Formas de radiación ionizante
La radiación ionizante se clasifica según la naturaleza de las partículas u ondas electromagnéticas que crean el efecto ionizante. Estas partículas / ondas tienen diferentes mecanismos de ionización, y pueden agruparse como:
- Directamente ionizante . Las partículas cargadas ( núcleos atómicos, electrones, positrones, protones, muones, etc. ) pueden ionizar átomos directamente por interacción fundamental a través de la fuerza de Coulomb si lleva suficiente energía cinética. Estas partículas deben moverse a velocidades relativistas para alcanzar la energía cinética requerida. Incluso los fotones (rayos gamma y rayos X) pueden ionizar átomos directamente (a pesar de que son eléctricamente neutros) a través del efecto fotoeléctrico y el efecto Compton, pero la ionización secundaria (indirecta) es mucho más significativa.
- La radiación alfa . La radiación alfa consiste en partículas alfa a alta energía / velocidad. La producción de partículas alfa se denomina desintegración alfa. Las partículas alfa consisten en dos protones y dos neutrones unidos en una partícula idéntica a un núcleo de helio. Las partículas alfa son relativamente grandes y tienen una carga positiva doble. No son muy penetrantes y un trozo de papel puede detenerlos. Viajan solo unos pocos centímetros pero depositan todas sus energías a lo largo de sus cortos caminos.
- La radiación beta . La radiación beta consiste en electrones libres o positrones a velocidades relativistas. Las partículas beta (electrones) son mucho más pequeñas que las partículas alfa. Llevan una sola carga negativa. Son más penetrantes que las partículas alfa, pero el metal de aluminio delgado puede detenerlas. Pueden viajar varios metros pero depositan menos energía en cualquier punto a lo largo de sus caminos que las partículas alfa.
- Indirectamente ionizante . La radiación ionizante indirecta es partículas eléctricamente neutras y, por lo tanto, no interactúa fuertemente con la materia. La mayor parte de los efectos de ionización se deben a ionizaciones secundarias.
- Radiación de fotones ( rayos gamma o rayos X). La radiación de fotones consiste en fotones de alta energía . Estos fotones son partículas / ondas (dualidad onda-partícula) sin masa en reposo o carga eléctrica. Pueden viajar 10 metros o más en el aire. Esta es una larga distancia en comparación con las partículas alfa o beta. Sin embargo, los rayos gamma depositan menos energía a lo largo de sus caminos. El plomo, el agua y el concreto detienen la radiación gamma. Los fotones (rayos gamma y rayos X) pueden ionizar átomos directamente a través del efecto fotoeléctrico y el efecto Compton, donde se produce el electrón relativamente energético. El electrón secundario producirá múltiples eventos de ionización , por lo tanto, la ionización secundaria (indirecta) es mucho más significativa.
- Radiación de neutrones . La radiación de neutrones consiste en neutrones libres a cualquier energía / velocidad. Los neutrones pueden ser emitidos por fisión nuclear o por la descomposición de algunos átomos radiactivos. Los neutrones tienen carga eléctrica cero y no pueden causar ionización directamente. Los neutrones ionizan la materia solo indirectamente . Por ejemplo, cuando los neutrones golpean los núcleos de hidrógeno, se produce radiación de protones (protones rápidos). Los neutrones pueden variar desde partículas de alta velocidad y alta energía hasta partículas de baja velocidad y baja energía (llamadas neutrones térmicos). Los neutrones pueden viajar cientos de pies en el aire sin ninguna interacción.
Radiación Beta
La radiación beta consiste en electrones libres o positrones a velocidades relativistas. Estas partículas se conocen como partículas beta. Las partículas beta son electrones o positrones de alta energía y alta velocidad emitidos por ciertos fragmentos de fisión o por ciertos núcleos radiactivos primordiales como el potasio-40. Las partículas beta son una forma de radiación ionizante también conocida como rayos beta. La producción de partículas beta se denomina desintegración beta . Hay dos formas de desintegración beta, la desintegración de electrones (desintegración β) y la desintegración de positrones (desintegración β +) . En un reactor nuclearocurre especialmente la desintegración β, porque la característica común de los productos de fisión es un exceso de neutrones ( ver Estabilidad nuclear ). Un fragmento de fisión inestable con el exceso de neutrones sufre desintegración β, donde el neutrón se convierte en un protón, un electrón y un antineutrino electrónico .
