TRABAJO PREPARATORIOLABORATORIO 3.2TEMA: ATENUACIN DE LAS RADIACIONES ELECTROMAGNTICASNRC: 17981 ConsultarFuentes artificiales que producen radiacin ionizanteLa radiacin artificial es aquella producida por el hombre en diversas actividades: medicina, industria, minera, pruebas de armas nucleares, generacin de energa y accidentes nucleares, entre otras.Es importante destacar que los usos relacionados con la medicina, ampliamente beneficiosos, son los que constituyen casi la totalidad de la radiacin artificial.Las radiaciones ionizantes tienen muchas aplicaciones beneficiosas para el hombre en reas tan distintas como la medicina, la conservacin del medio ambiente, la industria, agroalimentacin, la erradicacin de plagas de insectos y la produccin de energa. Estas aplicaciones de las radiaciones ionizantes son descritas con ms detalle en otros temas de esta unidad didctica.Las fuentes artificiales de radiaciones ionizantes pueden ser controladas ms eficazmente que las fuentes naturales y de este control se encarga la proteccin radiolgica. Efectos en el ser humano de las radiaciones ionizantes Absorcin de radiacin y dao celular.

La absorcin de la radiacin por la materia viva es funcin tanto de la calidad y cantidad del haz de radiacin como de la estructura y composicin del tejido absorbente. Cabra distinguir varios casos en funcin del tipo de radiacin (partculas cargadas o , fotones o rayos X, neutrones), no obstante, todas ellas acaban depositando su energa en el medio, directa o indirectamente, mediante los dos procesos ya comentados: ionizacin y excitacin. Aunque la excitacin de tomos y molculas, en caso de que su energa supere la de los enlaces atmicos, puede causar cambios moleculares, el proceso de ionizacin resulta cualitativamente mucho ms importante, puesto que necesariamente produce cambios en los tomos, al menos de forma transitoria y, en consecuencia, puede provocar alteraciones en la estructura de las molculas a las que stos pertenezcan.

La importancia de la ionizacin inducida en los tejidos vivos por una radiacin, se cuantifica mediante un concepto de amplia utilizacin en radiobiologa: la transferencia lineal de energa (TLE, o LET en abreviatura inglesa) o la cantidad de energa cedida por unidad de recorrido de la radiacin en el tejido. La TLE depende del tipo de radiacin (masa, carga y energa de las partculas) as como del medio absorbente. En general, de forma simplificada, pero til, se suelen clasificar las radiaciones en dos categoras: de baja y de alta TLE; a la primera perteneceran los electrones (radiacin ) y la radiacin X o , mientras que la radiacin y los neutrones, se consideran de la segunda. A mayor TLE de una radiacin, mayor concentracin en la energa transferida al medio y mayor localizacin de las molculas modificadas por la ionizacin.

Si las molculas afectadas estn en una clula viva, la propia clula puede verse daada, bien directamente si la molcula resulta crtica para la funcin celular, o indirectamente al provocar cambios qumicos en las molculas adyacentes, como por ejemplo mediante la formacin de radicales libres. El dao celular es particularmente importante si la radiacin afecta a las molculas portadoras del cdigo gentico (cido desoxirribonucleico, ADN) o de la informacin para sintetizar las protenas (cido ribonucleico mensajero). Estos daos pueden llegar a impedir la supervivencia o reproduccin de las clulas, aunque frecuentemente sean reparados por stas. No obstante, si la reparacin no es perfecta, pueden resultar clulas viables pero modificadas.

La aparicin y proliferacin de clulas modificadas puede verse influenciada por un buen nmero de otras causas (agentes cancergenos o mutgenos) aparte de la radiacin, que pueden actuar antes o despus de la exposicin a la misma. Por ello, el peligro de la radiacin no es la produccin de mutaciones en s, sino que sta pueda inducir un nmero de stas superior al espontneo que se produce en todo ser vivo, provocando una situacin cuyas condiciones el organismo no sea capaz de superar.

Estudios de laboratorio, mediante la irradiacin celular in vitro, permiten afirmar que la cantidad de mutaciones es mayor cuanto mayor es la dosis de radiacin aplicada, no existiendo umbral de dosis por debajo del cual no puedan producirse mutaciones, observndose, para una misma dosis, una mayor cantidad de mutaciones cuanto mayor TLE posea la radiacin.

Efectos somticos agudos.

