VI. CUANTIFICACI�N DE LA RADIACI�N

SI UNO quiere poner en pr�ctica cualquier fen�meno f�sico, se necesita cuantificarlo. El caso de la radiaci�n no se escapa. Es evidente que no es lo mismo decir que de vez en cuando pas� un neutr�n por all� que aseverar que se necesita un muro de un metro de espesor de concreto para que la dosis recibida no rebase el m�ximo permitido. La informaci�n que dan los detectores debe usarse con n�meros y criterios adicionales que nos ayuden a calcular sus efectos. Cuantifiquemos, pues, la radiaci�n.

Pensemos en un detector cualquiera que nos da un pulso cada vez que pasa una radiaci�n. Como las radiaciones llegan aleatoriamente, contemos por un tiempo largo, por ejemplo, 10 000 segundos. Si en este lapso contamos, v. gr., 10 000 radiaciones, decimos que en promedio lleg� una radiaci�n por segundo. Esto se llama rapidez de conteo. La rapidez de conteo multiplicada por el tiempo de conteo da el n�mero total de radiaciones contadas. Esto ya es un dato valioso, pero falta todav�a informaci�n que nos permita evaluar con m�s exactitud el fen�meno. Por ejemplo, no sabemos de qu� direcci�n vino la radiaci�n, d�nde est� la fuente, de qu� tipo es, qu� energ�a tiene, si el detector cont� todas las radiaciones que llegaron o s�lo una parte, cu�nta ionizaci�n produce la radiaci�n o qu� efectos biol�gicos puede tener.

Comencemos por pensar en la geometr�a del haz de un acelerador, que podemos imaginar como el chorro de una manguera. Todas las part�culas viajan en la misma direcci�n y llevan la misma energ�a. Hay un colimador que define el �rea transversal del haz, como se muestra en la figura 40. Lo que nos determina la intensidad de flujo del haz es el n�mero de part�culas que atraviesan el �rea A en un segundo. Por ejemplo, en un acelerador t�pico l0¹² protones cruzan el �rea de 1 mm� por segundo. Ahora bien: sabemos que los protones tienen carga el�ctrica, as� que el haz constituye una corriente el�ctrica que se puede medir con un amper�metro convencional de corriente directa pero muy sensible, pues 10¹² protones/seg. equivalen a 0.16 x l0^-6 amperes, o 0.16 microamperes. N�tese que en los aceleradores, aunque la corriente el�ctrica sea peque�a, la cantidad de part�culas es grande. Si uno multiplica esta corriente de haz por el n�mero de segundos de exposici�n se obtiene el n�mero total de part�culas. Por ejemplo, si se irradia una hora (3 600 seg.) con un haz de 0.16 microamperes (10¹² protones/seg.), llegar� un total de 3 600 X 10¹² = 3.6 X 10¹⁵ protones al blanco.

Figura 40. Un haz de part�culas cargadas constituye una corriente el�ctrica que se mide con un amper�metro.

El lanzar proyectiles como en un acelerador nos permite dilucidar el tama�o del blanco al que le pegan, por ejemplo, un n�cleo. Imaginemos el siguiente experimento: una mesa con una moneda en el centro, y desde el d�cimo piso le lanzamos canicas. Desde tal alto perdemos el tino, as� que las canicas caen por casualidad en diferentes puntos de la mesa. Si la moneda es peque�a, ser� dif�cil pegarle, y decimos que la probabilidad de choque es baja. En cambio si ponemos un plato, podremos pegarle con m�s frecuencia. Es claro que cuanto m�s grande sea el blanco, le pegaremos m�s frecuentemente: la probabilidad ser� mayor. Esta t�cnica de averiguar tama�os seg�n la frecuencia de choques se usa para medir el tama�o del n�cleo. La probabilidad de choque se llama secci�n transversal.

Hay otra t�cnica para cuantificar el haz de part�culas de un acelerador, usando un calor�metro. Por ejemplo, si la energ�a del haz de protones que hemos mencionado es 1 MeV, cada prot�n le transmite al dispositivo receptor del haz una energ�a equivalente a 3.8 X l0^-14 calor�as; el haz de 10¹² protones por segundo calentar� al receptor en 0.038 calor�as, o 0.16 watt cada segundo. Por lo tanto, midiendo el calentamiento del receptor se conoce no s�lo el n�mero de part�culas que llegaron, sino tambi�n su energ�a promedio.

Desde luego, no todas las fuentes de radiaci�n producen un haz de part�culas como los aceleradores. Otra geometr�a com�n es la fuente puntual ( o casi puntual ) en que generalmente se encuentran los radiois�topos. En este caso la radiaci�n sale de un punto hacia todas direcciones, y la intensidad recibida por un objeto dado disminuye a medida que se aleja, como se ve en la figura 41. Disminuye con el cuadrado de la distancia; es decir, si la distancia se duplica, la intensidad recibida se divide entre 4. �sta es la misma ley que rige, por ejemplo, a la iluminaci�n de un objeto por un foco. Se debe s�lo a la geometr�a. Si adem�s hubiese absorci�n por parte del medio, la iluminaci�n disminuir�a a�n m�s.

