II. QU� ES LA RADIACI�N

LA NATURALEZA est� en un continuo vaiv�n. Unos cambios son muy notables y hasta provocados por nosotros, como el quemar un trozo de madera, que no s�lo produce calor y posibles quemaduras, sino que transforma la materia en nuevas substancias, algunas vol�tiles como el bi�xido de carbono y otras s�lidas como las cenizas. Otros cambios son tan lentos que con nuestra reducida escala de tiempo tendemos a olvidar que suceden; por ejemplo, la erosi�n producida por el viento y el agua, o la evoluci�n de las especies vivas, o la formaci�n de las cordilleras y el movimiento de los continentes. Olvidamos tambi�n que la misma presencia de los elementos en la corteza terrestre tuvo que haberse originado por la uni�n de unos n�cleos con otros para formar m�s complicados, y que este proceso se debi� a reacciones nucleares en las que particip� directamente la radiaci�n. En la actualidad, en la corteza terrestre los n�cleos ya no se mueven, as� que no pueden acercarse unos a otros para fundirse; pero en el Sol, por ejemplo, el proceso est� muy activo. El hecho es que ese intercambio de energ�a y de materia que implica la radiaci�n ha desempe�ado un papel importante en la evoluci�n del universo.

La caracter�stica b�sica de la radiaci�n ionizante es que requiere de energ�a para producir la ionizaci�n, y esa energ�a debe estar concentrada en espacios muy peque�os para poder transmitirse a los electrones at�micos. Una vez ionizados los �tomos, pueden recombinarse o formar nuevos compuestos qu�micos, cuyo cambio puede ser permanente o de gran duraci�n.

Veamos como ejemplo una part�cula a emitida por un n�cleo de ₂₃₅U. Como sabemos, la part�cula a es muy peque�a (del tama�o de los n�cleos). Por otro lado, su energ�a es de 4.4 MeV, la cual alcanza para ionizar a muchos de los �tomos a que se acerca, en virtud de que su carga el�ctrica arranca a los electrones de su lugar. Por lo tanto, califica para llamarla radiaci�n ionizante. En la figura 6 se representa una part�cula a pasando cerca de �tomos y produciendo ionizaci�n.

Por otro lado, consideremos las ondas de transmisi�n de la radio o televisi�n. �stas contienen poca energ�a y est�n distribuidas en grandes espacios. No pueden ionizar la materia, sino cuando mucho provocar movimientos colectivos de los electrones del material, sin cambios permanentes. No califican como radiaci�n ionizante.

Figura 6. Esquema de la ionizaci�n que produce una part�cula a en un �tomo aislado y en un agregado de �tomos. La ionizaci�n es el efecto m�s importante que produce la radiaci�n.

Tanto las part�culas a como las b y los rayos g re�nen los requisitos. Sus energ�as, al provenir de los n�cleos, tambi�n son del orden de los MeV, suficiente para ionizar. Las b^-, al tener la misma carga que los electrones at�micos, los expulsan al pasar por el �tomo; y las b⁺, siendo de carga opuesta, los arrancan. Por su lado, los rayos g, aunque son ondas electromagn�ticas, pueden transmitir toda o parte de su energ�a a un electr�n.

Adem�s de las radiaciones tradicionales, a, b y g, hay muchas otras, naturales o artificiales. Podemos mencionar, parecidos a las part�culas a por tener gran masa y carga positiva, a los protones, a otros iones pesados y a los productos de fisi�n. Se puede producir artificialmente un haz de radiaci�n de protones en un acelerador de part�culas ionizando hidr�geno y aceler�ndolo hasta que alcance un voltaje de unos millones de volts. Estos protones son radiaci�n ionizante, y adem�s se pueden tener en mucho mayor cantidad que las part�culas a naturales. En un acelerador de alto voltaje como el mencionado es posible acelerar cualquier �tomo ionizado, as� que actualmente pueden hacerse experimentos con haces de fierro, de ars�nico, de nitr�geno, o cualquier otro elemento, y todos califican como radiaci�n ionizante. Finalmente, en este grupo podemos incluir a los productos de fisi�n, o sea, a los dos fragmentos grandes en que se rompe un n�cleo de uranio al fisionarse. Los dos productos salen despedidos con gran energ�a, as� que califican como los dem�s iones pesados, los protones y las part�culas a.

