Radiaciones ionizantes y campos electromagnéticos de Dobler Formación

TEMA 22 TÉCNICO/A ESPECIALISTA EN RADIODIAGNÓSTICO SAS.

DOBLER FORMACIÓN/ AGER VENERIENSIS

Radiaciones ionizantes y campos electromagnéticos

TEMA 22: Radiaciones ionizantes. Formas de transmisión de la energía. Campos electromagnéticos. Ondas electromagnéticas. Radiación electromagnética. Espectro de la radiación electromagnética. Radiaciones de partículas. Intensidad y energía de la radiación. Ionización por radiación: radiaciones ionizantes. Fuentes de radiación

1. Generalidades de la radiación

La radiación, en general, se define como la emisión y propagación de energía, a través del vacío o de un medio material, en forma de onda electromagnética (Rx, Ry ... ), o bien en forma de partícula (a, n, p ... ).

La radiación posee una doble naturaleza, que es la que se enuncia:

1. Como onda: se expresa en la forma como se desplaza o propaga, siguiendo un movimiento de tipo ondulatorio, en una dirección o sentido. Debido a ello, su energía es directamente proporcional a su frecuencia de movimiento: E=h·v Fórmula a
2. Como partícula o corpúsculo: se alude a la manera energética que adquieren en su propagación. Esta puede ser de dos formas, a saber:
   • En forma de energía pura: lo hacen las radiaciones electromagnéticas, cuya unidad corpuscular está asociada a los paquetes energéticos con que se desplaza, denominados fotones. La cantidad de energía de cada fotón dependerá de la frecuencia de la onda.
   • En forma de energía con masa asociada al movimiento: lo hacen las radiaciones corpusculares, que son formas de energía particulada.

Ambas pueden relacionarse mediante esta fórmula:

E= m . C2 Fórmula b

Las radiaciones electromagnéticas (REM), poseen un equivalente másico, que es calculable (fórmula b), y las radiaciones corpusculares poseen a la vez masa y energía (energía de movimiento o cinética), por lo que se debe hablar de equivalente energético (fórmula b), para hallar su energía total.

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2. Clasificación de las radiaciones

2.1. Conceptos generales de radiación

Las radiaciones poseerán masa o no, y por ello pueden clasificarse en dos categorías.

1. Radiaciones electromagnéticas: son aquellas que no poseen ninguna masa, solo energía. Ej .: Rayos x
2. Radiaciones corpusculares: son formas de energía que se propagan asociadas a masa. Ej .: e (electrones)

Asimismo, las radiaciones pueden dividirse, atendiendo a la propiedad de ionización de la materia, cuando estas interaccionan con la misma, en dos tipos:

• Ionizantes: las que cumplen esta propiedad.
• No ionizantes: las que no la efectúan.

La ionización es la propiedad o la capacidad de introducir una carga neta dentro de un átomo neutral (o estable eléctricamente). En ella se dan fenómenos atómicos durante la absorción de energía, produciéndose saltos electrónicos, entre las distintas capas, hasta la salida definitiva de un electrón del átomo.

La división de las radiaciones por esta propiedad es la siguiente:

1. Radiaciones ionizantes: son aquellas capaces de introducir una carga neta en un átomo neutral, debido a la energía que poseen.

Estas, a su vez, se dividen en dos modalidades:

• Electromagnéticas: tales como los rayos X, los rayos y y la zona de ambigüedad de Radiación X con los rayos U-V.
• Corpusculares: son todas aquellas que posean masa y energía suficiente de ionización; es decir, todas las corpusculares, de las que destacamos las siguientes partículas: a, B, ₿+, neutrones, protones, etc.

1. Radiaciones no ionizantes: son aquellas que no poseen la suficiente energía para ionizar.

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Son fundamentalmente de tipo electromagnético, tales como la U-V, luz visible, I-R, microondas y radiofrecuencias.

