La radiación es energía que se desplaza de una forma que se puede describir como ondas o un conjunto de partículas. Estamos expuestos a ella en nuestra vida cotidiana. Entre las fuentes de radiación más conocidas se encuentran el sol, los hornos de microondas de nuestras cocinas y las radios que escuchamos en nuestros automóviles. Gran parte de esta radiación no supone ningún riesgo, pero en ocasiones puede afectar nuestra salud.
¿Qué es la radiación?
Ciencia nuclear en detalle
La radiación es energía que se desplaza de una forma que se puede describir como ondas o un conjunto de partículas. Estamos expuestos a ella en nuestra vida cotidiana. Entre las fuentes de radiación más conocidas se encuentran el sol, los hornos de microondas de nuestras cocinas y las radios que escuchamos en nuestros automóviles. Gran parte de esta radiación no supone ningún riesgo, pero en ocasiones puede afectar nuestra salud.
¿Para qué sirve la radiación?: Algunos ejemplos
- Salud: algunos procedimientos médicos existen gracias a la radiación; por ejemplo, diversos tratamientos contra el cáncer y algunos métodos de diagnóstico por la imagen.
- Energía: la radiación nos permite producir electricidad, por ejemplo, mediante la energía solar y la energía nuclear.
- Medio ambiente y cambio climático: la radiación puede emplearse para depurar aguas residuales o para crear nuevas variedades de plantas resistentes al cambio climático.
- Ciencia e industria: mediante técnicas nucleares que se basan en la radiación, los científicos pueden examinar objetos antiguos o fabricar materiales con características superiores que se usan, por ejemplo, en la industria automotriz.
Si la radiación tiene tantos beneficios, ¿por qué debemos protegernos de ella?
La radiación tiene muchas aplicaciones positivas. Sin embargo, como en toda actividad, cuando su uso conlleva riesgos es necesario adoptar medidas específicas para proteger a las personas y al medio ambiente. Se necesitan diferentes medidas según el tipo de radiación: es posible que algunos tipos de radiación de baja intensidad, denominados “radiaciones no ionizantes”, requieran menos medidas de protección que las “radiaciones ionizantes”, de mayor energía. Conforme a su mandato, el OIEA elabora normas para la protección de las personas y el medio ambiente relacionadas con los usos pacíficos de la radiación ionizante.
Tipos de radiación
Radiación no ionizante
La radiación no ionizante es un tipo de radiación de menor intensidad, cuya energía no es suficiente para arrancar electrones de los átomos o moléculas que componen la materia o los seres vivos. No obstante, su energía puede hacer vibrar esas moléculas y dicha vibración puede generar calor. Así es como funcionan, por ejemplo, los hornos de microondas.
La radiación no ionizante no presenta riesgos para la salud de la mayoría de la población. Sin embargo, los trabajadores que se exponen habitualmente a algunas fuentes de radiación no ionizante pueden necesitar medidas especiales para protegerse, por ejemplo, del calor.
Las ondas de radio y la luz visible son tipos de radiación no ionizante. La luz visible es radiación no ionizante que nuestros ojos pueden percibir. Y las ondas de radio son un tipo de radiación no ionizante que nuestros sentidos no pueden percibir, pero que podemos decodificar con los receptores de radio tradicionales.
Entre los ejemplos de radiación no ionizante cabe mencionar la luz visible, las ondas de radio y las microondas (Infografía: Adriana Vargas/OIEA).
Radiación ionizante
La radiación ionizante es un tipo de radiación con una energía capaz de arrancar electrones de los átomos o moléculas. Por ende, cuando este tipo de radiación interactúa con la materia o los seres vivos se producen cambios a nivel atómico. Dichos cambios suelen implicar la producción de “iones” (átomos o moléculas con carga eléctrica); de ahí el término de radiación “ionizante”.
A dosis elevadas, la radiación ionizante puede dañar las células o los órganos de nuestros cuerpos o, incluso, ser letal. Pero, si se la emplea correctamente a dosis adecuadas y con las debidas medidas de protección, este tipo de radiación tiene muchos usos positivos, para la producción de energía, el sector industrial, la investigación y el diagnóstico y tratamiento de varias enfermedades, como el cáncer. Si bien las leyes sobre el uso de las fuentes de radiación y la protección radiológica son responsabilidad de cada país, el OIEA presta apoyo a los legisladores y los reguladores a través de un completo sistema de normas de seguridad internacionales que tienen por objeto la protección de los trabajadores y los pacientes, así como del público en general y el medio ambiente, frente a los posibles efectos nocivos de la radiación ionizante.
