Almudena Real Gallego
Doctora en Ciencias Biológicas
APLICACIONES DE LA
TECNOLOGÍA NUCLEAR
APLICACIONES DE LA
TECNOLOGÍA NUCLEAR
Todas aquellas tecnologías que hacen uso de radiaciones
nucleares (radiaciones ionizantes).
¿QUÉ ENTENDEMOS POR TECNOLOGÍA NUCLEAR?
ORIGEN DE LAS RADIACIONES NUCLEARESORIGEN DE LAS RADIACIONES NUCLEARES
Algunas sustancias poseen en su núcleo atómico una configuración inestable de protones y neutrones.
C-12 C-13
Los núcleos inestables tienden a estabilizarse emitiendo el exceso de energía (se transforman): Emiten RADIACIÓN
C-10 C-11C-9 C-14 C-15 C-16
Déficit de neutrones Exceso de neutrones
neutrón
protón
TIPOS DE RADIACIONES NUCLEARESTIPOS DE RADIACIONES NUCLEARES
Elementos pesados (U, Ra, Rn)2p+ + 2no
Energía electromagnética
Constituida fundamentalmente por e-
RADIACIONES RADIACIONES ELECTROMAGNELECTROMAGNÉÉTICASTICAS
LA RADIACILA RADIACIÓÓN IONIZANTE ES NATURALN IONIZANTE ES NATURAL
“La vida en la tierra se ha desarrollado en presencia de radiación. No es nada nuevo, inventado por el hombre, la radiación siempre ha estado aquí”
Eric J Hall. Profesor de la Universidad de Columbia. NY.
EH!!¿Cuál es el nivel de radiación
D.C?
Muy similar al de A.C
Pregunta al de atrás, es
griego
¿Qué son los rayos gamma y
beta?
Radiación y vida
Contribución de las diferentes fuentes de radiación natural, a la dosis media total anual recibida por la población mundial (UNSCEAR, 2008)
2,4
1,2
0,50,3 0,4
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
Dosis media
total anual
por causas
naturales
Radiactividad
natural en el
aire
Suelo y
edificios
Comidas y
bebidas
Rayos
Cósmicos
mSv
FUENTES NATURALES
DOSIS ANUALES DE RADIACIDOSIS ANUALES DE RADIACIÓÓN NATURALN NATURAL
0,417 0,400 0,008 0,007 0,0020
0,5
1
1,5
2
2,5
Dosis media
total anual
por causas
artificiales
Aplicaciones
médicas
Otras causas
(usos
industriales,
viajes en
avión, etc.)
Lluvias
radiactivas de
pruebas
nucleares y
Chernobyl
Energía
Nuclear
mSv
FUENTES ARTIFICIALES
Contribución de las diferentes fuentes de radiación artificial a la dosis media total anual recibida por la población mundial (UNSCEAR, 2008)
DOSIS ANUALES DE RADIACIDOSIS ANUALES DE RADIACIÓÓN ARTIFICIALN ARTIFICIAL
RIESGOS Y BENEFICIOS DE LA RADIACIRIESGOS Y BENEFICIOS DE LA RADIACIÓÓNN
Las radiaciones ionizantes aunque pueden producir efectos perjudiciales para la salud de las personas y el medio ambiente,
tienen muchas aplicaciones beneficiosas.
Para poder protegernos de manera
adecuada es importante conocer, tan en
detalle como sea posible, todos los
riesgos de la radiación ionizante.
Desde que se descubrieron los rayos X en
1895, se observó que éstos podían
producir efectos nocivos para la salud.
RELACIRELACIÓÓN ENTRE DOSIS Y EFECTOSN ENTRE DOSIS Y EFECTOS
Dosis (mSv) Causas y Efectos (valores típicos)
10.000
4.000
250
100
3,5
2,5
0,02
0,002
Muerte en días o semanas (100% casos)
Muerte en días o semanas (50% casos)
No produce efectos observables de tipo inmediato
No hay evidencia de efectos sanitarios en seres humanos
Dosis media anual por persona en España
Dosis media anual por persona en el mundo
Una radiografía de tórax
3 horas en avión. Dosis anual debida a la industria nuclear
Fuente: E. Gallego (Univ. Polit. Madrid)
IndustriaMedicina
Producción de energía
AgroalimentaciónConservación del patrimonio
Medio ambiente
CUALIDADES DE LA RADIACICUALIDADES DE LA RADIACIÓÓN IONIZANTEN IONIZANTE
Neutrón
� Fácil de detectar
� Cantidades mínimas detectables
� Aportan energía
� Estimulan radiaciones secundarias
� Atraviesan/penetran la materia
APLICACIONES INDUSTRIALESAPLICACIONES INDUSTRIALES
APLICACIONES INDUSTRIALESAPLICACIONES INDUSTRIALES
Trazadores
Prospección
Polimerización
Esterilización
Medidores
Ensayos no destructivos: radiografía
Los materiales atenúan o absorben parte de la energía de radiación (proporcional al espesor y densidad del material).
