4.Detección y medida de las radiaciones ionizantes

Desde siempre, la humanidad ha necesitado medir (creó miles de instrumentos para ello) y ponerse de acuerdo sobre las unidades a utilizar en dichas medidas, tarea que no fue nada fácil. Afortunadamente, en la actualidad contamos con el sistema internacional de unidades.
Ya lo decía Galileo Galilei (1564-1642), astrónomo, filósofo, matemático y físico italiano que estuvo relacionado estrechamente con la revolución científica:
"Medir lo que es medible y tratar de hacer medible lo que todavía no lo es"
La observación de un fenómeno es en general, incompleta a menos que dé lugar a una información cuantitativa. Para obtener dicha información, se requiere la medición de una propiedad física.
La medición es la técnica por medio de la cual asignamos un número a una propiedad física, como resultado de una comparación de dicha propiedad con otra similar tomada como patrón, la cual se ha adoptado como unidad.
Supongamos una habitación cuyo suelo está cubierto de
baldosas, tal como se ve en la figura. Tomando una baldosa como unidad y contando
el número de baldosas, medimos la superficie de la habitación, dando como
resultado en la figura izquierda 30 baldosas, mientras que en la figura de la
derecha, la medida de la misma superficie da una cantidad diferente, 15
baldosas.

La medida de una misma magnitud física (una superficie) da lugar a dos cantidades distintas debido a que se han empleado distintas unidades de medida.
Este ejemplo, nos pone de manifiesto la necesidad de establecer una única unidad de medida para una magnitud dada, de modo que la información sea comprendida por todo el mundo.
Las radiaciones ionizantes no son una excepción a esta necesidad de medir. Por tanto es imprescindible definir magnitudes y establecer unidades únicas para cada una de dicha magnitudes.

Las radiaciones ionizantes son invisibles, silenciosas, inodoras, insípidas y no pueden tocarse, en definitiva no podemos detectarlas con nuestros sentidos. Sin embargo, se pueden detectar y medir por distintos procedimientos como se describe más adelante.
El hecho de no detectarlas con nuestros sentidos podría llevar a pensar, equivocadamente, que no existen o que no pueden provocar ningún efecto biológico. Sin embargo, sí es posible reconocer su existencia por los efectos que ocasionan, por su capacidad de ionizar la materia y de ser absorbidas por la misma.
Precisamente la necesidad de su cuantificación está derivada de la producción de una serie de efectos nocivos sobre los organismos vivos. Hace mucho tiempo que se sabe que las dosis altas de radiación ionizante pueden causar lesiones en los tejidos humanos. Ya a los seis meses del descubrimiento de los rayos X por Roentgen en 1895, se describieron los primeros efectos nocivos de las radiaciones ionizantes.
Las magnitudes y sus correspondientes unidades más utilizadas para medir las radiaciones ionizantes y los compuestos radiactivos son:
Magnitud |
Proceso físico medido |
|
Actividad |
Desintegración
nuclear |
Becquerel (Bq) |
Energía
depositada |
Gray (Gy) |
|
Efecto Biológico |
Sievert (Sv) |
|
Riesgos |
Sievert (Sv) |
Cada unidad tiene sus múltiplos y submúltiplos. En el sistema
internacional (SI) los submúltiplos que más utilizaremos serán:
mili(m) = 10-3
micro(µ)= 10-6
nano(n)=10-9
Actividad radiactiva. Se mide en becquerelios (Bq), que
es una unidad derivada del Sistema Internacional de Unidades, que equivale a
una desintegración nuclear por segundo. Los becquerelios indican la velocidad de
desintegración de una sustancia radiactiva. A mayor cantidad de becquerelios más
rápidamente se desintegrará (mayor número de desintegraciones por segundo) y
por tanto más “activa” sería la sustancia.
Ahora bien, la actividad (o los Bq) no nos da información sobre
los posibles efectos que una fuente de radiación podría tener en nuestra
salud. Una fuente de 100.000 millones de Bq puede ser totalmente inocua (si se
encuentra blindada o lejos de nosotros) o puede causar un serio daño a nuestra
salud (si por accidente la ingiriéramos).
Para conocer las posibles consecuencias en la salud de una
exposición a radiación ionizante, se necesita por tanto otro concepto que
indique la cantidad de energía absorbida por los tejidos y permita cuantificar
el daño biológico causado. En definitiva, es necesario conocer la "DOSIS"
de radiación recibida.
Como ya sabemos, la energía en el Sistema Internacional,
se mide en julios (J) y la masa en Kilogramos (Kg), por tanto la dosis
absorbida se medirá en J/Kg, unidad conocida con el nombre de Gray (Gy).
Pero el daño biológico producido por las radiaciones no sólo está
en función de la energía depositada en un tejido u órgano,
sino que también depende del tipo de radiación. No todas las radiaciones
producen la misma densidad de ionización cuando atraviesan la materia viva. Por
ejemplo, las partículas alfa producen mucha mayor densidad de ionización en la
materia que atraviesan que los rayos gamma, para la misma dosis absorbida. Se
sabe que las radiaciones que producen mayor densidad de ionización son más
dañinas a igualdad de dosis.
La Dosis Equivalente, es la magnitud utilizada para
expresar la cantidad de energía depositada por unidad de masa (dosis absorbida)
y el tipo de radiación que suministra dicha energía.Esta magnitud también se
mide en J/Kg, pero recibe el nombre de Sievert (Sv).
Por último, se sabe que el daño producido por las radiaciones ionizantes en un ser vivo, además de depender de la dosis absorbida y del tipo de radiación, también está influenciado por el tejido u órgano que ha sufrido la irradiación. Esto se debe a que no todos los tejidos de nuestro organismo son igual de sensibles a la radiación y por tanto no todos ellos contribuirán de igual forma al perjuicio que la exposición tendrá en nuestra salud. Para tener en cuenta este factor, se ha definido la magnitud Dosis Efectiva, que al igual que la dosis equivalente, se mide en Sv (J/Kg).
Para entender todas estas magnitudes, vamos a imaginarnos que estamos debajo de una tormenta de granizo. La cantidad de granizo que cae representa la actividad radiactiva, pero no todos los granizos que caen nos alcanzarán. Aquellos que impacten con nuestro cuerpo son los que nos van a producir daño, por tanto el número de granizos que nos alcancen representará la dosis absorbida.
Pero, el daño que nos produzca el granizo no sólo dependerá del número de ellos que nos alcancen, sino que también va a depender del tamaño de éstos. A igualdad de número de granizos que nos impacten, cuanto mayor sea su tamaño más daño nos hará. El número de granizos que nos alcanzan y su tamaño es lo que, para las radiaciones ionizantes, nos indica la dosis equivalente.
Por último, si realmente queremos saber el daño que nos producirá el granizo, además del número que nos impacta y su tamaño, tendremos que tener en cuenta en qué parte de nuestro cuerpo nos alcanzan, ya que no todas ellas son igual de sensibles. Lo mismo ocurre con las radiaciones ionizantes y los tejidos de nuestro cuerpo y por eso es necesario utilizar la dosis efectiva.
En resumen, las magnitudes
relacionadas con la dosis de radiación ionizante son:
Dosis
absorbida |
Energía depositada
por unidad de masa |
Gray (Gy) (J/Kg) |
Dosis
equivalente |
Dosis
absorbida multiplicada por un factor de ponderación que tiene en cuenta el
tipo de radiación ionizante que produce la exposición |
Sievert (Sv)
(J/Kg) |
Dosis
efectiva |
Sumatorio
de dosis equivalente (en cada órgano/tejido) multiplicado por un factor de
ponderación que tiene en cuenta la diferente
sensibilidad de órganos y tejidos a la radiación ionizante |
Sievert
(Sv)
(J/Kg) |
Hay una magnitud que también va a
influir en el efecto que produzca la radiación ionizante en nuestra salud: la Tasa
de Dosis que indica la dosis de radiación recibida por unidad de tiempo. Se
sabe que una misma dosis recibida durante un largo periodo de tiempo es menos
nociva que si esa misma dosis se recibe en segundos o minutos.