Si un nmero suficientemente grande de clulas de un mismo rgano o tejido mueren o resultan drsticamente modificadas, puede haber una prdida de la funcin del rgano, tanto ms seria cuanto mayor sea el nmero de clulas afectadas, constituyendo un dao somtico que se manifestar al poco tiempo de la irradiacin. Para que este tipo de daos se manifiesten, en general habrn de superarse unas dosis mnimas o "umbrales" para la manifestacin de efectos clnicos. A pesar de que los cambios celulares iniciales son aleatorios, el gran nmero de clulas que han de verse afectadas para que se inicie un efecto clnicamente observable, confieren a este tipo de daos un carcter determinista por encima de los umbrales de dosis correspondientes. Una vez superados estos umbrales, la probabilidad de que la radiacin produzca el dao en un individuo sano, crece con cierta rapidez hasta la unidad. Por supuesto, si la dosis es suficientemente grande, puede conducir a la muerte de la persona irradiada

No obstante, la reaccin despus de una irradiacin vara mucho entre las distintas partes del organismo, y depende tambin del tratamiento mdico que pueda suministrarse al paciente y de si la dosis se recibe de una sola vez o en varias etapas. En general, los rganos pueden reparar hasta cierto punto los daos provocados por la radiacin, de forma que una misma dosis suministrada de forma paulatina es mejor tolerada que si se recibe de forma instantnea.

Cnceres y daos hereditarios (efectos latentes).

El ser humano sufre muchos millones de ionizaciones en su masa de ADN cada da por causa de las fuentes naturales de radiacin. Sin embargo, el cncer no produce ms de una de cada cuatro muertes, y slo una pequea fraccin de stas es atribuible a la radiacin. Se puede afirmar, por tanto, que el proceso que conduce desde la creacin de un par inico en la molcula del ADN hasta la aparicin de un cncer es altamente improbable.

Por otra parte, alrededor del diez por ciento de los recin nacidos sufre algn tipo de defecto hereditario, desde ligeras afecciones, como el daltonismo, hasta graves incapacidades, como el sndrome de Down. Los efectos genticos pueden clasificarse en dos categoras: alteraciones en el nmero y la estructura de los cromosomas, y mutaciones de los genes. Las mutaciones genticas se clasifican, a su vez, en dominantes (que aparecen en los hijos de quienes las padecen) y recesivas (que slo aparecen cuando ambos progenitores poseen el mismo gen mutante).

A pesar de las numerosas investigaciones llevadas a cabo en las ltimas dcadas, la informacin relativa al cncer o a los defectos hereditarios inducidos por la radiacin a bajas dosis es todava escasamente significativa, siendo sta una cuestin todava abierta a la discusin cientfica (vase la Fig. 8). Para realizar estimaciones vlidas del riesgo, deben reunirse ciertas condiciones: en primer lugar, debe conocerse con exactitud la dosis de radiacin absorbida por todo el cuerpo o en los rganos de inters; la poblacin irradiada ha de ser observada durante dcadas a fin de que todos los tipos de dao tengan tiempo de aparecer; y, puesto que tambin se presentan naturalmente por mltiples causas, se deber disponer de una poblacin de referencia, pero que no haya sufrido la irradiacin, a fin de poder saber casos habran aparecido en ausencia de sta. Tales estudios incluyen a los supervivientes de las bombas atmicas de Hiroshima y Nagasaki, y a diversos grupos que sufrieron irradiaciones con fines mdicos.

Figura 8.- Relacin entre el incremento relativo del riesgo y la dosis. Un problema significativo de la proteccin radiolgica reside en saber con certidumbre suficiente qu relacin existe, para dosis bajas, entre el incremento relativo del riesgo, con respecto al natural, de contraer cncer que experimenta un individuo y la dosis por l recibida. En la grfica, sin tener valor cuantitativo, se incluyen las cinco hiptesis que han ido surgiendo a lo largo del tiempo y an se consideran en la actualidad.

El principal problema reside en que los grupos de poblacin de los estudios que han resultado concluyentes recibieron dosis de radiacin significativamente superiores a las habituales en el campo profesional, o en la vida cotidiana. Por ello, no queda ms alternativa que extrapolar los riesgos conocidos, producidos por dosis altas, al campo de las dosis reducidas. Prudentemente, los organismos internacionales expertos en el tema1 suponen la inexistencia de umbral para la aparicin de cnceres o de efectos hereditarios, y adems que existe un incremento lineal constante del riesgo con el aumento de las dosis recibidas.

Ley de la atenuacin ionizanteLos fotones son eliminados del haz mediante procesos individuales. Cuando un fotn de intensidad Io incide sobre un material de densidad y espesor x, la intensidad emergente sigue la ley de LambertLey de atenuacin exponencial:

Coeficiente de atenuacin lineal. Coeficiente de atenuacin msico. Grfica de la radiacin absorbida y el grosor del absorvedor

Coeficiente msico de la atenuacin de la radiacinCoeficiente de atenuacin msico: / [m2kg-1] / es idntico para agua y vapor de agua (diferente ) / es similar para aire y agua (diferente )Grfica coeficiente msico de atenuacin en funcin de la energa

2Disee un arreglo experimental que le permita investigar la dependencia de la atenuacin de la radiacin electromagntica con el espesor de la muestra del material. Idee un dispositivo que le permita variar con comodidad el espesor de los absorbentes y al mismo tiempo mantener constante la distancia fuente detector.El dispositivo cambiara el espesor del material de esta forma puede estar a una distancia constante pero la radiacin ya no afectara a la persona.3Hable sobre la ley de Beer-Lambert-Bouguer y sobre la absorcin de la radiacin en la atmsfera.Dentro de un fotmetro de optek, se utiliza un haz de luz enfocado de manera precisa para penetrar el elemento del procesado. Una clula fotoelctrica de silicio mide la intensidad resultante de luz. La alteracin de la intensidad de la luz, causada por la absorcin y/o difusin est explicada en la Ley Lambert-Beer.

