superiores a 15 MHz escapan a la reflexión de la atmósfera. Éste es el rango de las señales de alta frecuencia (HF), de muy alta frecuencia (VHF), de ultra-alta frecuencia (UHF). Este tipo de señales sólo puede utilizarse para comunicaciones a corta distancia mediante estaciones terrestres repetidoras. Para salvar mayores distancias sería necesario recurrir al uso de satélites de comunicaciones.
Radiaciones ionizantes
Como se ha comentado anteriormente, las radiaciones ionizantes son aquellas que tienen suficiente energía para arrancar un electrón del átomo cuando interaccionan con él, este fenómeno es conocido como ionización, de ahí la denominación de este tipo de radiaciones.
En otros temas del apartado "Teoría sobre las radiaciones" vas a encontrar más información sobre distitnos aspectos de las radiaciones ionizantes, cómo, por ejemplo, sus unidades de medida, los efectos biológicos perjudiciales que pueden producir, cómo podemos protegernos de dichos efectos, etc. Por eso, en este tema sólo te damos conceptos básicos sobre ellas.
El átomo y las radiaciones ionizantes
Si queremos comprender qué son las radiaciones ionizantes, tenemos que adentrarnos en la unidad más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades y que no es posible dividir mediante procesos químicos: EL ÁTOMO.
El átomo está formado por un núcleo, compuesto a su vez por protones y neutrones y por una corteza que lo rodea, en la cual se encuentran los electrones. Las partículas subatómicas que componen el átomo no pueden existir aisladamente salvo en condiciones muy especiales.
El protón fue descubierto por Ernest
Rutherford a principios del siglo XX. Es una partícula elemental que
constituye parte del núcleo de cualquier átomo. El número de protones en el
núcleo atómico, denominado número
atómico (Z), es el que determina las propiedades químicas del átomo en
cuestión. Los protones poseen carga eléctrica positiva y una masa 1.836 veces
mayor de la de los electrones.
El neutrón, partícula elemental que
constituye parte del núcleo de los átomos, fue descubierto en 1930 por dos
físicos alemanes, Walter Bothe y Herbert Becker. La masa del
neutrón es ligeramente superior a la del protón, pero el número de neutrones en
el núcleo no determina las propiedades químicas del átomo, aunque sí su
estabilidad frente a posibles procesos nucleares (fisión, fusión o emisión de
radiactividad) como veremos más adelante. Los neutrones carecen de carga
eléctrica y son inestables cuando se hallan fuera del núcleo, desintegrándose
para dar un protón, un electrón y un antineutrino. El número de
protones más el de neutrones en el núcleo de un átomo constituye el número másico (A).
El electrón fue
descubierto en 1897 por J. J. Thomson. La masa del electrón es 1836
veces menor que la del protón y tiene carga opuesta, es decir, negativa. Los electrones se mueven en órbitas
difusas rodeando al núcleo a diferentes distancias de él, de acuerdo a la
energía que poseen, para formar el diámetro atómico. Estas distancias son
enormes comparadas con el tamaño del núcleo, de manera que para un elemento de
diámetro atómico medio, si consideramos su núcleo de las dimensiones de una
nuez, la nube electrónica puede tener las dimensiones de un estadio de fútbol. En
condiciones normales un átomo tiene el mismo número de protones que de electrones,
lo que convierte a los átomos en entidades eléctricamente neutras. Si un átomo capta o pierde
electrones, se convierte en un ión.
Cada
elemento químico tiene un número fijo de protones, pero su número de neutrones
puede variar, de manera que un mismo elemento puede existir en la naturaleza
con diferente relación protones/neutrones en su núcleo, son los denominados isótopos.
Por tanto los isótopos
son átomos de un mismo elemento, cuyos núcleos tienen una cantidad diferente de
neutrones y, por lo tanto, difieren en masa. La mayoría de los elementos
químicos poseen más de un isótopo. Solamente 21 elementos (ejemplos: berilio,
sodio) poseen un solo isótopo natural; en contraste, el estaño es el elemento
con más isótopos estables (se conocen 10 isótopos).
Los núcleos
inestables, con exceso de energía, siempre tienden a estabilizarse, por lo que
tarde o temprano liberan el exceso de energía, sufriendo una transformación (o
desintegración). Así pues, durante la transformación se libera una gran
cantidad de energía en forma de radiaciones
ionizantes, conociéndose a este fenómeno con el nombre de radiactividad.
Lógicamente
cada núcleo inestable emitirá su exceso de energía de forma diferente, es decir
producirá distintos tipos de radiaciones ionizantes (alfa, beta y/o gamma).
También hay que tener en cuenta el grado de inestabilidad, es decir el número
de neutrones en exceso o en defecto respecto al número de protones en el
núcleo, ya que cuanto más se aleje el número de neutrones de la configuración
estable, más intensa será la tensión y mayor la velocidad con la que el núcleo
liberará el exceso de energía.
Las radiaciones ionizantes son de tres tipos:
- Partículas alfa α. Son núcleos de helio (formados por dos protones y dos neutrones). Las partículas alfa son las radiaciones ionizantes con mayor masa, por lo que su capacidad de penetración en la materia es limitada, no pudiendo atravesar una hoja de papel o la piel de nuestro cuerpo. Las partículas alfa son muy energéticas.
- Partículas beta β. Son electrones o positrones y poseen una masa mucho menor que las partículas alfa, por lo que tienen mayor capacidad para penetrar en la materia. Una partícula beta puede atravesar una hoja de papel, pero será detenida por una fina lámina de metal o metacrilato y por la ropa. Son menos energéticas que las partículas alfa.
- Rayos gamma γ. Son radiaciones electromagnéticas, por lo que no tienen masa ni carga, lo que les hace tener un gran poder de penetración en la materia. Para detenerlas es necesaria una capa gruesa de plomo o una pared de hormigón. Los rayos gamma y los rayos X tienen las mismas propiedades, diferenciándose únicamente en su origen. Mientras que los rayos gamma se producen en el núcleo del átomo, los rayos X proceden de las capas externas del átomo, donde se encuentran los electrones.
Actividades relacionadas
Para profundizar en los conceptos tratados en este tema, te proponemos que realices algunas de las siguientes actividades:
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Unidad Didáctica Integrada sobre Radiaciones Ionizantes y Protección Radiológica