Fundamentos de la Física Nuclear y Radiaciones Ionizantes

Estructura Atómica

Núcleo

Parte central del átomo donde se encuentran los protones y neutrones. Los neutrones estabilizan a los protones dentro del núcleo. Si el átomo es inestable, se desintegra y libera energía.

Corteza

Formada por órbitas donde los electrones giran alrededor del núcleo. Cuanto más cerca del núcleo, más energía necesitan para cambiar de órbita. Los electrones no pierden energía girando, pero sí al cambiar de órbita.

Órbitas

El nivel energético de las capas es mayor cuanto más nos alejamos del núcleo. Si un electrón de una órbita interna es expulsado, el hueco se cubre rápidamente por otro electrón de una capa más externa o del exterior del átomo.

Energía de Enlace

Energía con la que un electrón está unido al núcleo.

Estado Fundamental

Electrón no pierde energía.

Estado Excitado

Se produce cuando un átomo recibe suficiente energía para que un electrón lo abandone.

Isótopos, Isóbaros e Isótonos

Isótopos

Átomos con el mismo número atómico pero distinto número másico.

Isóbaros

Poseen el mismo número de protones y neutrones, pero distinto estado de energía.

Isótonos

Distinto número de protones, neutrones y número másico.

Radiación

Energía liberada al espacio cuando un núcleo inestable se rompe.

Puede: Traspasar, absorber, emitir, rebotar e ionizar.

Tipos de Radiación

Corpusculares (partículas)

Poseen masa: alfa, beta, electrones, neutrones y protones.

Electromagnéticas (ondas)

Sin masa: rayos X, rayos gamma, ultravioleta.

Según su Función

Ionizantes

Producen ionizaciones. Tienen más energía que las demás.

Tipos: Corpusculares (alfa, beta negativo y positivo). Electromagnéticas (rayos X y gamma).

No Ionizantes

No producen ionizaciones. Menos energéticas.

Radiaciones Corpusculares

Poco penetrantes pero muy ionizantes.

Partículas Alfa

Emitidas por núcleos radioactivos de elementos pesados. Tienen baja capacidad de penetración.

Partículas Beta

Partículas ligeras. Emitidas por núcleos radioactivos. Existen: beta negativo (poco penetrante) y beta positivo (penetrante).

Clasificación de las Radiaciones (3 criterios)

Ionización de la Materia

Ionizante y no ionizante.

Origen

Cósmica, corteza terrestre, radiación del aire y origen humano.

Características

Corpusculares y electromagnéticas.

Aplicaciones de las Radiaciones

Diagnóstico por imagen, oncología, radioterapia, agroalimentación.

Aplicación Natural

Radiación cósmica, radiación de la corteza terrestre, radiación del aire.

Aplicación Artificial

Industria, medicina, energía nuclear y otras aplicaciones.

Radiaciones Electromagnéticas

No poseen masa pero portan energía. Se propagan en línea recta.

Longitud de Onda

Distancia entre dos puntos en una onda que están en la misma situación.

Radioactividad

Proceso por el cual un núcleo atómico inestable pierde energía mediante la emisión de radiación, debido a la desintegración de núcleos inestables.

Magnitudes Fundamentales en Radiología

Exposición

Magnitud que indica la cantidad de fotones necesarios para producir un número de ionizaciones en el aire.

Tasa de Exposición

Incremento de la exposición por unidad de tiempo.

Dosis Absorbida

Energía depositada sobre un material.

Tasa de Dosis Absorbida

Energía depositada en un punto por unidad de masa y unidad de tiempo.

Dosis Equivalente

Cantidad de dosis teniendo en cuenta el tipo de tejido o de radiación.

Dosis Efectiva

Cantidad de dosis teniendo en cuenta el tejido y la radiación.

Radioactividad

Emisión de radiación ionizante.

Radiometría

Cantidad de radiación.

• ICRU: Comisión Internacional de Unidades de Medida.
• Norma ALARA: Lo menos posible en radiación (1 norma).

Magnitudes Dosimetría Conversión Energía

Kerma

Energía cinética liberada por unidad de masa.

Cema

Energía convertida por unidad de masa. Energía que se transforma en otro tipo de energía.

Detectores y Dosimetros

Detectores

Miden la radiación en un momento puntual, no es acumulable.

Dosímetros

Miden la radiación y la acumulan.

Detectores de Ionización de Gas

Se basan en un dispositivo con un gas. Cuando la radiación choca con el gas, provoca la salida de un electrón de la capa más externa, que es conducido por un circuito externo al polo positivo, pasando por un contador de electrones. Cuanta más radiación incida, mayor será la corriente eléctrica o los electrones generados en el circuito externo.

Tipos de Productores de Iones

Cámara de Ionización

Son detectores de área. Miden rayos X y rayos gamma (solo radiaciones ionizantes electromagnéticas).

Contador de Proporcionalidad

Detectores ambientales de zona. Miden rayos X, rayos gamma y beta positivo.

Contador Geiger-Müller

Medicina nuclear. Miden rayos gamma y beta positivo.

Detectores Semiconductores

Se basan en la propiedad conductora de ciertos materiales para la medición de radiación. La radiación incidente provoca una corriente eléctrica medible.

Detectores de Centelleo

Basados en la emisión luminosa de ciertas sustancias (centelleadoras) cuando interactúan con la radiación. La radiación incidente excita la sustancia, que vuelve a un estado menos energético emitiendo un fotón con energía proporcional a la cedida por la radiación.

Teoría de Bandas

Dentro de un material existen tres bandas: electrones, prohibida y conducción. Los electrones de valencia buscan pasar a la banda de conducción, para lo cual necesitan energía para atravesar la banda prohibida. Los materiales aislantes tienen una banda prohibida muy grande, dificultando el paso de electrones. Los conductores necesitan poca energía, y los semiconductores, una energía intermedia.