Más oscuro= menor espesor, densidad o “burbuja de gas”.
RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL
MEDIDORES:
Sondas de espesor: Papel, plástico, chapa, acero, etc.
Radiación beta (poco penetrante)
APLIC. INDUSTRIALES: APLIC. INDUSTRIALES: ENSAYOS NO DESTRUCTIVOSENSAYOS NO DESTRUCTIVOS
APLICACIONES INDUSTRIALES: APLICACIONES INDUSTRIALES: ESTERILIZACIESTERILIZACIÓÓNN
� ¿Por qué la radiación esteriliza?
� Ventajas frente a otras técnicas (calor, productos químicos)
• Jeringuillas, agujas, suturas, guantes, tubos y catéteres, batas, material y campos quirúrgicos
• Contenedores, placas, tubos, pipetas, filtros, botellas.
•Envoltorios, dosificadores, tubos y contenedores, talcos
SUMINISTROS MÉDICOS, BIOLÓGICOS Y FARMACEÚTICOS
PRODUCTOS FARMACEÚTICOS
• Colirios• Productos para quemaduras• Vitaminas• Agua
COSMÉTICOS Y PRODUCTOS SANITARIOS
• Cremas, mascarillas, maquillajes• Tetinas de bebés, toallitas
sanitarias, envases
Instalación
Recepción y control de material
Control del proceso
Celda del acelerador de electrones
Carga cinta transportadora
Descarga
Control de calidad
Certificación (dosis)
Llegada mercancía
Salida mercancía Almacén mercancía
Laboratorio dosimétrico (medida de dosis)
(Tarancón, Cuenca)
APLICACIONES INDUSTRIALES:APLICACIONES INDUSTRIALES: ESTERILIZACIESTERILIZACIÓÓNN
APLICACIONES APLICACIONES AGROALIMENTARIASAGROALIMENTARIAS
MEJORAR LA PRODUCCIMEJORAR LA PRODUCCIÓÓN DE ALIMENTON DE ALIMENTO
Tratamiento de los búfalos en Indonesia
Bloque multinutritivo: ganan 3 kg/semana, reduce de 35 a 10 Kg de pienso para ganar 1 kg de peso
� Mejora de la capacidad reproductora y el rendimiento ganadero.
PRODUCCIÓN PECUARIA
EUROPA: Cebada, trigo, arroz, mandarinas, albaricoques
1.500 variedades mejoradas:Algodón en Pakistán; Arroz en China (25 días de maduración y mayor cantidad de proteína); sorgo
� Mutaciones inducidas por radiación en semillas: variedades de cultivos de alto rendimiento y mejor adaptadas al medio
CULTIVOS
• SEGÚN LA FAO (Food and Agriculture Organization)
SE PIERDE EL 25% de los alimentos producidos
• SEGÚN LA OMS (Organización Mundial de la Salud)
Las enfermedades de origen alimentario están aumentando de forma alarmante (consumo de alimento en mal estado)
NO BASTA CON AUMENTAR LA PRODUCCINO BASTA CON AUMENTAR LA PRODUCCIÓÓN, HAY N, HAY QUE SABER CONSERVAR LOS ALIMENTOSQUE SABER CONSERVAR LOS ALIMENTOS
¿SE HACE NECESARIA LA IRRADIACIÓN DE ALIMENTOS?
