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Dosimetría de radiación

¿Qué es RAD? – Dosis absorbida por radiación – Definición

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El rad (una abreviatura de Dosis Absorbida por Radiación) es la unidad no SI de la dosis absorbida. Una dosis de un rad es equivalente a la deposición de cien ergios de energía en un gramo de cualquier material. Dosimetría de radiación

La dosis absorbida se define como la cantidad de energía depositada por la radiación ionizante en una sustancia. La dosis absorbida se da el símbolo D . El rad (una abreviatura de R adiation A bsorbed D ose) es la unidad no SI de la dosis absorbida. La dosis absorbida también se mide en una unidad llamada gray (Gy), que se deriva del sistema SI. La unidad no SI rad se utiliza predominantemente en el EE.UU..

dosis absorbida - definición

Unidades de dosis absorbida:

  • Gris. Una dosis de un gray es equivalente a una unidad de energía (julio) depositada en un kilogramo de una sustancia.
  • RAD. Una dosis de un rad es equivalente a la deposición de cien ergios de energía en un gramo de cualquier material.

RAD – Unidad de dosis absorbida

Una dosis de un rad es equivalente a la deposición de cien ergios de energía en un gramo de cualquier material. Tenga en cuenta que, el erg es una unidad de energía y trabajo igual a 10 −7 julios. Una unidad relacionada, el roentgen, se utiliza para cuantificar la exposición a la radiación. El factor F se puede usar para convertir entre rads y roentgens.

Un rad es una dosis significativamente menor que un gris, que es una gran cantidad de dosis absorbida. Una persona que ha absorbido una dosis de 100 rad en todo el cuerpo ha absorbido un julio de energía en cada kg de tejido corporal (es decir, 1 Gy). Las dosis absorbidas medidas en la industria (excepto la medicina nuclear) a menudo tienen dosis comparables a un rad y a menudo se usan los siguientes múltiplos:

1 mrad (milirad) = 1E-3 rad

1 krad (kilorad) = 1E3 rad

Las conversiones de las unidades SI a otras unidades son las siguientes:

  • 1 Gy = 100 rad
  • 1 mGy = 100 mrad

El gray y el rad son unidades físicas. Describen el efecto físico de la radiación incidente (es decir, la cantidad de energía depositada por kg), pero no nos dice nada sobre las consecuencias biológicas de dicha deposición de energía en el tejido vivo.

Ejemplos de dosis absorbidas en rads

Debemos tener en cuenta que la radiación nos rodea. En, alrededor y sobre el mundo en que vivimos. Es una fuerza de energía natural que nos rodea. Es una parte de nuestro mundo natural que ha estado aquí desde el nacimiento de nuestro planeta. En los siguientes puntos tratamos de expresar enormes rangos de exposición a la radiación, que pueden obtenerse de varias fuentes.

  • 0.005 mrad – Dormir al lado de alguien
  • 0.009 mrad : viviendo a 30 millas de una planta de energía nuclear durante un año
  • 0.01 mrad – Comer una banana
  • 0.03 mrad – Vivir dentro de 50 millas de una planta de energía de carbón durante un año
  • 1 mrad : dosis diaria promedio recibida del fondo natural
  • 2 mrad – radiografía de tórax
  • 4 mrad : un vuelo en avión de 5 horas
  • 60 mrad – mamografía
  • 100 mrad – Límite de dosis para miembros individuales del público, dosis efectiva total por año
  • 365 mrad : dosis media anual recibida del fondo natural
  • 580 mrad : tomografía computarizada del tórax
  • 1000 mrad : dosis media anual recibida de un entorno natural en Ramsar, Irán
  • 2 000 mrad : tomografía computarizada de cuerpo completo
  • 17 500 mrad : dosis anual de radiación natural en una playa de monazita cerca de Guarapari, Brasil.
  • 500 000 mrad : dosis necesaria para matar a un humano con un riesgo del 50% en 30 días (LD50 / 30), si la dosis se recibe durante un período muy corto .

