II. QUÉ ES LA RADIACIÓN

LA NATURALEZA está en un continuo vaivén. Unos cambios son muy notables y hasta provocados por nosotros, como el quemar un trozo de madera, que no sólo produce calor y posibles quemaduras, sino que transforma la materia en nuevas substancias, algunas volátiles como el bióxido de carbono y otras sólidas como las cenizas. Otros cambios son tan lentos que con nuestra reducida escala de tiempo tendemos a olvidar que suceden; por ejemplo, la erosión producida por el viento y el agua, o la evolución de las especies vivas, o la formación de las cordilleras y el movimiento de los continentes. Olvidamos también que la misma presencia de los elementos en la corteza terrestre tuvo que haberse originado por la unión de unos núcleos con otros para formar más complicados, y que este proceso se debió a reacciones nucleares en las que participó directamente la radiación. En la actualidad, en la corteza terrestre los núcleos ya no se mueven, así que no pueden acercarse unos a otros para fundirse; pero en el Sol, por ejemplo, el proceso está muy activo. El hecho es que ese intercambio de energía y de materia que implica la radiación ha desempeñado un papel importante en la evolución del universo.

La característica básica de la radiación ionizante es que requiere de energía para producir la ionización, y esa energía debe estar concentrada en espacios muy pequeños para poder transmitirse a los electrones atómicos. Una vez ionizados los átomos, pueden recombinarse o formar nuevos compuestos químicos, cuyo cambio puede ser permanente o de gran duración.

Veamos como ejemplo una partícula a emitida por un núcleo de ₂₃₅U. Como sabemos, la partícula a es muy pequeña (del tamaño de los núcleos). Por otro lado, su energía es de 4.4 MeV, la cual alcanza para ionizar a muchos de los átomos a que se acerca, en virtud de que su carga eléctrica arranca a los electrones de su lugar. Por lo tanto, califica para llamarla radiación ionizante. En la figura 6 se representa una partícula a pasando cerca de átomos y produciendo ionización.

Por otro lado, consideremos las ondas de transmisión de la radio o televisión. Éstas contienen poca energía y están 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 radiación ionizante.

Figura 6. Esquema de la ionización que produce una partícula a en un átomo aislado y en un agregado de átomos. La ionización es el efecto más importante que produce la radiación.

Tanto las partículas a como las b y los rayos g reúnen los requisitos. Sus energías, al provenir de los núcleos, también son del orden de los MeV, suficiente para ionizar. Las b^-, al tener la misma carga que los electrones atómicos, los expulsan al pasar por el átomo; y las b⁺, siendo de carga opuesta, los arrancan. Por su lado, los rayos g, aunque son ondas electromagnéticas, pueden transmitir toda o parte de su energía a un electrón.

Además de las radiaciones tradicionales, a, b y g, hay muchas otras, naturales o artificiales. Podemos mencionar, parecidos a las partículas a por tener gran masa y carga positiva, a los protones, a otros iones pesados y a los productos de fisión. Se puede producir artificialmente un haz de radiación de protones en un acelerador de partículas ionizando hidrógeno y acelerándolo hasta que alcance un voltaje de unos millones de volts. Estos protones son radiación ionizante, y además se pueden tener en mucho mayor cantidad que las partículas a naturales. En un acelerador de alto voltaje como el mencionado es posible acelerar cualquier átomo ionizado, así que actualmente pueden hacerse experimentos con haces de fierro, de arsénico, de nitrógeno, o cualquier otro elemento, y todos califican como radiación ionizante. Finalmente, en este grupo podemos incluir a los productos de fisión, o sea, a los dos fragmentos grandes en que se rompe un núcleo de uranio al fisionarse. Los dos productos salen despedidos con gran energía, así que califican como los demás iones pesados, los protones y las partículas a.

Los electrones energéticos califican al igual que las partículas b. Son emitidos si uno pasa corriente eléctrica por un filamento, y si luego se les aplica un alto voltaje, pueden adquirir la energía requerida. Se pueden producir en grandes cantidades en aceleradores. El brillo de la pantalla de televisión se debe a la ionización que produce el haz de electrones del cinescopio, los cuales evidentemente califican.

Los rayos X, que son ondas electromagnéticas como los rayos g, también califican. Aunque su energía 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 átomos, que al recombinarse emiten rayos X. También se producen rayos X al frenarse bruscamente una partícula cargada veloz.

El espectro de ondas electromagnéticas incluye, además de los rayos X y g, a la luz ultravioleta y a la luz visible. Estas ondas contienen menos energía y están menos localizadas, así que en general no se incluyen en la radiación ionizante, aunque algunos de sus efectos pueden ser parecidos.

Los neutrones también son considerados como radiación ionizante, aunque uno podría preguntarse cómo se produce la ionización si el neutrón 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 átomos, sino que su efecto es secundario, pues transmiten su energía a otros agentes que a su vez se encargan de ionizar. Por ejemplo, un neutrón proveniente de una fisión ñque puede tener energía de varios MeVñ puede ser dispersado por cualquier núcleo del material circundante, como en un choque de bolas de billar. En el choque el neutrón le transfiere parte de su energía al núcleo, que se vuelve a su vez un ion energético y al viajar ioniza al material como los iones pesados que ya hemos mencionado. Otro fenómeno que puede suceder es que el neutrón propicie una reacción nuclear, por ejemplo, de absorción de neutrón y emisión de rayos g; los rayos g entonces son el agente que ioniza.

