No se si conseguiré hacerlo, ya que esto de escribir un blog va mas por impulso que otra cosa y en cualquier momento puedo dejar de hacerlo definitivamente, visto que no sirve para nada. Pero pretendo que esta entrada sea la primera de una serie acerca de la radiactividad. Lo titulo “jugando con radiactividad” por varias razones: la primera es que no pretendo hacer una exposción académica del  tema, para eso hay muchos libros. Mas bien pretendo, literalmente, jugar con ella. Porque, a pesar de lo que pueda parecer, se pueden hacer muchos pequeños experimentos con material radiactivo sin necesidad de laboratorios o instalaciones radiactivas o nucleares. Al fin y al cabo, la radiactividad nos rodea. Y por eso empiezo precisamente por algo que suele sorprender a la persona no informada: la radiación de fondo. Si, amigos ecologistas y ciudadanos preocupados, estamos bañados en radiación gamma igual que nos baña la luz.

¿Radiacion gamma?.

Si, es uno de los tipos de radiacion ionizante. Es la mas común, la que nos rodea, la mas penetrante y generalmente la menos peligrosa. Es un tipo de luz. Luz no visible por nuestros ojos, pero luz al fin y al cabo. Y como tal, se comporta de modo similar a la luz visible: tiene largo alcance, decae con la distancia siguiendo la misma ley cuadrática y esta formada por las mismas partículas, fotones…pero con mas energía. La radiación gamma es emitida en todos los procesos de desintegración de los elementos radiactivos, entre otros fenómenos.

La radiacion de fondo

Los medios nos han inculcado un miedo irracional a la radiactividad. Este miedo parte de la desinformación de la gente, que, en muchos casos, se sorprende de que estemos rodeados de elementos que constantemente se estan desintegrando, generando radiactividad. Veamos la siguiente imagen:

Esta foto esta tomada de Google Earth. Desconozco el nombre del autor. En ella se ve la mina “Antigua Pilar” de Colmenarejo. Esta mina de cobre era una cita clásica de minerales de uranio. En Google Earth, erróneamente, el pie de la foto indica mina “de cobre y uranio”. El uranio nunca se explotó en este yacimiento.
En la foto se ve un dosímetro. Este instrumento portátil se utiliza para medir la dosis de radiación que recibe un individuo durante un periodo dado. Usualmente, la dosis se mide en Sieverts (Sv). En este caso, el aparatito mide microsieverts, ya que 1 Sv es una dosis brutal de radiactividad. Concretando un poco mas, en la foto el instrumento da la lectura de la tasa de dosis, es decir, la dosis por unidad de tiempo. Usualmente se usan los microsieverts por hora. En la imagen la lectura que se ve es 0.20 uSv/h.
Bien, desconozco la intencion real del autor de la foto, pero muchas personas pueden interpretar que la zona, dado que era una mina “de uranio”, es radiactiva, ya que el dosimetro “dice” que hay radiactividad.
Pero resulta que la lectura de dosis del instrumento es el valor habitual de la tasa de dosis debida a la radiacion de fondo. En cualquier lugar de la superficie de nuestro planeta la tasa de dosis radiactiva se situa en el rango 0.1-0.5 microsieverts por hora. Por tanto, tranquilos, ecologistas, que las escombreras de la mina de Colmenarejo no estan provocando dosis inusuales de radiactividad en nadie.

¿como se produce la radiacion de fondo? Espectros…

No, no,..no quiero decir que la radiación de fondo sea generada por fantasmas o una prueba de la existencia del mas allá. Pero vamos a introducir un concepto que, desde el siglo XX, constituye la piedra angular de la práctica de la ciencia: el espectro. Un espectro es una distribución. Por ejemplo, tomemos un conjunto de cien bolas de ping pong. Ahora lancemos cada bola y midamos la distancia a la que cae. Si representamos en una gráfica el rango de distancias en el eje X y el numero de bolas que ha alcanzado una distancia determinada en la Y, tendremos una distribución, probablemente gaussiana. Si ahora los lanzamientos los producen un conjunto de amigos nuestros, la distribución se complica. Es una suma de diversas contribuciones. Esta nueva gráfica es un espectro. Probablemente, a traves del espectro podamos identificar a cada uno de los lanzadores…¿cómo?. muy facil, tomemos a cada amigo por separado y hagamosle lanzar un numero de bolas. Llamemos al valor medio de la distancia que alcanzan las bolas la “energía caracteristica” del lanzador. Ahora juntemos a todos los amigos y hagamosles lanzar bolas al azar, pero no a todos ellos. Seguramente podemos identificar que amigos han lanzado bolas y que amigos no lo han hecho, usando su “energia caracteristica”. No solo eso, tambien vemos que cuantas mas bolas ha lanzado un lanzador, mas alto es su pico.

Este tipo de gráficas, en las que en el eje X representamos la energía (o una funcion de ella, como la distancia alcanzada, la longitud de onda…) y en el eje Y ponemos un valor estadistico, ya sean “cuentas” o “intensidad” o “numero de eventos”, se denominan “espectros“.
Naturalmente, la radiactividad tambien genera un espectro. No todos los fotones gamma son iguales. Cada uno tiene una energia caracteristica. Un atomo radiactivo es como un lanzador de bolas del juego anterior. Y hay lanzadores mas fuertes que otros. Por ejemplo, un atomo de uranio es un lanzador debil: sus fotones emitidos tienen poca energía, es decir, tienen poco alcance. Un átomo de cobalto-60, un isotopo radiactivo muy potente, lanza sus fotones gamma con mucha energía. Asi, si somos capaces de ver el espectro de la radiacion gamma, podremos identificar a cada “lanzador”. Afortunadamente, podemos hacerlo. La radiactividad es un fenomeno estadístico y podemos construir un espectrómetro que nos permita dibujar la gráfica del numero de “cuentas” respecto la energía de cada cuenta. Es el segundo instrumento del que hablamos. En un próximo post hablaremos de instrumentos. De momento no vamos a recargar mas este tema.