Como se puede ver, las dosis bajas son comunes en la vida cotidiana. Los ejemplos anteriores pueden ayudar a ilustrar las magnitudes relativas. Desde el punto de vista de las consecuencias biológicas, es muy importante distinguir entre las dosis recibidas durante períodos cortos y prolongados . Una » dosis aguda » es aquella que ocurre durante un período de tiempo corto y finito, mientras que una » dosis crónica«Es una dosis que continúa durante un período prolongado de tiempo para que se describa mejor mediante una tasa de dosis. Las dosis altas tienden a matar células, mientras que las dosis bajas tienden a dañarlas o cambiarlas. Las dosis bajas distribuidas durante largos períodos de tiempo no causan un problema inmediato a ningún órgano del cuerpo. Los efectos de bajas dosis de radiación ocurren a nivel celular y los resultados pueden no observarse durante muchos años.

Cálculo de la tasa de dosis protegida en rads

Suponga la fuente isotrópica puntual que contiene 1.0 Ci de 137 Cs , que tiene una vida media de 30.2 años . Tenga en cuenta que la relación entre la vida media y la cantidad de radionúclido requerida para dar una actividad de un curie se muestra a continuación. Esta cantidad de material se puede calcular usando λ, que es la constante de descomposición de ciertos nucleidos:

Curie - Unidad de Actividad

Alrededor del 94,6 por ciento se desintegra por emisión beta a un isómero nuclear de bario metaestable : bario-137m. El pico principal de fotones de Ba-137m es 662 keV . Para este cálculo, suponga que todas las desintegraciones pasan por este canal.

Calcule la tasa de dosis de fotones primarios , en rads por hora (rad.h -1 ), en la superficie externa de un blindaje de plomo de 5 cm de espesor. La tasa de dosis de fotones primarios descuida todas las partículas secundarias. Suponga que la distancia efectiva de la fuente desde el punto de dosis es de 10 cm . También supondremos que el punto de dosis es tejido blando y que puede ser simulado razonablemente por el agua y usamos el coeficiente de absorción de energía de masa para el agua.

Ver también: atenuación de rayos gamma

Ver también: Blindaje de rayos gamma

Solución:

La tasa de dosis de fotones primarios se atenúa exponencialmente , y la tasa de dosis de fotones primarios, teniendo en cuenta el escudo, viene dada por:

cálculo de la tasa de dosis

Como se puede ver, no tenemos en cuenta la acumulación de radiación secundaria. Si se producen partículas secundarias o si la radiación primaria cambia su energía o dirección, entonces la atenuación efectiva será mucho menor. Esta suposición generalmente subestima la tasa de dosis real, especialmente para protecciones gruesas y cuando el punto de dosis está cerca de la superficie de la protección, pero esta suposición simplifica todos los cálculos. Para este caso, la tasa de dosis real (con la acumulación de radiación secundaria) será más de dos veces mayor.

Para calcular la tasa de dosis absorbida , tenemos que usar en la fórmula:

  • k = 5,76 x 10 -7
  • S = 3.7 x 10 10 s -1
  • E = 0.662 MeV
  • μ t / ρ = 0.0326 cm 2 / g (los valores están disponibles en NIST)
  • μ = 1.289 cm -1 (los valores están disponibles en NIST)
  • D = 5 cm
  • r = 10 cm

Resultado:

La tasa de dosis absorbida resultante en grises por hora es entonces:

tasa de dosis absorbida - rad - cálculo

Si queremos dar cuenta de la acumulación de radiación secundaria, entonces tenemos que incluir el factor de acumulación. La fórmula extendida para la tasa de dosis es entonces:

tasa de dosis absorbida - gris

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¿Qué es la tasa de exposición a la radiación? Definición

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La tasa de exposición a la radiación es la tasa a la que se recibe una exposición. Es una medida de la intensidad de exposición (o fuerza). Se mide en mR / seg o R / hr. Dosimetría de radiación

La exposición a la radiación es una medida de la ionización del aire debido a la radiación ionizante de fotones de alta energía (es decir, rayos X y rayos gamma). La exposición a la radiación se define como la suma de las cargas eléctricas (∆q) en todos los iones de un signo producido en el aire cuando todos los electrones, liberados por los fotones en un volumen de aire cuya masa es ∆m, se detienen por completo en el aire.

exposición a la radiación - definición

Exposición a la radiación se da el símbolo X . La unidad SI de exposición a la radiación es el coulomb por kilogramo (C / kg), pero en la práctica, se utiliza el roentgen .