Los electrones energ�ticos califican al igual que las part�culas b. Son emitidos si uno pasa corriente el�ctrica por un filamento, y si luego se les aplica un alto voltaje, pueden adquirir la energ�a requerida. Se pueden producir en grandes cantidades en aceleradores. El brillo de la pantalla de televisi�n se debe a la ionizaci�n que produce el haz de electrones del cinescopio, los cuales evidentemente califican.

Los rayos X, que son ondas electromagn�ticas como los rayos g, tambi�n califican. Aunque su energ�a en general es menor que la de los rayos g, es suficiente para ionizar. Se producen al chocar un haz de electrones con un material pesado, pues ionizan las capas internas de los �tomos, que al recombinarse emiten rayos X. Tambi�n se producen rayos X al frenarse bruscamente una part�cula cargada veloz.

El espectro de ondas electromagn�ticas incluye, adem�s de los rayos X y g, a la luz ultravioleta y a la luz visible. Estas ondas contienen menos energ�a y est�n menos localizadas, as� que en general no se incluyen en la radiaci�n ionizante, aunque algunos de sus efectos pueden ser parecidos.

Los neutrones tambi�n son considerados como radiaci�n ionizante, aunque uno podr�a preguntarse c�mo se produce la ionizaci�n si el neutr�n sin carga no puede ni empujar ni jalar a los electrones para ionizar. El hecho es que los neutrones no pueden ionizar directamente a los �tomos, sino que su efecto es secundario, pues transmiten su energ�a a otros agentes que a su vez se encargan de ionizar. Por ejemplo, un neutr�n proveniente de una fisi�n �que puede tener energ�a de varios MeV� puede ser dispersado por cualquier n�cleo del material circundante, como en un choque de bolas de billar. En el choque el neutr�n le transfiere parte de su energ�a al n�cleo, que se vuelve a su vez un ion energ�tico y al viajar ioniza al material como los iones pesados que ya hemos mencionado. Otro fen�meno que puede suceder es que el neutr�n propicie una reacci�n nuclear, por ejemplo, de absorci�n de neutr�n y emisi�n de rayos g; los rayos g entonces son el agente que ioniza.

El neutrino (v) es otra part�cula que podemos clasificar como ionizante, aunque rar�sima vez lo hace, y siempre por efecto secundario. Esta part�cula, sin carga y sin masa, pr�cticamente no interacciona con nada. El efecto mediante el cual se comprob� su existencia fue la reacci�n, en la cual un antineutrino () choca con un prot�n para producir un neutr�n y un electr�n. Para poder escribir esta reacci�n sin error tuvimos que hacer alusi�n al antineutrino, cuya relaci�n con el neutrino es como la de una b⁺ con una b^-. Pero dejemos el estudio de la antimateria a otros lugares m�s apropiados. Este tipo de reacci�n es tan raro que se calcula que un cuerpo humano continuamente es atravesado por 10¹⁴ neutrinos cada segundo provenientes del Sol, sin que sufra ning�n efecto medible, Sin embargo, estrictamente tiene la facultad de ionizar.

Las dem�s part�culas elementales (m, p, K etc.) pueden ionizar directamente en tanto tengan carga, o indirectamente si son neutras. Por lo tanto, califican para nuestra definici�n, aunque poco nos referiremos a ellas.

En vista de la importancia que tiene la energ�a de las radiaciones por su capacidad para ionizar la materia, se elabor� el cuadro 3, en donde, com� ejemplo de las radiaciones m�s importantes, se mencionan algunas energ�as t�picas, indicando su procedencia. Para tener una perspectiva adecuada, consid�rese que la energ�a promedio para ionizar un �tomo de un gas es alrededor de 35 eV. Entonces la energ�a de la radiaci�n dividida entre 35 eV ser� el n�mero promedio de ionizaciones que se pueden producir por cada radiaci�n.

Vista la parte estrictamente t�cnica de la radiaci�n vale la pena ahora hacer menci�n de algunas cosas que la radiaci�n es y otras que no es, para tratar de aclarar algunas ideas preconcebidas que pueden existir y que entorpecen la posibilidad de usar cabalmente la tecnolog�a nuclear.

La radiaci�n no es misteriosa. Sus or�genes, sus leyes, sus efectos son perfectamente conocidos. Basta con consultar cualquier texto de f�sica nuclear, de f�sica moderna o de radioqu�mica para encontrar todos los detalles o las f�rmulas que se requieran. El hecho de que sea invisible a nuestros ojos no debe molestarnos: tambi�n lo son las ondas de radio o televisi�n, los microorganismos y el ox�geno que respiramos.

