La radiación ionizante es un tipo de energía liberada por los átomos en forma de ondas electromagnéticas (como los rayos gamma o rayos X) o partículas (como las partículas alfa y beta o neutrones). Esta energía se produce por la desintegración espontánea de átomos, un proceso denominado radiactividad. Los elementos inestables que se desintegran y emiten radiación ionizante se conocen como radionúclidos.
Cada radionúclido se caracteriza por su semivida y por el tipo y energía de la radiación que emite. La actividad de los radionúclidos, que mide su cantidad, se expresa en una unidad llamada becquerel (Bq), donde un becquerel corresponde a una desintegración por segundo. La semivida es el tiempo necesario para que la actividad de un radionúclido disminuya a la mitad de su valor inicial debido a su desintegración, pudiendo variar desde una fracción de segundo hasta miles de millones de años.
¿Qué es la Radiación Ionizante?
Para entender la radiación ionizante, es útil describir el átomo, que es el bloque básico de todos los elementos. Un átomo consiste en un núcleo, formado por protones y neutrones, y muchos electrones más pequeños que giran alrededor del núcleo. El número de protones en el núcleo determina la identidad del elemento, mientras que la variación en el número de neutrones crea isótopos del mismo elemento.
Un átomo es estable o inestable (radiactivo) según la proporción de neutrones a protones en su núcleo. Si esta proporción es desequilibrada, el núcleo es inestable y el átomo es radiactivo. Los átomos pueden hacerse radiactivos de forma natural (como el potasio-40 y el uranio-238) o por actividad humana (como en reactores nucleares o aceleradores que bombardean átomos estables para hacerlos radiactivos).
Debido a su inestabilidad, un átomo radiactivo se transforma en otro elemento al cambiar el número de protones en el núcleo, emitiendo radiación en el proceso. Este proceso se llama ionización, que implica el desplazamiento de electrones de las moléculas con las que interactúa la radiación, como el agua, las proteínas y los ácidos nucleicos. La radiación ionizante no se puede sentir, por lo que se requieren instrumentos especiales para detectarla y medirla.
Tipos Principales de Radiación Ionizante
Los tres tipos principales de radiación ionizante son:
- Radiación alfa (o partículas alfa): Consiste en dos protones y dos neutrones, idéntica a un átomo de helio sin electrones. Son partículas grandes y con fuerte carga positiva, lo que les confiere un alto poder de ionización. Si provienen de un material radiactivo fuera del cuerpo, pierden su energía antes de atravesar la capa externa de la piel. Sin embargo, si se incorporan al cuerpo (por inhalación o ingestión), pueden depositarse en tejidos como los huesos, causando un daño significativo.
- Radiación beta (o partículas beta): Son electrones de alta energía emitidos por algunos materiales radiactivos. Son mucho más ligeras y penetrantes que las partículas alfa. Algunas, como el tritio, tienen muy poca energía y no pueden atravesar la piel, mientras que la mayoría tienen suficiente energía para irradiar el tejido debajo de la capa externa de la piel. Al igual que las alfa, si un radionúclido que emite radiación beta entra en el cuerpo, la exposición interna puede ser relevante.
- Radiación gamma (o rayos gamma): A diferencia de las partículas alfa y beta, la radiación gamma no es una partícula, sino un rayo, un tipo de radiación electromagnética de alta energía similar a los rayos X, pero más energética. No poseen carga ni masa, lo que les permite viajar distancias muy largas a través del aire, tejidos corporales y otros materiales. Una fuente de rayos gamma puede estar relativamente lejos y aun así causar exposición.
Fuentes de Exposición a la Radiación Ionizante
Las personas están expuestas a diario a la radiación tanto de origen natural como procedente de aparatos creados por el ser humano.
Fuentes Naturales
La radiación natural es omnipresente y proviene de diversas fuentes:
- Materiales radiactivos terrestres: Más de 60 materiales radiactivos naturales están presentes en el suelo, el agua y el aire. El radón es un gas natural que emana de las rocas y la tierra, y es la principal fuente de radiación natural de fondo, contribuyendo con aproximadamente 2 mSv por año en los hogares.
- Radiación cósmica: Proviene del espacio y las estrellas, y su intensidad aumenta con la altitud. Un viaje de ida y vuelta en avión de costa a costa es equivalente a aproximadamente 0,03 mSv debido a esta exposición.
- Radionúclidos internos: Diariamente inhalamos e ingerimos radionúclidos presentes en el aire, los alimentos y el agua. El potasio-40, naturalmente presente en el cuerpo, tiene una semivida de 13 mil millones de años y experimenta aproximadamente 266.000 transformaciones radiactivas por minuto en el cuerpo.
Por término medio, el 80% de la dosis anual de radiación de fondo que recibe una persona procede de fuentes de radiación naturales, terrestres y cósmicas, con niveles que varían geográficamente debido a diferencias geológicas. En algunos lugares, la exposición puede ser más de 200 veces mayor que la media mundial.
Fuentes Artificiales
Además de la radiación natural, la humanidad está expuesta a fuentes artificiales, que van desde las centrales nucleares hasta aparatos médicos. Actualmente, las fuentes artificiales más comunes de radiación ionizante son los aparatos médicos, como los que se usan para hacer radiografías y tomografías computarizadas. También tienen aplicaciones en la industria, la agricultura y la investigación.
Tipos de Exposición en Personas
La exposición de las personas a las radiaciones ionizantes puede clasificarse según el vínculo entre la persona y la fuente:
- Exposición Ocupacional: Se refiere a las personas que, debido a su actividad laboral, deben interactuar con fuentes de radiación (por ejemplo, trabajadores de centrales nucleares, personal médico).