Tasa de exposición a la radiación

La tasa de exposición a la radiación es la tasa a la que se recibe una exposición. Es una medida de la intensidad de exposición (o fuerza). Por lo tanto, la tasa de exposición se define como:

tasa de exposición a la radiación - definición

En unidades convencionales, se mide en mR / seg o R / hr . Dado que la cantidad de exposición a la radiación depende directamente (linealmente) del tiempo que las personas pasan cerca de la fuente de radiación, la exposición es igual a la intensidad del campo de radiación (tasa de exposición) multiplicado por la cantidad de tiempo que pasa en ese campo. Debe enfatizarse que este concepto se aplica solo a los rayos X o rayos γ en el aire en un punto fuera del cuerpo. La exposición a la radiación no es aplicable para describir neutrones, partículas cargadas o todas las interacciones que tienen lugar dentro de un cuerpo.

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Qué es la conversión: exposición a la dosis absorbida – Definición

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Conversión: Exposición a dosis absorbida. Por ejemplo, para una exposición de 1 roentgen por rayos gamma con una energía de 1 MeV, la dosis en el aire será de 0.876 rad. Dosimetría de radiación

Conversión: exposición a dosis absorbida

La dosis se define como la cantidad de energía depositada por la radiación ionizante en una sustancia. Para un campo de radiación dado, la dosis absorbida dependerá del tipo de materia que absorbe la radiación. Aunque se conoce una gran cantidad de posibles interacciones, existen tres mecanismos clave de interacción de los rayos gamma con la materia .

Por ejemplo, para una exposición de 1 roentgen por rayos gamma con una energía de 1 MeV , la dosis en el aire será de 0.876 rad . Esto se puede determinar utilizando la energía de ionización del aire seco a 20 ° C y 101.325 kPa de presión, que es 33.97 J / C. Por lo tanto, una exposición de 2.58 × 10 −4 C / kg (1 roentgen) depositaría una dosis absorbida de 8.76 × 10 −3 J / kg (0.876 rad) en aire seco en esas condiciones. En la literatura se puede encontrar una tabla con la exposición a la conversión de dosis para varios materiales para una variedad de energías de rayos gamma.

¿Qué es la exposición?

La exposición a la radiación es una medida de la ionización del aire debido a la radiación ionizante de fotones de alta energía (es decir, rayos X y rayos gamma). La exposición a la radiación se define como la suma de las cargas eléctricas (∆q) en todos los iones de un signo producido en el aire cuando todos los electrones, liberados por los fotones en un volumen de aire cuya masa es ∆m, se detienen por completo en el aire.

exposición a la radiación - definición

Exposición a la radiación se da el símbolo X . La unidad SI de exposición a la radiación es el coulomb por kilogramo (C / kg), pero en la práctica, se utiliza el roentgen .

¿Qué es la dosis absorbida?

La dosis absorbida se define como la cantidad de energía depositada por la radiación ionizante en una sustancia. La dosis absorbida se da el símbolo D . La dosis absorbida generalmente se mide en una unidad llamada gris (Gy), que se deriva del sistema SI. En ocasiones, también se usa la unidad no SI rad , predominantemente en los EE. UU.

dosis absorbida - definición

Unidades de dosis absorbida:

  • Grey . Una dosis de un gray es equivalente a una unidad de energía (julio) depositada en un kilogramo de una sustancia.
  • RAD . Una dosis de un rad es equivalente a la deposición de cien ergios de energía en un gramo de cualquier material.

Dosis absorbida

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¿Qué es la hormesis por radiación? – Definición

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La hormesis de la radiación es un fenómeno de dosis-respuesta y es una hipótesis alternativa, que las dosis bajas de radiación ionizante inducen efectos beneficiosos para la salud. Según la hipótesis de la hormesis de la radiación, las dosis bajas de radiación LET baja pueden estimular la activación de mecanismos de reparación, que protegen contra las enfermedades, que no se activan en ausencia de radiación ionizante. Dosimetría de radiación
Modelo LNT y Modelo Hormesis
Supuestos alternativos para la extrapolación del riesgo de cáncer frente a la dosis de radiación a niveles de dosis baja, dado un riesgo conocido a una dosis alta: modelo LNT y modelo hormesis.