Entre los ejemplos de radiación ionizante cabe mencionar ciertos tratamientos para el cáncer en los que se usan rayos gamma, los rayos X y algunos de los materiales que se emplean en las centrales nucleares (Infografía: Adriana Vargas/OIEA).
La radiación no ionizante y la ionizante tienen diferentes longitudes de onda que guardan relación directa con su energía (Infografía: Adriana Vargas/OIEA).
Bases del decaimiento radiactivo y la radiación resultante
La radiación ionizante puede provenir, por ejemplo, de átomos inestables (radiactivos) que emiten energía para estabilizarse.
La mayoría de los átomos en la Tierra son estables, en gran parte debido a una composición equilibrada y estable de partículas (neutrones y protones) en su centro (o núcleo). Sin embargo, en algunos tipos de átomos inestables, la composición del número de protones y neutrones en el núcleo no es la adecuada para mantener las partículas juntas. Dichos átomos inestables se denominan “átomos radiactivos” y se dice que “decaen” cuando emiten energía en forma de radiación ionizante (por ejemplo, partículas alfa, partículas beta, rayos gamma o neutrones). Si aprovechamos y utilizamos esta energía de manera segura, podemos obtener buenos resultados.
Se denomina “decaimiento radiactivo” al proceso mediante el cual un átomo radiactivo se hace más estable liberando partículas y energía. (Infografía: Adriana Vargas/OIEA)
¿Cuáles son los tipos más comunes de decaimiento radiactivo? ¿Cómo podemos protegernos de los efectos nocivos de la radiación que emite?
Dependiendo del tipo de partículas u ondas que el núcleo libera para volverse más estable, existen varios tipos de decaimiento radiactivo que dan lugar a la radiación ionizante. Los tipos más comunes son las partículas alfa, las partículas beta, los rayos gamma y los neutrones.
Radiación alfa
En la radiación alfa, los núcleos liberan partículas pesadas con carga positiva para hacerse más estables. Estas partículas no pueden penetrar nuestra piel y causar daño. Muchas veces basta con utilizar una simple hoja de papel para detener su paso.
Sin embargo, si ingerimos o inhalamos un material que emite partículas alfa, nuestros tejidos internos pueden quedar expuestos directamente a este tipo de radiación y, en ese caso, ponemos en riesgo nuestra salud.
El americio 241 es un ejemplo de átomo que decae mediante partículas alfa y se usa en los detectores de humo de todo el mundo.
Decaimiento alfa (Infografía: A. Vargas/OIEA).
Radiación beta
En el caso de la radiación beta, los núcleos liberan partículas más pequeñas (electrones), más penetrantes que las partículas alfa y que pueden atravesar, entre otras cosas, 1 o 2 centímetros de agua, en función de su energía. Por lo general, podríamos detener el paso de la radiación beta con una lámina de aluminio de unos cuantos milímetros de espesor.
Entre los átomos inestables que emiten radiación beta se encuentran el hidrógeno 3 (tritio) y el carbono 14. El tritio se utiliza, por ejemplo, en las luces que indican las salidas de emergencia en entornos oscuros. Esto se debe a que la radiación beta proveniente del tritio hace brillar un componente de fósforo al entrar en contacto con ella, sin necesidad de electricidad. El carbono 14 se utiliza, entre otras cosas, para datar objetos antiguos.
Decaimiento beta (Infografía: A. Vargas/OIEA).
Rayos gamma
Los rayos gamma, que tienen varias aplicaciones, como el tratamiento del cáncer, son un tipo de radiación electromagnética, similar a los rayos X. Algunos tipos de rayos gamma atraviesan el cuerpo humano sin causar daño, pero, en otras ocasiones estos rayos son absorbidos por el organismo y pueden ser perjudiciales. La intensidad de los rayos gamma puede reducirse a valores que entrañen menos riesgos mediante el uso de paredes gruesas de hormigón o plomo. Ese es el motivo por el cual las salas de radioterapia de los hospitales, en las que se trata a los pacientes con cáncer, tienen paredes tan gruesas.
El cobalto 60 se utiliza en el tratamiento del cáncer gracias a su capacidad para producir rayos gamma, que se pueden utilizar para combatir tumores. En la figura superior se muestra un mecanismo simplificado. En primer lugar, se emite radiación beta desde el núcleo del cobalto 60, que se transforma en níquel 60 en un estado con mucha energía (*Ni-60). Este estado pierde energía rápidamente mediante la emisión de dos rayos gamma que dan lugar a níquel 60 estable. (Infografía: A. Vargas/OIEA).