Figura 41. Un objeto colocado a una distancia d de la fuente de radiaci�n recibe una dosis determinada, la cual se reduce a la cuarta parte si el objeto se aleja a una distancia 2d.

La intensidad de una fuente radiactiva se mide en desintegraciones por segundo. La unidad m�s empleada es el curie (Ci), que equivale a 3.7 x 10¹⁰ desintegraciones por segundo. Tambi�n se define el becquerel (Bq) como una desintegraci�n por segundo. Cuando uno compra una fuente radiactiva hay que especificar su intensidad en una de estas unidades.

Muchas veces est� uno interesado en los efectos que puede producir una fuente radiactiva, m�s que en el n�mero de emisiones. Por ejemplo, un curie de emisor rayos de g puede tener efectos muy distintos que un curie de emisor de part�culas b. Estos efectos son debidos principalmente a la ionizaci�n y excitaci�n del material absorbente, y en �ltimo caso a la energ�a que la radiaci�n deposita en �l. Por esa raz�n hay una serie de unidades de dosis absorbida, como el roentgen (R), que describen m�s fielmente lo que la radiaci�n puede hacerle a una substancia. Un roentgen es la cantidad de radiaci�n X o g que produce determinada ionizaci�n en un cm³ de aire. Corresponde a una absorci�n de 84 ergs de energ�a por un gramo de aire. Un erg corresponde a 2.39 X 10^-8 calor�as. El roentgen es casi equivalente al rad, que corresponde a la cantidad de radiaci�n que depositan 100 ergs de energ�a en un gramo de substancia. La otra unidad usual es el gray (Gy), que es igual a 100 rads.

La llamada dosis equivalente es una medida m�s precisa del posible da�o biol�gico. Toma en cuenta c�mo se distribuye la energ�a depositada. La unidad es el rem, que corresponde a un rad de rayos X, g, o electrones. Un mrem es un mil�simo de rem.

Ahora bien: estas unidades, aunque est�n bien definidas y se usan cotidianamente, no nos dicen nada si no tenemos puntos de comparaci�n. Con este objeto se elabor� el cuadro 8, que da ejemplos de cantidades de radiaci�n t�picas de diversas fuentes y distintos usos. Hay que recalcar que cada situaci�n de uso de radiaci�n es distinta, dependiendo de factores como tipo y energ�a de la radiaci�n, su concentraci�n, la geometr�a del dispositivo y muy especialmente el tipo de tejido que la puede recibir. Se investiga continuamente sobre c�mo utilizar la radiaci�n con el m�ximo de seguridad.

Cuadro 8. Cantidades de radiaci�n t�picas de diversas fuentes.

Radiactividad natural (promedio)	100	mrem/año
Radiografía de Tórax	20	mrem
Radiografía dental	1000	mrem
Vuelo trasatlántico	5	mrem
Preservación de papas por radiación	5000	rads
Destrucción de salmonelas	1,000,000	rads
Esterilización de insectos	50,000	rads
Dósis máxima permitida a personal que trabaja con radiación	5 ó 100	rem/año mrem/semana

Se pueden comprar medidores de radiaci�n que dan directamente la dosis en rem o en mrem. Sin embargo, se deben tener algunas precauciones. Uno de los problemas que puede surgir es que el detector no sea el apropiado para la radiaci�n que est� presente. En general los detectores son sensibles a rayos X y g, y a electrones o part�culas b. Si uno trata de medir neutrones, por ejemplo, no sirven, pues, como ya vimos, �stos requieren de t�cnicas especiales para ser detectados. Puede uno estar en un campo intenso de neutrones sin que el medidor lo indique si no es el adecuado. Otro error que puede suceder es que el tipo de radiaci�n, o su energ�a, sea tal que no alcance a penetrar la ventana del detector y �ste, por lo tanto, no cuente nada. Siempre se debe conocer la radiaci�n y usar el detector apropiado; adem�s, hay que recordar que cada uno tiene su propia eficiencia. Si cuenta toda la radiaci�n que pasa por �l, tiene 100% de eficiencia; si cuenta s�lo una de cada 100 que pasan, tiene 1% de eficiencia. La cantidad real de radiaci�n es el n�mero de cuentas dividido entre la eficiencia del detector.

Otro efecto que puede ser importante, especialmente en el c�lculo de blindajes, es la radiaci�n secundaria, la cual no proviene de la fuente principal, sino de otros materiales en los cuales se refleja (v�ase la Fig. 42). Las radiaciones secundarias pueden venir del aire, del techo o del blindaje mismo, y esto desvirt�a los valores obtenidos de c�lculos directos. Su cantidad depende tanto del tipo y energ�a de la radiaci�n, como de la forma y dimensiones del edificio.

Figura 42. Aunque el blindaje detiene la radiaci�n directa, otros materiales, como el techo, las paredes, el aire y el blindaje mismo, pueden producir radiaci�n secundaria.