La hormesis de radiación es un fenómeno de dosis-respuesta y es una hipótesis alternativa, que las dosis bajas de radiación ionizante inducen efectos beneficiosos para la salud. Según la hipótesis hormesis de radiación, dosis bajas de radiación de baja LET pueden estimular la activación de los mecanismos de reparación, que protegen contra la enfermedad, que no se activan en ausencia de radiación ionizante. Dosis baja aquí significa pequeñas dosis adicionales comparables a la radiación de fondo normal ( 10 µSv= dosis diaria promedio recibida del fondo natural). Como a altas dosis los efectos negativos son irrefutables, debe existir un umbral entre los efectos beneficiosos y negativos de la radiación. Este umbral se conoce como el Punto Equivalente Cero (ZEP).

La hipótesis de la hormesis de la radiación propone que la exposición a la radiación comparable y justo por encima del nivel natural de radiación de fondo no es dañina sino beneficiosa, al tiempo que acepta que niveles de radiación mucho más altos son peligrosos. Los argumentos a favor de la hormesis se centran en algunos estudios epidemiológicos a gran escala y la evidencia de los experimentos de irradiación animal, pero sobre todo en los recientes avances en el conocimiento de la respuesta adaptativa. Los defensores de la hormesis de la radiación suelen afirmar que las respuestas radioprotectoras en las células y el sistema inmunitario no solo contrarrestan los efectos nocivos de la radiación, sino que también actúan para inhibir el cáncer espontáneo no relacionado con la exposición a la radiación.

Controversia del modelo LNT

Como se escribió anteriormente ( modelo LNT ), hoy el sistema de protección se basa en la hipótesis LNT, que es un modelo conservador utilizado en la protección radiológica para estimar los efectos en la salud de pequeñas dosis de radiación. Este modelo es excelente para configurar un sistema de protección para todo uso de radiación ionizante. En comparación con el modelo hormesis, el modelo LNT supone que no hay un punto umbral y el riesgo aumenta linealmente con una dosis, es decir, el modelo LNT implica que no hay una dosis segura de radiación ionizante. Si este modelo lineal es correcto, la radiación de fondo natural es la fuente de radiación más peligrosa para la salud pública en general, seguida de imágenes médicas como segundo lugar.

El modelo LNT se basa principalmente en el estudio de la vida útil (LSS) de los sobrevivientes de bombas atómicas en Japón. Sin embargo, si bien este patrón es indiscutible a dosis altas, esta extrapolación lineal de riesgo a dosis bajas es cuestionada por muchos experimentos recientes que involucran mecanismos celulares y también existe una alta incertidumbre en la estimación del riesgo utilizando solo estudios epidemiológicos. El problema es que, a dosis muy bajas, es prácticamente imposible correlacionar cualquier irradiación con ciertos efectos biológicos. Esto se debe a que la tasa de cáncer de base ya es muy alta y el riesgo de desarrollar cáncer fluctúa un 40% debido al estilo de vida individual y los efectos ambientales, lo que oscurece los sutiles efectos de la radiación de bajo nivel.Estimación más conservadora .

En el caso de dosis bajas, su carácter conservador (linealidad) tiene enormes consecuencias y el modelo a veces se usa erróneamente (quizás intencionalmente) para cuantificar el efecto canceroso de las dosis colectivas de contaminaciones radiactivas de bajo nivel. Una curva lineal de dosis-efecto permite utilizar dosis colectivas para calcular los efectos perjudiciales para una población irradiada. También se argumenta que el modelo LNT había causado un miedo irracional a la radiación, ya que cada microsievert puede convertirse a la probabilidad de inducción de cáncer, por pequeña que sea esta probabilidad. Por ejemplo, si diez millones de personas reciben una dosis efectiva de 0.1 µSv(un equivalente a comer un plátano), entonces la dosis colectiva será S = 1 Sv. ¿Significa que hay una probabilidad del 5.5% de desarrollar cáncer para una persona debido al consumo de plátano? Tenga en cuenta que, para dosis altas, un sievert representa una probabilidad del 5.5% de desarrollar cáncer.