- Exposición Pública: Ocurre cuando miembros de la población están expuestos a radiaciones debido a la cercanía circunstancial o permanente a fuentes de radiación o por estar involucrados en procesos de transferencia ambiental de radionúclidos.
- Exposición Médica: Los pacientes son deliberadamente expuestos a radiaciones en procedimientos médicos de diagnóstico o tratamiento.
Adicionalmente, la exposición puede ser interna (cuando un radionúclido es inhalado, ingerido o entra al torrente sanguíneo) o externa (cuando el material radiactivo se deposita sobre la piel o la ropa, o por irradiación de una fuente externa como una radiografía).
El uso médico de la radiación es la mayor contribución artificial, representando el 98% de la dosis poblacional con origen en fuentes artificiales y el 20% de la exposición total de la población. Cada año se realizan en el mundo más de 4200 millones de pruebas diagnósticas radiológicas, 40 millones de pruebas de medicina nuclear y 8,5 millones de tratamientos con radioterapia.
Las situaciones de exposición a la radiación ionizante también se clasifican en tres categorías para su gestión:
- Exposición Planificada: Se produce cuando se usan deliberadamente fuentes de radiación con fines concretos (ej. usos médicos, industriales, de investigación).
- Exposición Existente: Se refiere a una exposición a la radiación que ya existe y que se puede intentar controlar (ej. radón en el hogar, radiación natural de fondo).
- Exposición de Emergencia: Surge ante un acontecimiento inesperado que requiere actuar con rapidez (ej. accidente nuclear).
Medición de la Radiación y sus Efectos
El daño que causa la radiación en los órganos y tejidos depende de la dosis recibida (o dosis absorbida), el tipo de radiación y la sensibilidad de cada órgano y tejido.
- La dosis absorbida se expresa en una unidad llamada gray (Gy).
- Para medir la radiación ionizante en términos de su potencial para causar daños biológicos, se utiliza la dosis efectiva, cuya unidad es el sievert (Sv), o más comúnmente, el milisievert (mSv) o microsievert (μSv). El sievert toma en consideración el tipo de radiación y la vulnerabilidad de los órganos y tejidos.
- La tasa de dosis mide la velocidad con que se recibe la radiación y se mide en microsievert por hora (μSv/hora) o milisievert al año (mSv/año).
La persona promedio en Estados Unidos recibe una dosis efectiva de aproximadamente 3 mSv por año de radiación natural, lo que incluye la radiación cósmica del espacio exterior. Estas "dosis de fondo" naturales varían según el lugar de residencia, siendo mayores en altitudes elevadas.
Magnitudes y unidades radiológicas
Efectos en la Salud
Cuando las dosis de radiación superan determinados niveles, pueden tener efectos agudos en la salud, como quemaduras cutáneas, síndrome de irradiación aguda, náuseas, vómitos y caída del cabello. Estos efectos son más intensos cuanto mayores son la dosis y la tasa de dosis. Por ejemplo, la dosis liminar para el síndrome de irradiación aguda es de aproximadamente 1 Sv (1000 mSv).
Si la dosis de radiación es baja o la exposición es prolongada (baja tasa de dosis), el riesgo es considerablemente inferior, ya que hay más probabilidades de que se reparen los daños. No obstante, sigue existiendo un riesgo de efectos a largo plazo, como la catarata o el cáncer, que pueden tardar años o decenios en aparecer. La probabilidad de que se produzcan es proporcional a la dosis de radiación.
Los estudios epidemiológicos han demostrado que el riesgo de cáncer aumenta significativamente con dosis superiores a 100 mSv. Estudios más recientes sugieren que el riesgo de cáncer puede aumentar incluso con dosis más bajas (entre 50 y 100 mSv), especialmente en pacientes expuestos por motivos médicos durante la infancia.
Los niños y adolescentes son más vulnerables a la radiación que los adultos debido a que sus células se dividen más rápidamente y tienen más años de vida para que se desarrolle un cáncer. La exposición prenatal aguda a dosis superiores a 100 mSv entre las 8 y las 15 semanas de gestación, y a 200 mSv entre las semanas 16 y 25, puede producir daños cerebrales en el feto.
La Respuesta de la OMS y los Principios de Protección Radiológica
La Organización Mundial de la Salud (OMS) trabaja para reforzar la protección de pacientes, trabajadores y la población frente a las radiaciones ionizantes, ofreciendo orientaciones basadas en la evidencia y asesoramiento técnico a los Estados Miembros. La OMS ha cooperado en la revisión y actualización de las normas internacionales básicas de seguridad de la radiación, adoptando las nuevas normas en 2012 y apoyando su aplicación.
El sistema de protección radiológica vigente se basa en la suposición de que, por muy pequeña que sea la dosis de radiación, siempre existe algún riesgo. Los principios fundamentales para la protección radiológica son:
- Justificación: Toda práctica que implique exposición a radiación debe producir un beneficio neto positivo, considerando los efectos negativos y las alternativas posibles.
- Optimización: Las dosis individuales, el número de personas expuestas y la probabilidad de exposiciones potenciales deben mantenerse en niveles tan bajos como sea razonablemente posible, teniendo en cuenta factores sociales y económicos (principio ALARA: As Low As Reasonably Achievable).
- Limitación de dosis: Se establecen límites de dosis en la normativa nacional para impedir la ocurrencia de efectos determinísticos y limitar la probabilidad de los estocásticos.
La finalidad principal de la protección radiológica es proporcionar protección sin limitar indebidamente los beneficios obtenidos del uso de la radiación. Se asume que incluso dosis pequeñas pueden producir algún efecto perjudicial.