El 70% de los 3,2 millones de defunciones de menores de 5 años se debe a enfermedades diarreicas trasmitidas por los alimentos
INTOXICACIONES DE ORIGEN ALIMENTARIOINTOXICACIONES DE ORIGEN ALIMENTARIO
Año País Alimento Bacteria Afectados
2000 España Salchichas E. coli 220
Japón Leche E. coli 15.000
Canadá Agua envasada S. aureus 2.000
1997 EE.UU. Hamburguesas E. coli 2.000
La salmonelosis es una de las enfermedades de transmisión alimentaria más comunes y ampliamente extendidas, y cada año provoca decenas de millones de casos en todo el mundo.
HISTORIA DE LA TECNOLOGHISTORIA DE LA TECNOLOGÍÍA DE A DE IRRADIACIIRRADIACIÓÓN DE ALIMENTOSN DE ALIMENTOS
1954- Primeros estudios de investigación.
1956- Se comienza en la URSS la irradiación de patatas y cebollas
1958- Europa Occidental abre las primeras plantas de irradiación
1980- Reunión del JECFI en Ginebra donde se concluye que “ la irradiación de alimentos con dosis <10 kGy no presenta ningún peligro toxicológico, ni son necesarias más pruebas”
1986- La FDA legaliza la irradiación
1988- La CE aprueba esta tecnología.
Logotipo de alimento irradiado
CONSERVACICONSERVACIÓÓN DE ALIMENTOS POR IRRADIACIN DE ALIMENTOS POR IRRADIACIÓÓNN
Dosis de 0,05-0,15 KGy
Fresas conservadas 15 díasFresas conservadas 15 días
Dosis de 1,5-3,0 KGy
� Especias: pimienta negra, azafrán
� Tisanas; manzanilla, poleo, tila, etc.
� Hierbas medicinales
Eliminan bacterias en:
Dosis de 1,0-7,0 KGy4 meses
ACEPTACIACEPTACIÓÓN DE LA IRRADIACIN DE LA IRRADIACIÓÓN DE ALIMENTOSN DE ALIMENTOS
Preguntas de los consumidores
Aunque se aplicara a los alimentos dosis 1.000 veces mayores que los 10 kGyautorizados, la radiactividad inducida sería 200.000 veces inferior al nivel de radiactividad natural existente en los alimentos.
� ¿Son radiactivos los alimentos irradiados?.
Respecto a otros métodos utilizados (congelación; calor) la irradiación de los alimentos no reduce el contenido vitamínico.
� ¿Son nutritivos?.
� ¿Pueden producir cáncer?.Los estudios de toxicidad y carcinogenicidad muestran que los alimentos irradiados con dosis inferiores a 10 kGy no tienen riesgo toxicológico.
APLICACIONES APLICACIONES MEDIOAMBIENTALESMEDIOAMBIENTALES
APLICACIONES MEDIOAMBIENTALESAPLICACIONES MEDIOAMBIENTALES
Contaminación del medio ambiente.
Erradicación de plagas de insectos.
Aplicaciones hidrológicas (recursos hídricos)
Conservación del patrimonio histórico.
Datación de restos arqueológicos.
PLAGAS DE INSECTOSPLAGAS DE INSECTOS
Los insectos hacen que se pierda el 10% de la cosecha total. Equivale a perder la producción de todo un país como EE.UU.
Métodos tradicionales (pesticidas insecticidas): Problemas para el medio ambiente y para la salud. Los insectos desarrollan resistencia
NECESIDAD DE NUEVAS ESTRATEGIAS
ERRADICACIÓN DE PLAGAS DE INSECTOS:
¿En que consiste la técnica?
TTÉÉCNICA DE INSECTOS ESTCNICA DE INSECTOS ESTÉÉRILES (TIE)RILES (TIE)
Campos de aplicación de la TIE.
¡¡Chicas, sóloun apareamiento estasemana, que a este
ritmo pronto estaremosextinguidas !!
Características únicas de la TIE.
� Más eficaz a menor densidad de la plaga.
� Sólo afecta al insecto de la plaga.
� Compatible con otros métodos.
ERRADICACIÓN DE PLAGAS DE INSECTOS:
APLICACIAPLICACIÓÓN DE LA TIEN DE LA TIE
Gusano barrenador del Nuevo Mundo.
Mosca mediterránea de la fruta.
Mosca tsé-tsé: enfermedad del sueño en humanos y tripanosomiasis en animales.
Afecta a 3 millones de animales y ½ millón de personas al año, produciendo pérdidas de 4.000 millones de €
- Afecta a 300-500 millones de personas al año.