El problema de este modelo es que descuida una serie de procesos biológicos de defensa que pueden ser cruciales a dosis bajas. La investigación durante las últimas dos décadas es muy interesante y muestra que pequeñas dosis de radiación administradas a una tasa de dosis baja estimulan los mecanismos de defensa. Por lo tanto, el modelo LNT no se acepta universalmente y algunos proponen una relación adaptativa de dosis-respuesta donde las dosis bajas son protectoras y las dosis altas son perjudiciales. Muchos estudios han contradicho el modelo LNT y muchos de ellos han mostrado una respuesta adaptativa a dosis bajas de radiación, lo que resulta en mutaciones y cánceres reducidos.

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¿Qué es la LNT y la dosis colectiva? Definición

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En caso de dosis colectiva, la conservaduría del modelo LNT tiene enormes consecuencias y el modelo a veces se usa erróneamente (quizás intencionalmente) para cuantificar el efecto canceroso de las dosis colectivas de contaminaciones radiactivas de bajo nivel. Dosimetría de radiación
modelo lineal sin umbral
El modelo LNT permite la extrapolación del riesgo de cáncer frente a la dosis de radiación a niveles de dosis baja, dado un riesgo conocido a una dosis alta.

El modelo lineal sin umbral ( modelo LNT) es un modelo conservador utilizado en protección radiológica para estimar los efectos en la salud de pequeñas dosis de radiación . Según el modelo LNT, la radiación siempre se considera dañina sin umbral de seguridad , y se considera que la suma de varias exposiciones muy pequeñas tiene el mismo riesgo biológico que una exposición mayor (linealidad). .

LNT y dosis colectiva

En caso de dosis colectiva , la conservaduría del modelo LNT tiene enormes consecuencias y el modelo a veces se usa erróneamente (quizás intencionalmente) para cuantificar el efecto canceroso de las dosis colectivas de contaminación radiactiva de bajo nivel . Una curva lineal de dosis-efecto permite utilizar dosis colectivas para calcular los efectos perjudiciales para una población irradiada. Simplemente:

dosis efectiva colectiva

Pero, ¿qué significa? Si diez millones de personas reciben una dosis efectiva de 0.1 µSv (un equivalente a comer un plátano ), entonces la dosis colectiva será S = 1 Sv . ¿Significa que hay una probabilidad del 5.5% de desarrollar cáncer para una persona debido al consumo de plátanos? Tenga en cuenta que, para dosis altas, un sievert representa una probabilidad del 5.5% de desarrollar cáncer. Varias organizaciones no están de acuerdo con este resultado y con el uso del modelo lineal sin umbral para estimar el riesgo de exposición a la radiación ambiental y ocupacional de bajo nivel . Hay una pregunta, si la dosis colectiva es significativa en absoluto.

El ICRP solo declara:

“La cantidad de dosis efectiva colectiva es un instrumento para la optimización, para comparar tecnologías radiológicas y procedimientos de protección, predominantemente en el contexto de exposición ocupacional. La dosis efectiva colectiva no pretende ser una herramienta para la evaluación del riesgo epidemiológico, y no es apropiado usarla en proyecciones de riesgo. La agregación de dosis individuales muy bajas durante períodos de tiempo prolongados es inapropiada y, en particular, se debe evitar el cálculo de la cantidad de muertes por cáncer en base a dosis efectivas colectivas de dosis individuales triviales «.

Referencia especial: CIPR, 2007. Recomendaciones de 2007 de la Comisión Internacional de Protección Radiológica. Publicación 103 de la CIPR. Ann. ICRP 37 (2-4).