La Ley Lambert Beer es un medio matemtico de expresar cmo la materia absorbe la luz. Esta ley afirma que la cantidad de luz que sale de una muestra es disminuida por tres fenmenos fsicos:1. La cantidad de material de absorcin en su trayectoria (concentracin)2. La distancia que la luz debe atravesar a travs de la muestra (distancia de la trayectoria ptica)3. La probabilidad de que el fotn de esa amplitud particular de onda sea absorbido por el material (absorbencia o coeficiente de extincin)Esta relacin puede ser expresada como:A = dc

Donde

A =Absorbencia

=Coeficiente molar de extincin

d =Distancia en cm

c =Concentracin molar

La ley de Beer-Lambert relaciona la intensidad de luz entrante en un medio con la intensidad saliente despus de que en dicho medio se produzca absorcin. La relacin entre ambas intensidades puede expresarse a travs de las siguientes relaciones:Para lquidos:

Para gases:

donde:, son lasintensidadessaliente y entrante respectivamente., es laabsorbancia, que puede calcularse tambin como:es la longitud atravesada por la luz en el medio,es laconcentracindel absorbente en el medio.es el coeficiente de absorcin,es el coeficiente de absorcin:es lalongitud de ondade la luz absorbida.es elcoeficiente de extincin.La ley explica que hay una relacin exponencial entre la transmisin de luz a travs de una sustancia y la concentracin de la sustancia, as como tambin entre la transmisin y la longitud del cuerpo que la luz atraviesa. Si conocemosy , la concentracin de la sustancia puede ser deducida a partir de la cantidad de luz transmitida.Las unidades decy dependen del modo en que se exprese la concentracin de la sustancia absorbente. Si la sustancia es lquida, se suele expresar como unafraccin molar. Las unidades de son la inversa de la longitud (por ejemplo cm-1). En el caso de los gases,cpuede ser expresada como densidad (la longitud al cubo, por ejemplo cm-3), en cuyo caso es unaseccin representativa de la absorciny tiene las unidades en longitud al cuadrado (cm2, por ejemplo). Si la concentracin decest expresada enmolesporvolumen, es la absorbencia molar normalmente dada en mol cm-2.El valor del coeficiente de absorcin vara segn los materiales absorbentes y con la longitud de onda para cada material en particular. Se suele determinar experimentalmente. La ley tiende a no ser vlida para concentraciones muy elevadas, especialmente si el materialdispersamucho la luz. La relacin de la ley entre concentracin y absorcin de luz est basada en el uso deespectroscopiapara identificar sustancias.Ley en la atmsferaEsta ley tambin se aplica para describir la atenuacin de la radiacin solar al pasar a travs de la atmsfera. En este caso hay dispersin de la radiacin adems de absorcin. La ley de Beer-Lambert para la atmsfera se suele expresar,donde cadaes un coeficiente de extincin cuyo subndice identifica la fuente de absorcin o dispersin:hace referencia aaerosolesdensos (que absorben y dispersan)son gases uniformemente mezclados (principalmentedixido de carbono() yoxgenomolecular () que slo absorbe)esdixido de nitrgeno, debido principalmente a la contaminacin (slo absorbe)es la absorcin producida por elvapor de aguaesozono(slo absorcin)es ladispersin de Rayleighpara eloxgenomolecular () ynitrgeno() (responsable del color azul del cielo).es lamasa de aire

4.Un colector solar ser una aplicacin de atenuacin de radiaciones explique en forma sencilla. S debido a que uncolector solar, es cualquier dispositivo diseado para recoger la energa radiada por el sol y convertirla en energa trmica. En este caso, interviene el material y la radiacin incidente del sol.

5 Preguntas Hable sobre las atenuaciones en las seales de comunicacionesLa energa de una seal decae con la distancia. La atenuacin es la perdida de la potencia de una seal. Por ello para que la seal llegue con la suficiente energa es necesario el uso de amplificadores o repetidores. La atenuacin se incrementa con la frecuencia, con la temperatura y con el tiempo.La atenuacin, en el caso del ejemplo anterior vendra, de este modo, expresada endecibeliospor la frmula siguiente:

Una onda plana que se propaga por un medio absorbente reduce su intensidad la mitad despus de recorrer 4m en el medio. Calcule cuanto se reducir la intensidad de la seal despus de recorrer 10m.