Radioactividad, medioambiente y espectroscopía gamma. De la teoría al laboratorio

ERRICO, L.A.; MONTES M.L.; TAYLOR M.A.

EDULP

Lugar: La Plata; Año: 2023 p. 369

978-950-34-2300-4

A lo largo de la historia, los avances científicos y tecnológicos han dado lugar a mejoras en laforma y la calidad de vida, resolviendo problemas como la provisión y conservación de alimentos,reduciendo o erradicando enfermedades que nos acompañaron desde el nacimiento de lasprimeras sociedades gracias a las vacunas y la potabilización del agua, han facilitado lascomunicaciones y viajes y desarrollando fuentes de energía que son independientes de lascondiciones climáticas. Estos avances nos han permitido construir el mundo moderno y lasociedad globalizada en la que vivimos. Sólo para dar una medida del efecto que los avancescientíficos-tecnológicos han tenido, la expectativa de vida se ha casi duplicado en los últimos 150años. Sin embargo, las consecuencias inevitables del desarrollo industrial, de la crecientenecesidad de energía y de la búsqueda continua de progreso, son el daño al medio ambiente ynuevos problemas asociados a la aplicación de estos desarrollos en la vida cotidiana. Debido aestos aspectos negativos es ineludible comprender, establecer, controlar, minimizar y remediarel impacto que el desarrollo tecnológico conlleva.El descubrimiento de la radioactividad, un hito en la historia de la humanidad, y sus usos paramejorar la calidad de vida, no han sido una excepción a esta regla. Si bien la radioactividadsiempre estuvo allí, no puede percibirse (a diferencia de radiaciones como la luz o el calor) porninguno de nuestros sentidos. Por este motivo, no fue hasta fines del siglo XIX que HenriBecquerel descubrió su existencia. Desde entonces científicos como el propio Bequerel, MaríaSalomea Skłodowska-Curie, Pierre Curie y Ernest Rutherford, entre otros, comenzaron a medirla,estudiarla, caracterizarla y aplicarla en diversos campos, lo que ha tenido un impacto profundoen la sociedad. Su aplicación en la medicina es un ejemplo claro. El descubrimiento de los rayosx, las radiografías y el posterior desarrollo de técnicas de imágenes médicas y la radioterapiasignificaron una revolución en los métodos de diagnóstico y tratamiento de diferentesenfermedades. Otros campos de aplicación de la radioactividad es la generación de energía ylas técnicas de estudio de materiales que contribuyen en el desarrollo de nuevos dispositivos ytecnologías, entre incontables aplicaciones.A lo largo de la historia, ha sido muy común que una parte de la población rechace las nuevastecnologías, hasta que finalmente son aceptadas y se convierten en parte integral de la vidacotidiana. Curiosamente, este no ha sido el caso de la radioactividad y la energía nuclear, ya queinicialmente hubo una percepción muy positiva sobre este nuevo fenómeno y sus potencialesaplicaciones. Sin embargo, los bombardeos de Hiroshima y Nagasaki, el desarrollo de armas dedestrucción masiva, los problemas a la salud y al medio ambiente que han ocasionado accidentescomo los de las centrales nucleares de Chernóbil y Fukushima y un debate sobre el tema nuclearque ha puesto mucho más énfasis en los aspectos negativos de la radioactividad que en sus aplicaciones pacíficas y los logros alcanzados en este campo han hecho que la percepción de lasociedad sobre la radioactividad cambie, generándose una fuerte oposición a la energía nucleary sus aplicaciones.Este libro fue elaborado luego del transitar de los autores en actividades de enseñanzaaprendizajeque involucran el dictado de cursos de grado y de posgrado, talleres a docentes dediferentes niveles, actividades de extensión universitaria e investigación científica centradas enradioactividad ambiental y Física Nuclear Experimental aplicada al estudio de materiales. Estádestinado a docentes y estudiantes de grado y postgrado de las Licenciaturas en Física, FísicaMédica, Química y Tecnología Ambiental, Ingenierías y carreras afines. Nuestro objetivo ha sidodesarrollar un libro autocontenido que compile información que se encuentra dispersa ennumerosas fuentes bibliográficas y la presente en forma completa y detallada, profundizando enel conocimiento necesario para la comprensión de los experimentos planteados. El texto iniciapor los aspectos básicos de la estructura nuclear y los procesos de decaimiento. Continua conlos procesos de interacción de la radiación gamma () y x con la materia, la detección de estasradiaciones ionizantes, los detectores más comúnmente empleados para este fin y el sistemaelectrónico de procesamiento y