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Qué es el tiempo de vuelo – Detector TOF – Definición

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Los detectores de tiempo de vuelo ( TOF ) determinan la velocidad de las partículas cargadas midiendo el tiempo requerido para viajar desde el punto de interacción hasta el momento del detector de vuelo, o entre dos detectores. Como se escribió, los contadores de centelleo (especialmente con centelleadores orgánicos) pueden proporcionar una excelente resolución de tiempo y, por lo tanto, pueden usarse como un detector de tiempo de vuelo para discriminar entre una partícula elemental más ligera y más pesada del mismo momento usando su tiempo de vuelo. El primero de los centelleadores activa un reloj al ser golpeado, mientras que el otro detiene el reloj al ser golpeado. Si las dos masas se denotan por m 1 y m 2 y tienen velocidades v 1 y v2, entonces la diferencia de tiempo de vuelo viene dada por:

Tiempo de vuelo - Detector TOF

Estos detectores también se pueden usar para medir el tiempo de vuelo para alcanzar algún contador de centelleo ubicado a una distancia L del punto de origen de la partícula para determinar la velocidad y, por lo tanto, la masa en reposo de la partícula, por lo que se pueden usar para la separación de partículas .

tiempo de vuelo - detector
Distribución de β medida por el detector TOF en función del momento para las partículas que alcanzan TOF en las interacciones p-Pb. ALICE experimento LHC Cern.
Fuente: detectores de partículas; Raffaella De Vita; INFN – Sezione di Genova

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¿Qué es el calorímetro? – Definición

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En física de partículas, un calorímetro es un dispositivo experimental que mide la energía que pierde una partícula a medida que pasa. Calorímetros electromagnéticos y calorímetros hadrónicos. Dosimetría de radiación

En física de partículas, un calorímetro es un dispositivo experimental que mide la energía que pierde una partícula a medida que pasa. Los calorímetros son bloques de material instrumentado en el que las partículas a medir se absorben completamente y su energía se transforma en una cantidad medible. Una señal detectada por un calorímetro es proporcional a la energía depositada. La mayoría de las partículas ingresan al calorímetro e inician una lluvia de partículas y la energía de las partículas se deposita en el calorímetro, se recoge y se mide. La interacción de la partícula incidente con el detector puede ser por interacción electromagnética o por procesos fuertes. Por lo tanto, los calorímetros se pueden dividir ampliamente en:

  • Los calorímetros electromagnéticos se utilizan para medir la energía de electrones y fotones a medida que interactúan (por ejemplo , bremsstrahlung , producción de pares ) con las partículas cargadas eléctricamente en la materia. Una ducha electromagnética comienza cuando un electrón, positrón o fotón de alta energía ingresa a un material. A altas energías (por encima de algunos MeV, por debajo de los cuales el efecto fotoeléctrico y la dispersión de Compton son dominantes), los fotones interactúan con la materia principalmente a través de la producción de pares, es decir, se convierten en un par electrón-positrón, interactuando con un núcleo atómico o un electrón en orden para conservar el impulso.
  • Los calorímetros hadrónicos se utilizan para medir principalmente hadrones a través de sus interacciones fuertes y electromagnéticas . Del mismo modo que para las duchas electromagnéticas, los hadrones pueden depositar energía en la materia a través de una serie de interacciones sucesivas. El proceso físico que causa la propagación de una lluvia de hadrones es considerablemente diferente de los procesos en las duchas electromagnéticas. Los hadrones son relativamente masivos y no pueden irradiar gran parte de su energía a través de bremsstrahlung, pierden su energía principalmente a través de múltiples colisiones nucleares.

Los calorímetros grandes se desarrollaron a principios de la década de 1960, especialmente para su aplicación en experimentos relacionados con rayos cósmicos de alta energía, y se han convertido en herramientas extremadamente importantes para medir las energías de las partículas producidas en los grandes aceleradores.

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¿Qué es la fuerza electromagnética frente a la fuerza gravitacional? Definición

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La fuerza electromagnética y la fuerza gravitacional son dos las cuatro fuerzas fundamentales. Ellos son muy diferentes. Este artículo resume estas diferencias.

Interacción electromagnética – Fuerza electromagnética

La  fuerza electromagnética  es la fuerza responsable de todos los procesos electromagnéticos. Actúa entre partículas cargadas eléctricamente. Es una fuerza de rango infinito, mucho  más fuerte que la fuerza gravitacional , obedece la ley del cuadrado inverso, pero ni la electricidad ni el magnetismo se suman en la forma en que lo hace la fuerza gravitacional. Como hay cargas positivas y negativas (polos), estas cargas tienden a cancelarse entre sí. El electromagnetismo incluye la fuerza electrostática que actúa entre las partículas cargadas en reposo, y el efecto combinado de las fuerzas eléctricas y magnéticas que actúan entre las partículas cargadas que se mueven entre sí.