El espectro de la radiacion de fondo.

Usemos un espectrómetro gamma para detectar y analizar la radiación de fondo que un ciudadano de Madrid recibe diariamente:

El espectro presenta el rango de energía en kiloelectronvoltios. El electronvoltio es una unidad de energía muy pequeña usada con frecuencia en física de partículas. Equivale a la energía adquirida por un electron cuando es acelerado por una diferencia de potencial de 1 voltio. La primera parte de la gráfica se corresponde con la energía habitual de los rayos-X, un tipo de radiación equivalente a la gamma, pero menos energética. Por suerte, cada átomo radiactivo emite los fotones de radiación gamma con la misma energía media. Es decir, todos los fotones emitidos se distribuyen en un pico gaussiano de media definida.
Analicemos el espectro: lo primero que llama la atencion es el primer gran pico, irregular y de media entre 70 y 80 KeV. Este pico es la suma de numerosas contribuciones, básicamente productos de la serie del uranio-238 y su forma y altura no se corresponde con su abundancia real, ya que la radiación de fondo es debil y el instrumento no presenta una linea de cero horizontal, sino descendente.
 El siguiente pico llamativo se corresponde con el potasio-40. Este es un isótopo radiactivo del potasio, presente en una abundancia del 0.011% del potasio total. Es decir, aproximadamente, de cada 10,000 átomos de potasio, uno es radiactivo.
¿como emite radiación gamma el potasio?
Este es el esquema de desintegracion del potasio-40 (tomado de Heath RL, Scintillation Spectrometry, 1964):

Este esquema significa que el 10.67% de los atomos de potasio radiactivo se transforman en argon-40. El resto (89.28%) se transforma en calcio-40. En su transformación a argon, el atomo resultante esta en un estado excitado (2+). Este exceso de energia se emite en forma de radiación gamma, formandose un atomo de argon en estado basal. La energía de esta “desexcitacion” es 1460.75 KeV. Justo el valor medio del pico observado en el espectro. Por tanto, todo lo que contenga potasio contribuirá a la dosis de radiación de fondo recibida: rocas, cemento, nuestro propio cuerpo… Asi, el potasio es una importante fuente de radiación diaria.
Otro pico llamativo es del bismuto-214. Quizá alguien pueda sorprenderse al pensar que hay bismuto por todas partes. Lo hay, pero en cantidades químicamente indetectables. Lo que pasa es que la radiactividad es un fenómeno “potente”, fácilmente detectable con nuestros instrumentos, de modo que podemos detectar la radiactividad de cantidades “homeopáticas” de átomos de un elemento.
Este isótopo, el Bi-214, es un producto de la serie del uranio-238, pero su contribución esta especialmente enriquecida en la radiación de fondo. Esto es debido al radón. El radon es un gas emitido por todas las rocas y materiales que contienen uranio. Esta siempre presente en mayor o menor cantidad y junto con el potasio es la otra contribución principal a la radiación de fondo. Otras pequeñas irregularidades que se observan son debidas tanto al bismuto-214 como al plomo-214, el otro producto fundamental de la desintegración del radón.
Asi, podemos concluir que el uranio y sus derivados junto con el potasio, dos elementos que estan en todas partes, son las principales contribuciones a la radiactividad que recibimos cada día. Si realizamos un espectro mas fino, tomando datos durante mas tiempo y en mayor rango de energías, vemos otras dos importantes contribuciones a la radiación de fondo: una es la radiación cósmica, de menor influencia en la superficie terrestre, pero detectable. Otra es el fall-out: dispersión de elementos radiactivos provocada por las pruebas nucleares militares llevadas a cabo desde los años 1940. Aunque su contribución frente al potasio o el radon es menor, es significativa, sobre todo en algunos lugares.

Un ejercicio interesante es medir la radiación de fondo, tanto medida absoluta (cuentas por minuto, dosis…cualquier parametro) como espectros, en diferentes lugares: montaña, nivel del mar, sitios cerrados, diferentes basamentos geologicos, sotanos, casas recien construidas vs. casas antiguas…

Hemos visto en el espectro de la radiación gamma de fondo que las principales contribuciones son los productos de desintegración del uranio junto con el potasio: materiales de construcción y basamento geológico son las principales fuentes de la radiación que recibimos cada dia.

4 Comments

  1. “Pero pretendo que esta entrada sea la primera de una serie acerca de la radiactividad. Lo titulo “jugando con radiactividad” por varias razones: la primera es que no pretendo hacer una exposción académica del tema, para eso hay muchos libros. Mas bien pretendo, literalmente, jugar con ella .”

    Bueno, lo primero gracias por seguir publicando entradas , menos mal que esta no era académica que si no me da un mal. A ver si un dia de estos la digiero con un turroncito más despacio. Lo segundo, me encanta este blog ( ya tienes a un adulador de esos del decalogo egoblogaka) , y te sugiero que no lo borres…aunque claro tiene poca publicidad.

  2. No, simplemente habré de digerir los contenidos con un poco de tiempo…que ahora estoy picando pedruscos por los montes todo el día, que para una semana que no llueve no la voy a desaprovechar .

    Sobre la publicidad hablo de la necesidad de venderse … de que te enlacen otras páginas y eso , no de poner banners.
    http://www.eitb.com/videos/television/vaya-semanita/detalle/569716/vaya-semanita-la-importancia-marketing/

    Pd : Todavía no he leido la otra entrada

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