El neutrino (v) es otra partícula que podemos clasificar como ionizante, aunque rarísima vez lo hace, y siempre por efecto secundario. Esta partícula, sin carga y sin masa, prácticamente no interacciona con nada. El efecto mediante el cual se comprobó su existencia fue la reacción, en la cual un antineutrino () choca con un protón para producir un neutrón y un electrón. Para poder escribir esta reacción sin error tuvimos que hacer alusión al antineutrino, cuya relación con el neutrino es como la de una b⁺ con una b^-. Pero dejemos el estudio de la antimateria a otros lugares más apropiados. Este tipo de reacción es tan raro que se calcula que un cuerpo humano continuamente es atravesado por 10¹⁴ neutrinos cada segundo provenientes del Sol, sin que sufra ningún efecto medible, Sin embargo, estrictamente tiene la facultad de ionizar.

Las demás partículas elementales (m, p, K etc.) pueden ionizar directamente en tanto tengan carga, o indirectamente si son neutras. Por lo tanto, califican para nuestra definición, aunque poco nos referiremos a ellas.

En vista de la importancia que tiene la energía de las radiaciones por su capacidad para ionizar la materia, se elaboró el cuadro 3, en donde, comó ejemplo de las radiaciones más importantes, se mencionan algunas energías típicas, indicando su procedencia. Para tener una perspectiva adecuada, considérese que la energía promedio para ionizar un átomo de un gas es alrededor de 35 eV. Entonces la energía de la radiación dividida entre 35 eV será el número promedio de ionizaciones que se pueden producir por cada radiación.

Vista la parte estrictamente técnica de la radiación vale la pena ahora hacer mención de algunas cosas que la radiación 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 tecnología nuclear.

La radiación no es misteriosa. Sus orígenes, sus leyes, sus efectos son perfectamente conocidos. Basta con consultar cualquier texto de física nuclear, de física moderna o de radioquímica para encontrar todos los detalles o las fórmulas que se requieran. El hecho de que sea invisible a nuestros ojos no debe molestarnos: también lo son las ondas de radio o televisión, los microorganismos y el oxígeno que respiramos.

Cuadro 3. Ejemplo de radiaciones, sus energías 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 radiación no es esotérica ni mágica; es perfectamente mundana. Cualquiera que lo desee la puede usar, aunque naturalmente es importante tener la capacitación adecuada y el entendimiento de su naturaleza.

La radiación sí es de cuidado. Puede causar daños, al igual que cualquier otra aplicación de la tecnología. En este caso los daños pueden ser quemaduras u otros cambios químicos en los tejidos y cambios genéticos. Existe un código, elaborado en base a la experiencia acumulada, sobre el uso de las radiaciones, código que recomienda diferentes niveles de dosis de radiación que no deben rebasar los diversos sectores de la población. Las precauciones que exige el uso de la radiación no son distintas, en el fondo, de las que demandan otras tecnologías: evitar derrames, diseñar protecciones adecuadas, capacitar al personal, tener monitores apropiados, seguir ciertas reglas de conducta.

La radiación sí puede ser benéfica si se usa correctamente. Han salvado incontables vidas las radiografías v otros métodos de radiodiagnóstico. También la radioterapia ha salvado o prolongado gran número de vidas. Las múltiples aplicaciones no médicas de los radioisótopos, los aceleradores y los reactores han ayudado a avances tecnológicos de maneras insospechadas; y por otro lado, en la producción de energía eléctrica por reactores nucleares son las radiaciones producidas por la fisión nuclear las que calientan el fluido que mueve las turbinas. En algunos países la energía nuclear predomina sobre las otras fuentes, por lo que es indiscutible beneficio para esos países.

Al final de nuestra descripción de qué es y qué no es radiación ionizante se plantea la siguiente pregunta: ¿la radiación es una onda o una partícula? La respuesta es sí, ambas. Toda materia tiene dualidad onda-partícula. A veces aparece más como onda, a veces más como partícula. Tornemos como ejemplo las ondas electromagnéticas. Las ondas de radio o televisión 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 están más localizados y adquieren propiedades de partículas. Los rayos g, v. gr., pueden chocar con electrones atómicos como si fueran pequeñas pelotas.

Por otro lado, los electrones o los neutrones, que generalmente se visualizan como partículas, manifiestan propiedades de ondas en ciertos experimentos. El fenómeno que se produce se llama difracción y consta de una reflexión 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 dirección propia, descomponiéndose en los colores del arcoiris.

La dualidad onda-partícula es un fenómeno real y parte de la naturaleza. La física moderna la describe con toda claridad. Que no extrañe entonces que a veces digamos que los neutrones y protones tienen longitud de onda, o que los rayos g rebotan como pelotas.