- Mueren 2 millones de personas al año.
Mosquitos de la malaria.
APLICACIONES HIDROLAPLICACIONES HIDROLÓÓGICASGICAS
Información que pueden aportar los isótopos:
Origen, edad, distribución, calidad, conexión entre acuíferos, dinámica de lagos y embalses, filtración de las represas, etc
Isótopos Naturales:Hidrógeno (Tritio)y Carbono (C-14).
Isótopos Artificiales:I-131.
Ciclo del agua:
CONSERVACICONSERVACIÓÓN DEL PATRIMONIO HISTN DEL PATRIMONIO HISTÓÓRICORICO
Libros y documentos de archivos.
Esculturas.
- Eliminar insectos xilófagos y hongos.
- Consolidar piezas (monómeros + radiación).
Obras pictóricas: Detectar falsificaciones.
Instrumentos musicales.
- Reparaciones, alteraciones o falsificaciones.
- Daño interno por insectos.
- Alteraciones en su composición estructural.
Neutrones: Conocer el origen de una pieza.
CONSERVACICONSERVACIÓÓN DEL PATRIMONIO HISTN DEL PATRIMONIO HISTÓÓRICORICO
APLICACIONES EN APLICACIONES EN INVESTINVESTIGACIIGACIÓÓN BIOMN BIOMÉÉDICA Y DICA Y
EN MEDICINAEN MEDICINA
� Investigación Biómédica- Técnicas in vitro- Técnicas in vivo
APLICACIAPLICACIÓÓN EN INVESTIGACIN EN INVESTIGACIÓÓN N BIOMBIOMÉÉDICA Y MEDICINADICA Y MEDICINA
� Medicina- Diagnóstico - Terapia
Técnicas “in vitro” Técnicas “in vivo”
Marcaje de macromoléculas en un tubo de ensayo
Administrar una sustancia radiactiva “trazador” a un organismo vivo
TTÉÉCNICAS RADIOISOTCNICAS RADIOISOTÓÓPICAS EN BIOMEDICINAPICAS EN BIOMEDICINA
Fuente: MªT. Macias (CSIC. Madrid)
Cultivos celulares Animales de experimentación
TTÉÉCNICAS CNICAS ““in vivoin vivo””
Fuente: MªT. Macias (CSIC. Madrid)
• Fosforilación de proteínas con 32P
• Valoración de síntesis de proteínas con 35S-Metionina
• Estudios de proliferación celular con 3H-Timidina
• Ensayos de citotoxicidad con 51Cr
MARCAJE RADIACTIVO DE CULTIVOS CELULARESMARCAJE RADIACTIVO DE CULTIVOS CELULARES
Fuente: MªT. Macias (CSIC. Madrid)
APLICACIONES MAPLICACIONES MÉÉDICASDICAS
� Diagnóstico: detectar enfermedades
� Terapia: tratamiento de enfermedades
Exploración con Tc-99m.(periodo semidesintegración 6h)
El periodo de semidesintegración o de transformación es el tiempo en el que se transformará la mitad de los núcleos inestables.
Periodo de semidesintegración
Es característico de cada sustancia
PERIODO DE SEMIDESINTEGRACIPERIODO DE SEMIDESINTEGRACIÓÓNN
Administración de un isótopo radiactivo para detectar una enfermedad.
MEDICINA NUCLEAR
APLICACIONES MAPLICACIONES MÉÉDICASDICAS: DIAGN: DIAGNÓÓSTICOSTICO
Obtención de imágenes mediante un equipo de rayos X.
RADIODIAGNOSTICO
CáncerSistema endocrinoSistema cardio-vascularHuesos y articulacionesAparato respiratorioSistema nervioso
Ga-67 F-18
APLICACIONES MAPLICACIONES MÉÉDICASDICAS: TERAPIA: TERAPIA
Administración de un isótopo radiactivo para destruir células malignas.
MEDICINA NUCLEAR
- Teleterapia, utiliza la radiación procedente de un equipo generador situado a cierta distancia de la zona a irradiar (tele: lejos).
RADIOTERAPIA
- Braquiterapia: Utiliza fuentes cerradas de material radiactivo que se colocan en contacto con el tumor o se introducen en el mismo (braqui: corto, próximo).