Neutrones
Los neutrones son partículas relativamente grandes y uno de los principales componentes del núcleo atómico. No poseen carga y, por ende, no producen ionización directamente. No obstante, su interacción con los átomos de la materia puede hacer surgir rayos alfa, beta, gamma o X, que sí producen ionización. Los neutrones son penetrantes y solo puede detenérseles con grandes volúmenes de concreto, agua o parafina.
Los neutrones pueden producirse de diferentes maneras, por ejemplo, dentro de los reactores nucleares o en las reacciones nucleares desencadenadas por partículas de alta energía en los haces de los aceleradores. Los neutrones pueden representar una fuente considerable de radiación indirectamente ionizante.
La fisión nuclear que ocurre dentro de los reactores nucleares es un ejemplo de reacción radiactiva en cadena alimentada por neutrones (Gráfico: A. Vargas/OIEA).
¿Qué papel desempeña el OIEA?
- El OIEA presta asistencia a sus Estados Miembros en el uso de las tecnologías nucleares, incluido el uso de la radiación en los ámbitos de la salud, la agricultura, la protección del medio ambiente, la gestión del agua, la energía y la industria. A tal fin, el OIEA apoya la investigación y el desarrollo sobre las aplicaciones de la radiación y las fuentes radiactivas, coordina actividades de investigación y ejecuta proyectos en diferentes países del mundo.
- Mediante sus actividades de verificación y salvaguardias, el OIEA comprueba que los materiales con los que se puede producir radiación no se desvíen de sus usos pacíficos.
- Por último, elabora normas de seguridad y orientaciones sobre seguridad física nuclear e informa sobre las mejores prácticas de protección de las personas, la sociedad y el medio ambiente frente a los efectos nocivos de la radiación ionizante.
¿Cuáles son los organismos encargados de velar por el uso seguro de la radiación en Iberoamérica?
Varias instituciones nacionales de Iberoamérica, algunas de ellas integrantes del Foro Iberoamericano de Organismos Reguladores Radiológicos y Nucleares, promueven el uso seguro de la radiación ionizante y las tecnologías nucleares.
What is radiation good for? – Some examples
- Health: thanks to radiation, we can benefit from medical procedures, such as many cancer treatments, and diagnostic imaging methods.
- Energy: radiation allows us to produce electricity via, for example, solar energy and nuclear energy.
- Environment and climate change: radiation can be used to treat wastewater or to create new plant varieties that are resistant to climate change.
- Industry and science: with nuclear techniques based on radiation, scientists can examine objects from the past or produce materials with superior characteristics in, for instance, the car industry.
If radiation is beneficial, why should we protect ourselves from it?
Radiation has many beneficial applications but, as in every activity, when there are risks associated with its use specific actions need to be put in place to protect the people and the environment. Different types of radiation require different protective measures: a low energy form, called “non-ionizing radiation”, may require fewer protective measures than the higher energy “ionizing radiation”. The IAEA establishes standards for protection of the people and the environment in relation to the peaceful use of ionizing radiation – in line with its mandate.
Types of radiation
Non-ionizing radiation
Non-ionizing radiation is lower energy radiation that is not energetic enough to detach electrons from atoms or molecules, whether in matter or living organisms. However, its energy can make those molecules vibrate and so produce heat. This is, for instance, how microwave ovens work.
For most people, non-ionizing radiation does not pose a risk to their health. However, workers that are in regular contact with some sources of non-ionizing radiation may need special measures to protect themselves from, for example, the heat produced.
Some other examples of non-ionizing radiation include the radio waves and visible light. The visible light is a type of non-ionizing radiation that the human eye can perceive. And the radio waves are a type of non-ionizing radiation that is invisible to our eyes and other senses, but that can be decoded by traditional radios.
Some examples of non-ionizing radiation are the visible light, the radio waves, and the microwaves (Infographic: Adriana Vargas/IAEA)
Ionizing radiation
Ionizing radiation is a type of radiation of such energy that it can detach electrons from atoms or molecules, which causes changes at the atomic level when interacting with matter including living organisms. Such changes usually involve the production of ions (electrically charged atoms or molecules) – hence the term “ionizing” radiation.
In high doses, ionizing radiation can damage cells or organs in our bodies or even cause death. In the correct uses and doses and with the necessary protective measures, this kind of radiation has many beneficial uses, such as in energy production, in industry, in research and in medical diagnostics and treatment of various diseases, such as cancer. While regulation of use of sources of radiation and radiation protection are national responsibility, the IAEA provides support to lawmakers and regulators through a comprehensive system of international safety standards aiming to protect workers and patients as well as members of the public and the environment from the potential harmful effects of ionizing radiation.