Como se ha comentado anteriormente, ninguno de nuestros sentidos es capaz de detectar las radiaciones ionizantes. Sin embargo, en la actualidad existe una gran variedad de instrumentos que permiten medir las radiaciones ionizantes: contadores de radiactividad y dosímetros.
Un dosímetro es un instrumento que permite medir la dosis de radiación ionizante. Existen una gran variedad de dosímetros, por lo que es importante seleccionar el más adecuado en función de la utilización que esté prevista. Así, existen dosímetros personales o de área.
- Dosímetro de pluma. (denominado así por su tamaño y forma): La carga eléctrica y el voltaje de un condensador se reducen con la radiación ionizante. La dosis recibida desde que se haya cargado puede leerse a partir de la posición de un hilo metálico en una escala del dispositivo. El valor mostrado se puede reiniciar a cero con una nueva recarga. Estos dosímetros pueden registrar radiación gamma y de rayos X, así como radiaciones beta.
- Dosímetro de película. La película utilizada se ennegrece en mayor o menor medida en función de la energía (radiación) que recibe. La placa en la que se pone la película cuenta con diferentes filtros destinados a ampliar la sensibilidad y para poder diferenciar radiaciones fuertes y débiles. Una vez que la radiación ha impresionado la película la medida se realiza comparando los tonos negros con otras películas sometidas a diferentes radiaciones (patrón).
- Dosímetro de termoluminiscencia (TLD). En determinados cristales la radiación de rayos X o de rayos gamma motiva cambios microscópicos, que resultan en luz visible cuando se libera la energía de radiación absorbida al calentar el cristal. La dosis se calcula a partir de la cantidad de luz emitida.
- Los dosímetros digitales se sirven de sensores electrónicos y procesamiento de señales y muestra la dosis de radiación recibida en una pantalla, mayoritariamente en µSv. Estos dispositivos se pueden configurar de forma que si se alcanza un nivel determinado se emita una señal (por ejemplo acústica).

Ejemplos de instrumentos que nos
permiten medir radiactividad (contador Geiger) y dosis de radiaciones
ionizantes (dosímetros)

Para pronfundizar en los conceptos tratados en este tema, te proponemos que realices algunas de las siguientes actividades:
Este artículo está licenciado bajo Creative Commons Attribution-NonCommercial 2.5 License
Unidad Didáctica Integrada sobre Radiaciones Ionizantes y Protección Radiológica