Las características clave de la radiación beta se resumen en los siguientes puntos:
- Las partículas beta son electrones energéticos, son relativamente ligeras y tienen una sola carga negativa .
- Su masa es igual a la masa de los electrones orbitales con los que están interactuando y, a diferencia de la partícula alfa, una fracción mucho mayor de su energía cinética se puede perder en una sola interacción.
- Su camino no es tan sencillo. Las partículas beta siguen un camino muy en zig-zag a través del material absorbente. Este camino resultante de partículas es más largo que la penetración lineal (rango) en el material.
- Como tienen una masa muy baja, las partículas beta alcanzan principalmente energías relativistas.
- Las partículas beta también difieren de otras partículas cargadas pesadas en la fracción de energía perdida por el proceso radiactivo conocido como bremsstrahlung . Por lo tanto, para la protección contra la radiación beta de alta energía, los materiales densos son inapropiados.
- Cuando la partícula beta se mueve más rápido que la velocidad de la luz (velocidad de fase) en el material, genera una onda de choque de radiación electromagnética conocida como radiación de Cherenkov .
- La emisión beta tiene el espectro continuo.
- Una partícula beta de 1 MeV puede viajar aproximadamente 3.5 metros en el aire.
- Debido a la presencia de bremsstrahlung, los materiales de bajo número atómico (Z) son apropiados como escudos de partículas beta.
Blindaje de la radiación beta – Electrones
La radiación beta ioniza la materia más débil que la radiación alfa . Por otro lado, los rangos de partículas beta son más largos y dependen en gran medida de la energía cinética inicial de las partículas. Algunos tienen suficiente energía para ser motivo de preocupación con respecto a la exposición externa. Una partícula beta de 1 MeV puede viajar aproximadamente 3.5 metros en el aire. Dichas partículas beta pueden penetrar en el cuerpo y depositar la dosis en estructuras internas cercanas a la superficie. Por lo tanto, se requiere mayor protección que en caso de radiación alfa.
Los materiales con bajo número atómico Z son apropiados como escudos de partículas beta. Con materiales con alto contenido de Z se asocia bremsstrahlung (radiación secundaria – rayos X). Esta radiación se crea durante la desaceleración de las partículas beta mientras viajan en un medio muy denso. La ropa pesada, el cartón grueso o la placa delgada de aluminio proporcionarán protección contra la radiación beta y evitarán la producción de bremsstrahlung.
Ver también más teoría: interacción de la radiación beta con la materia
Ver también calculadora: actividad beta a tasa de dosis
Blindaje de la radiación beta – Positrones
Las fuerzas de coulomb que constituyen el mecanismo principal de pérdida de energía para los electrones están presentes para la carga positiva o negativa en la partícula y constituyen el mecanismo principal de pérdida de energía también para los positrones. Cualquiera que sea la interacción implica una fuerza repulsiva o atractiva entre la partícula incidente y el electrón orbital (o núcleo atómico), el impulso y la transferencia de energía para partículas de igual masa son casi iguales . Por lo tanto, los positrones interactúan de manera similar con la materia cuando son energéticos . La pista de positrones en el material es similar a la pista de electrones. Incluso su pérdida y rango de energía específicos son casi iguales para energías iniciales iguales.
Al final de su camino , los positrones difieren significativamente de los electrones. Cuando un positrón (partícula antimateria) se detiene, interactúa con un electrón (partícula de materia), lo que resulta en la aniquilación de ambas partículas y la conversión completa de su masa en reposo en energía pura (de acuerdo con la fórmula E = mc 2 ) en forma de dos rayos gamma (fotones) de 0.511 MeV opuestos .
Por lo tanto, cualquier escudo de positrones debe incluir también un escudo de rayos gamma. Para minimizar el bremsstrahlung, es apropiado un escudo de radiación de varias capas. El material para la primera capa debe cumplir los requisitos para el blindaje negativo de radiación beta . La primera capa de dicho escudo puede ser, por ejemplo, una placa delgada de aluminio (para proteger los positrones), mientras que la segunda capa de dicho escudo puede ser un material denso como plomo o uranio empobrecido.
Ver también: Blindaje de la radiación gamma.
Fuente: wikipedia.org
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función de la energía de electrones o positrones. Fuente: http://pdg.lbl.gov/
La forma de esta curva de energía depende de qué fracción de la energía de reacción (valor Q, la cantidad de energía liberada por la reacción) es transportada por el electrón o el neutrino.
Materiales básicos para el blindaje de partículas beta.
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