Some examples of ionizing radiation include some types of cancer treatments using gamma rays, the X-rays, and the radiation emitted from radioactive materials used in nuclear power plants (Infographic: Adriana Vargas/IAEA)
Non-ionizing and ionizing radiation have different wavelength, which directly relate to its energy. (Infographic: Adriana Vargas/IAEA).
The science behind radioactive decay and the resulting radiation
Ionizing radiation can originate from, for example, unstable (radioactive) atoms as they are transitioning into a more stable state while releasing energy.
Most atoms on Earth are stable, mainly thanks to an equilibrated and stable composition of particles (neutrons and protons) in their centre (or nucleus). However, in some types of unstable atoms, the composition of the number of protons and neutrons in their nucleus does not allow them to hold those particles together. Such unstable atoms are called “radioactive atoms”. When radioactive atoms decay, they release energy in the form of ionizing radiation (for example alpha particles, beta particles, gamma rays or neutrons), which, when safely harnessed and used, can produce various benefits.
The process by which a radioactive atom becomes more stable by releasing particles and energy is called “radioactive decay”. (Infographic: Adriana Vargas/IAEA)
What are the most common types of radioactive decay? How can we protect ourselves against the harmful effects of the resulting radiation?
Depending on the type of particles or waves that the nucleus releases to become stable, there are various kinds of radioactive decay leading to ionizing radiation. The most common types are alpha particles, beta particles, gamma rays and neutrons.
Alpha radiation
In alpha radiation, the decaying nuclei release heavy, positively charged particles in order to become more stable. These particles cannot penetrate our skin to cause harm and can often be stopped by using even a single sheet of paper.
However, if alpha-emitting materials are taken into the body by breathing, eating, or drinking, they can expose internal tissues directly and may, therefore, damage health.
Americium-241 is an example of an atom that decays via alpha particles, and it is used in smoke detectors across the world.
Alpha decay (Infographic: A. Vargas/IAEA).
Beta radiation
In beta radiation, the nuclei release smaller particles (electrons) that are more penetrating than alpha particles and can pass through e.g., 1-2 centimetres of water, depending on their energy. In general, a sheet of aluminium a few millimetres thick can stop beta radiation.
Some of the unstable atoms that emit beta radiation include hydrogen-3 (tritium) and carbon-14. Tritium is used, among others, in emergency lights to for instance mark exits in the dark. This is because the beta radiation from tritium cause phosphor material to glow when the radiation interacts, without electricity. Carbon-14 is used to, for example, date objects from the past.
Beta decay (Infographic: A. Vargas/IAEA).
Gamma rays
Gamma rays, which have various applications, such as cancer treatment, are electromagnetic radiation, similar to X-rays. Some gamma rays pass right through the human body without causing harm, while others are absorbed by the body and may cause damage. The intensity of gamma rays can be reduced to levels that pose less risk by thick walls of concrete or lead. This is why the walls of radiotherapy treatment rooms in hospitals for cancer patients are so thick.
Cobalt-60 is used in cancer treatments because of its ability to produce gamma rays, which can be used to combat tumours. A simplified mechanism is given in the figure above. At first, beta radiation is emitted from the cobalt-60 nucleus, resulting in a transformation to nickel-60 in a highly energized state (*Ni-60). This state quickly loses energy by emitting two gamma rays resulting in stable nickel-60. (Infographic: A. Vargas/IAEA).
Neutrons
Neutrons are relatively massive particles that are one of the primary constituents of the nucleus. They are uncharged and therefore do not produce ionization directly. But their interaction with the atoms of matter can give rise to alpha-, beta-, gamma- or X-rays, which then result in ionization. Neutrons are penetrating and can be stopped only by thick masses of concrete, water or paraffin.
Neutrons can be produced in a number of ways, for example in nuclear reactors or in nuclear reactions initiated by high-energy particles in accelerator beams. Neutrons can represent a significant source of indirectly ionizing radiation.
Nuclear fission inside a nuclear reactor is an example of a radioactive chain reaction sustained by neutrons (Graphic: A. Vargas/IAEA).
What is the role of the IAEA?
- The IAEA assists its Member States in the use of nuclear technologies, including the use of radiation, for health, agriculture, environmental protection, water management, energy, and industry. To do so, the IAEA assists in the research and development of the practical use of radiation and radioactive sources, and coordinates research activities and implements projects in countries around the world.
- Through its safeguards and verification activities, the IAEA oversees that materials capable of producing radiation are not diverted from peaceful uses.
- Finally, the IAEA develops safety standards and security guidance and report on best practices for the protection of people, society and the environment from the harmful effects of ionizing radiation.
This article was first published on iaea.org on 3 March 2022.