2.2. Radiaciones electromagnéticas (REM)

Las REM son formas de propagación de energía a través del vacío o de un medio material, en formas de campos eléctricos y magnéticos perpendiculares y oscilantes entre sí. Poseen un espectro, que atiende a la cantidad de energía que poseen, y este se define como una tabla ordenada por longitudes de ondas (de menor a mayor), o bien por frecuencias (de mayor a menor) o bien por sus energías (de mayor a menor) de todas las radiaciones electromagnéticas existentes.

Este se puede describir como se ilustra a continuación:

2 6 pm 1 nm 380 nm 780 nm 1 mm 0'3 m Rayos y Rayos X U.V. Luz Visible I.R. Micro-ondas Radiofrecuencias * * * Zonas de ambigüedad Representación del espectro de radiaciones electromagnéticas, en relación con su longitud de onda (1)

De su naturaleza pueden surgir las siguientes fórmulas:

1. Por un lado, el hecho de que posean un movimiento ondulatorio da lugar a que su Energía siga la siguiente formula: E= h · v Fórmula 1

Esta energía se expresará a su vez en paquetes o cuantos energéticos, que son los denominados fotones.

De esta fórmula hay que saber cada uno de sus elementos, que son: E: Energía h: 6,62. 10 -34 J.s (cte de Plank) v: Frecuencia

1. La velocidad de cualquier cuerpo es igual al espacio dividido por el tiempo que tarda en recorrerlo, en el caso de las ondas electromagnéticas sería el siguiente:

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V=C (velocidad de la luz). 2 = espacio. v = tiempo (1/t).

Por ello podríamos decir:

C= yV Fórmula 2

1. relacionamos las fórmulas números 1 y 2 de forma tal que de la última tomemos el valor de despejado, obtendríamos la siguiente: E=h . º Y Fórmula 3

Pudiendo concluir con las siguientes aseveraciones:

• Al aumentar y Disminuye la energía de la REM y viceversa.
• Al aumentar v Aumenta la energía de la REM y viceversa.

1. Por su naturaleza dual de onda-corpúsculo podríamos agregar su significado de la siguiente manera resumida:
   • Naturaleza de onda: se expresa con la fórmula 1.
   • Naturaleza de corpúsculo: viene expresada mediante la fórmula de Planck (fórmula 1) y la de Einstein, en la que se interpreta que posee un equivalente másico: E = m · C2 Fórmula 4

Dicha forma corpuscular de la REM se denomina fotón. El fotón es la partícula fundamental de la que está compuesta la radiación electromagnética, y se manifiesta en la interacción de la radiación electromagnética con la materia.

Las REM poseen una serie de parámetros y propiedades, que pueden observarse al representar a estas en un eje de coordenadas tridimensional:

H E AE 2 € -> .- . x- Z Campo (E) eléctrico. EV I H . . - . Campo (H) magnético. H - Representación gráfica de las ondas o radiaciones electromagnéticas en el espacio

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Dichos parámetros y propiedades son los siguientes:

1. Perpendicularidad: ambos campos que la integran, E (eléctrico) y H (magnético), son oscilantes y perpendiculares, aunque en sentido lineal:

E H E H H E H E Relación existente entre el campo eléctrico y magnético de una REM

1. Velocidad: poseen todas siempre la misma, que es C, siendo esta la velocidad de la luz, cuyo valor es el siguiente: C=3.108 m/s
2. Energía: viene determinada por las fórmulas antes mencionadas y es directamente proporcional a la frecuencia.
3. Representación gráfica: se representan en un eje de coordenadas tridimensional (x, y, z). y los parámetros que estas ondas poseen son los siguientes:
   • Perpendicularidad de E y H.
   • La longitud de onda 2, que se expresa en metros (m).
   • La frecuencia v, se expresa en ciclos/s, s-1, o Hertzios (Hz).
4. Longitud de onda (2): es la distancia que separa dos puntos que se encuentran en identidad de fase. En las REM van desde 10 km en las radiofrecuencias hasta 10-6 nm en las radiaciones gammas.