análisis de las señales. Se discute la forma en que los procesosde interacción dan lugar al espectro de energías y como el tipo, forma y tamaño del detector,actividad de la muestra y su entorno afectan el espectro obtenido. Se discute también la funciónde cada módulo electrónico que compone el sistema detector. Esta discusión es fundamentalpara reconocer el equipo, ponerlo en funcionamiento y detectar posibles problemas. Finalmente,se proponen, desarrollan y analizan paso a paso experimentos relacionados con la detección dela radiación  de fácil implementación en cursos de grado y postgrado. Se discute en este marcoun monitoreo ambiental radiológico con un detector Geiger Müller y la información que se extraede estas medidas. El segundo es un experimento típico que se propone para discutir enprofundidad la técnica, la metodología e iniciarse en el manejo de un sistema detector deradiación  convencional. El tercer experimento avanza en una aplicación moderna y fácilmenteimplementable en un curso universitario, la determinación de la actividad de emisores  enmatrices ambientales. En el cuarto experimento se desarrolla y analiza una metodología paradeterminar períodos de semidesintegración extremadamente largos. Este experimento norequiere de materiales catalogados como radioactivos, por lo cual puede ser llevado a cabo porestudiantes de diferentes niveles, incluyendo alumnos de escuelas secundarias.En el capítulo 1 repasaremos la historia que de cómo se llegó al descubrimiento de laestructura de la materia, la radioactividad y su posterior uso, comenzando desde las primerasconcepciones del átomo propuestas por Demócrito de Abdera allá por el Siglo V A.C., hasta elmodelo mecánico-cuántico actual, analizando los principales experimentos que permitieron laevolución de los modelos.En el capítulo 2 analizaremos la constitución y las principales propiedades del núcleo y enqué casos un núcleo es inestable, dando origen a los procesos radioactivos. Conocido el origende la radioactividad, en el capítulo 3 repasaremos los distintos procesos de decaimientoradioactivo y tipos de radiaciones ionizantes emitidas en cada uno de ellos, sin dejar de lado losprocesos de fusión y fisión nuclear y la energía asociada en cada uno de los procesosmencionados. Finalizando con la temática del núcleo y el decaimiento radiactivo, describiremos y analizaremos la evolución temporal de un conjunto de núcleos radioactivos, mediante el estudiode la ley de decaimiento radioactivo, los parámetros relevantes y posibles situaciones deequilibrio en series de decaimientos, especialmente relevantes para estudios radiológicos dematrices ambientales y algunas aplicaciones médicas.En el capítulo 5 repasaremos las principales fuentes de radiaciones ionizantes, tanto naturales(rayos cósmicos, radionucleidos de la corteza terrestre) como antropogénicas (radioactividademitida en forma controlada, residuos radioactivos, radiaciones ionizantes provenientes deensayos de bombas nucleares y de accidentes que involucraron liberación de materialradioactivo).Habiendo repasado el origen de la radioactividad y las principales fuentes, en el capítulo 6presentaremos una introducción a la dosimetría, rama de la ciencia que se encarga de ladeterminación de la dosis de irradiación, tanto externa como interna, generada por lasradiaciones ionizantes. Repasaremos las magnitudes utilizadas en dosimetría y los efectos quela radioactividad puede producir en organismos vivos.En los capítulos 7, 8, 9, y 10 nos centraremos en la detección y caracterización de laradioactividad, presentaremos distintos tipos de detectores, discutiremos las ventajas ydesventajas de cada uno y las propiedades más relevantes a la hora de la elección de un sistemadetector para un dado estudio. En el capítulo 7 presentamos además resultados de un monitoreoradiológico llevado a cabo con un detector portátil Geiger Müller en diferentes zonas deArgentina.En los capítulos 11 y 12 presentaremos la metodología que se emplea en determinacionesde actividad mediante espectroscopia , relevante para la determinación de actividad dematrices ambientales y radiofármacos. En el capítulo 13 proponemos una metodologíaexperimental para determinar períodos de semidesintegración extremadamente largos,metodología que no requiere el uso de material considerado radioactivo, lo que facilita laimplementación para su implementación en actividades de enseñanza-aprendizaje.Finalmente, en el capítulo 14 repasamos las principales normas de laboratorio y lasconsideraciones para tener en cuenta para un trabajo seguro en el laboratorio.