Cuadro 3. Ejemplo de radiaciones, sus energ�as y su capacidad de ionizar.

radiación	procedencia	energía	número promedio de ionizaciones en un gas
a	235 U	4.4 MeV = 4.4 X 106 eV	126,000
p	acelerador Van de Graaff del Instituto de Física, U.N.A.M.	700 KeV = 7 x105eV	20,000
p	acelerador Tandem del Centro Nuclear de Salazar	12 MeV = 1.2 x 107eV	343,000
p	Tevatrón de Fermilab	800 GeV = 8 x 1011eV	2.3 x 1010
75As+	implantador de iones	200 KeV = 2 x 105eV	5,700
90Sr	fusión de 235 U	80 MeV = 8 x 107eV	2.3 x 106
b-	90 Sr	546 KeV = 5.46 x 105eV	15,600
e	acelerador Van de Graaff del Instituto de Física, U.N.A.M.	1.5 MeV = 1.5 x 106eV	43,000
e	microscopio electrónico	200 KeV = 2 x105eV	5,700
g	60 Co	1.33 MeV = 1.33 x 106eV	38,000
X	línea K del Fe	6.4 KeV = 6,400 eV	183
X	aparato de radiografías	30 KeV = 30,000 eV	857
n	reacción nuclear 2H + 3H ® n + 4He	15 MeV = 1.5 x 107eV	430,000

La radiaci�n no es esot�rica ni m�gica; es perfectamente mundana. Cualquiera que lo desee la puede usar, aunque naturalmente es importante tener la capacitaci�n adecuada y el entendimiento de su naturaleza.

La radiaci�n s� es de cuidado. Puede causar da�os, al igual que cualquier otra aplicaci�n de la tecnolog�a. En este caso los da�os pueden ser quemaduras u otros cambios qu�micos en los tejidos y cambios gen�ticos. Existe un c�digo, elaborado en base a la experiencia acumulada, sobre el uso de las radiaciones, c�digo que recomienda diferentes niveles de dosis de radiaci�n que no deben rebasar los diversos sectores de la poblaci�n. Las precauciones que exige el uso de la radiaci�n no son distintas, en el fondo, de las que demandan otras tecnolog�as: evitar derrames, dise�ar protecciones adecuadas, capacitar al personal, tener monitores apropiados, seguir ciertas reglas de conducta.

La radiaci�n s� puede ser ben�fica si se usa correctamente. Han salvado incontables vidas las radiograf�as v otros m�todos de radiodiagn�stico. Tambi�n la radioterapia ha salvado o prolongado gran n�mero de vidas. Las m�ltiples aplicaciones no m�dicas de los radiois�topos, los aceleradores y los reactores han ayudado a avances tecnol�gicos de maneras insospechadas; y por otro lado, en la producci�n de energ�a el�ctrica por reactores nucleares son las radiaciones producidas por la fisi�n nuclear las que calientan el fluido que mueve las turbinas. En algunos pa�ses la energ�a nuclear predomina sobre las otras fuentes, por lo que es indiscutible beneficio para esos pa�ses.

Al final de nuestra descripci�n de qu� es y qu� no es radiaci�n ionizante se plantea la siguiente pregunta: �la radiaci�n es una onda o una part�cula? La respuesta es s�, ambas. Toda materia tiene dualidad onda-part�cula. A veces aparece m�s como onda, a veces m�s como part�cula. Tornemos como ejemplo las ondas electromagn�ticas. Las ondas de radio o televisi�n son de longitud de onda grande, y sus efectos se dejan sentir en objetos grandes, como antenas. Pero a medida que la longitud de onda disminuye (progresivamente en luz infrarroja, luz visible, rayos ultravioleta, rayos X y rayos g) sus efectos est�n m�s localizados y adquieren propiedades de part�culas. Los rayos g, v. gr., pueden chocar con electrones at�micos como si fueran peque�as pelotas.

Por otro lado, los electrones o los neutrones, que generalmente se visualizan como part�culas, manifiestan propiedades de ondas en ciertos experimentos. El fen�meno que se produce se llama difracci�n y consta de una reflexi�n preferente en ciertas direcciones, semejante a la que producen las ondas de luz al encontrar un enrejado fino. Cada longitud de onda se refleja en una direcci�n propia, descomponi�ndose en los colores del arcoiris.

La dualidad onda-part�cula es un fen�meno real y parte de la naturaleza. La f�sica moderna la describe con toda claridad. Que no extra�e entonces que a veces digamos que los neutrones y protones tienen longitud de onda, o que los rayos g rebotan como pelotas.