2 - 2 Gráfico de medición de la longitud de onda de una REM

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1. La frecuencia (v): se define como el N.º de ciclos de esa REM por segundo. La frecuencia y la longitud de ondas son inversamente proporcionales: > _ < v; y viceversa
2. Intensidad (I): se define como el N.º de fotones del haz de radiación.
3. Amplitud (A): es aquel parámetro que, elevado al cuadrado, nos da la probabilidad de encontrar al fotón en ese punto.

Aplicaciones y efectos de las REM

Tipo de REM Aplicaciones y efectos de las REM

Radiofrecuencias

• Tienen efecto fototérmico.
• En general, se móviles se usan en las comunicaciones tales como TV, radio, teléfonos móviles y otras.
• En Medicina se emplea la ONDA CORTA, es una radiofrecuencia de alta frecuencia, cuyo efecto físico es aumentar la temperatura en los tejidos profundos (efecto térmico). Asimismo se utiliza en la RM para el precesado."

Microondas

• Tienen efecto fototérmico.
• En general se usan en Telecomunicaciones (Ej .: radar), en Gastronomía, en Medicina, etc.
• Su empleo en Medicina consiste esencialmente como medio terapéutico por su efecto térmico y trófico sobre los tejidos.

Radiación infrarroja

• Posee un efecto fototérmico superficial (no más de 3 cm de profundidad) sobre la zona de piel a tratar.
• Sus indicaciones sanitarias son las siguientes:
  • Termoterapia, fundamentalmente por su efecto trófico.
  • Fototerapia, como consecuencia de inactivar algunas sustancias tóxicas sobre la piel (Ej. Ictericia en los recién nacidos, destruye la molécula de bilirrubina).
  • En el diagnóstico se emplea la termografía infrarroja, para la determinación de procesos con alta o baja temperatura, y en otras cuestiones sanitarias, como en Medicina forense, para calcular la data de la muerte.

Luz visible

• El efecto principal es el fotolumínico, y se obtiene mediante corriente eléctrica.
• Se emplea con fines domésticos, sociales e industriales.
• Posee sobre los tejidos un efecto fotoquímico, mediante el cual los átomos pueden ser excitados químicamente.

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Radiación ultravioleta

• En general, se utilizan a nivel social, debido a sus efectos estéticos (bronceado), exclusivamente los UVA.
• En Medicina se emplea como un medio esterilizante sobre gérmenes, actuando por varios mecanismos, entre los que cabe destacar los siguientes:
  1. Alterando la estructura del ADN y de otras moléculas de las células. B) Por acción catalítica sobre estas reacciones:
     • Sobre la molécula de agua: H2 O+1/2 O2 +H2 O2; que a nivel celular destruye al germen.
     • Sobre la molécula de oxígeno: O2 +1/2 02 - O2; es el ozono, sustancia muy tóxica y reactiva (muy oxidante) que destruye al microorganismo.

Radiaciones Fotoionizantes: XyY

• En términos generales, posee aplicaciones sociales, esencialmente como medio de esterilización, tales como:
  • En la industria farmacéutica: de caguts, jeringuillas, agujas ...
  • En la industria alimentaria: en las carnes, especialmente en la de cerdo, para prevenir la triquinosis, y en otras para evitar cualquier fuente de contagio (envasadas y plastificadas).
• En el ocio y tiempo libre: se usa como medio de esterilización de aguas residuales de campings y similares. Se emplean de forma importante a nivel sanitario:
  • En el diagnóstico: la radiación X en Radiodiagnóstico y la radiación gamma en Medicina Nuclear (gammagrafía, gammacámara y RIA).
  • En el tratamiento: en Radioterapia, fundamentalmente en el tratamiento del cáncer.
  • En la investigación: en Medicina Nuclear, Inmunología, Oncología ...
  • En dosimetría.

Tabla sinóptica de aplicaciones y efectos de las radiaciones electromagnéticas

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