El  fotón , el cuanto de radiación electromagnética , es una partícula elemental, que es el portador de la fuerza de la fuerza electromagnética. Los fotones son bosones medidores  que no tienen carga eléctrica ni masa en reposo y una unidad de giro. Común a todos los fotones es  la velocidad de la luz , la constante universal de la física. En el espacio vacío, el fotón se mueve a c ( la velocidad de la luz – 299 792 458 metros por segundo ).

Las fuerzas entre partículas estáticamente cargadas eléctricamente se rigen por la  ley de Coulomb . La Ley de Coulomb  se puede usar para calcular la fuerza entre partículas cargadas (por ejemplo, dos protones). La fuerza electrostática es directamente proporcional a las cargas eléctricas de las dos partículas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre las partículas. La Ley de Coulomb se establece como la siguiente ecuación.

Tanto la ley de Coulomb como la fuerza magnética se resumen en la ley de fuerza de Lorentz. Fundamentalmente, las fuerzas magnéticas y eléctricas son manifestaciones de una fuerza de intercambio que implica el intercambio de fotones.

La fuerza electromagnética juega un papel importante en la determinación de las propiedades internas de la mayoría de los objetos encontrados en la vida diaria. Las propiedades químicas de los átomos y las moléculas están determinadas por el número de protones, de hecho, por el número y la disposición de los  electrones .

Interacción Gravitacional – Fuerza Gravitacional

La gravedad fue la primera fuerza que se investigó científicamente. La fuerza gravitacional fue descrita sistemáticamente por Isaac Newton en el siglo XVII. Newton declaró que la fuerza gravitacional actúa entre todos los objetos que tienen masa (incluidos los objetos que van desde átomos y fotones, hasta planetas y estrellas) y es directamente proporcional a las masas de los cuerpos e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre los cuerpos. Como la energía y la masa son equivalentes , todas las formas de energía (incluida la luz) causan gravitación y están bajo su influencia. El rango de esta fuerza es ∞ y es más débil que las otras fuerzas. Esta relación se muestra en la ecuación a continuación.

La ecuación ilustra que cuanto mayor es la masa de los objetos o menor es la distancia entre los objetos, mayor es la fuerza gravitacional . Entonces, aunque las masas de nucleones son muy pequeñas, el hecho de que la distancia entre nucleones sea extremadamente corta puede hacer que la fuerza gravitacional sea significativa. La fuerza gravitacional entre dos protones que están separados por una distancia de 10-20 metros es de aproximadamente 10-24 newtons. La gravedad es la más débil de las cuatro fuerzas fundamentales de la física, aproximadamente 10 38 veces más débil que la fuerza fuerte. Por otro lado, la gravedad es aditiva.. Cada partícula de materia que colocas en un bulto contribuye a la gravedad general del bulto. Dado que también es una fuerza de rango muy largo, es una fuerza dominante a escala macroscópica, y es la causa de la formación, forma y trayectoria (órbita) de los cuerpos astronómicos.

Fuerza electromagnética vs Fuerza gravitacional

Interacciones fundamentales y fuerzas fundamentales

 

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¿Qué es la fuerza fuerte frente a la fuerza gravitacional? Definición

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La fuerza fuerte y la fuerza gravitacional son dos las cuatro fuerzas fundamentales. Ellos son muy diferentes. Este artículo resume estas diferencias.

Interacción fuerte – Fuerza fuerte

La  interacción fuerte  o  fuerza fuerte  es una de las  cuatro fuerzas fundamentales  e implica el intercambio de los bosones medidores de vectores conocidos como  gluones . En general, la  interacción fuerte  es una interacción muy complicada, porque varía significativamente con la distancia. La fuerza nuclear fuerte mantiene unida la mayoría de la materia ordinaria porque confina los  quarks  en   partículas de hadrón como el  protón  y el  neutrón . Además, la fuerza fuerte es la fuerza que puede mantener un núcleo unido contra las enormes fuerzas de repulsión ( fuerza electromagnética) de los protones es realmente fuerte. Desde este punto de vista, tenemos que distinguir entre:

  • Fuerza fuerte fundamental. La fuerza fuerte fundamental, o la fuerza fuerte, es una fuerza de rango muy corto (menos de aproximadamente 0.8 fm, el radio de un nucleón), que actúa  directamente entre quarks . Esta fuerza  mantiene unidos  a los quarks para formar protones, neutrones y otras partículas de hadrones. La fuerte interacción está mediada por el intercambio de partículas sin masa llamadas gluones que actúan entre quarks, antiquarks y otros gluones.
  • Fuerza residual fuerte. La fuerza fuerte residual, también conocida como la  fuerza nuclear , es una fuerza de muy corto alcance (aproximadamente 1 a 3 fm), que actúa para  mantener los neutrones y protones juntos  en los núcleos. En los núcleos, esta fuerza actúa contra la enorme fuerza electromagnética repulsiva de los protones. El término residual está asociado con el hecho, es el residuo de la interacción fundamental fuerte entre los quarks que forman los protones y los neutrones. La fuerza fuerte residual actúa indirectamente a través de los  mesones virtuales π y ρ , que transmiten la fuerza entre los nucleones que mantienen unido el núcleo.

Interacción Gravitacional – Fuerza Gravitacional

La gravedad fue la primera fuerza que se investigó científicamente. La fuerza gravitacional fue descrita sistemáticamente por Isaac Newton en el siglo XVII. Newton declaró que la fuerza gravitacional actúa entre todos los objetos que tienen masa (incluidos los objetos que van desde átomos y fotones, hasta planetas y estrellas) y es directamente proporcional a las masas de los cuerpos e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre los cuerpos. Como la energía y la masa son equivalentes , todas las formas de energía (incluida la luz) causan gravitación y están bajo su influencia. El rango de esta fuerza es ∞ y es más débil que las otras fuerzas. Esta relación se muestra en la ecuación a continuación.

La ecuación ilustra que cuanto mayor es la masa de los objetos o menor es la distancia entre los objetos, mayor es la fuerza gravitacional . Entonces, aunque las masas de nucleones son muy pequeñas, el hecho de que la distancia entre nucleones sea extremadamente corta puede hacer que la fuerza gravitacional sea significativa. La fuerza gravitacional entre dos protones que están separados por una distancia de 10-20 metros es de aproximadamente 10-24 newtons. La gravedad es la más débil de las cuatro fuerzas fundamentales de la física, aproximadamente 10 38 veces más débil que la fuerza fuerte. Por otro lado, la gravedad es aditiva.. Cada partícula de materia que colocas en un bulto contribuye a la gravedad general del bulto. Dado que también es una fuerza de rango muy largo, es una fuerza dominante a escala macroscópica, y es la causa de la formación, forma y trayectoria (órbita) de los cuerpos astronómicos.

Fuerza fuerte vs fuerza gravitacional

Interacciones fundamentales y fuerzas fundamentales

 

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Qué es el blindaje de la radiación beta – Electrones – Definición

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El blindaje de la radiación beta debe usar materiales con un número atómico bajo Z. Los rangos de partículas beta son más largos y dependen en gran medida de la energía cinética inicial de la partícula. Dosimetría de radiación

Descripción de 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 nuclear ocurre especialmente la descomposición 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 .

desintegración beta
Desintegración beta del núcleo C-14.

Blindaje de la radiación beta – Electrones

Las siguientes características de las partículas beta (electrones) son cruciales en su blindaje.

  • 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 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 de alta Z el bremsstrahlung(radiación secundaria – rayos X) está asociada. Esta radiación se crea durante la desaceleración de las partículas beta mientras viajan en un medio muy denso. La ropa gruesa, el cartón grueso o la placa delgada de aluminio proporcionarán protección contra la radiación beta y evitarán la producción de bremsstrahlung. El plomo y el plástico se usan comúnmente para proteger la radiación beta. La literatura sobre protección radiológica es omnipresente al recomendar la colocación de plástico primero para absorber todas las partículas beta antes de usar cualquier blindaje de plomo. Este consejo se basa en la teoría bien establecida de que las pérdidas radiativas (producción de bremsstrahlung) son más frecuentes en materiales con mayor número atómico (Z) que en materiales con bajo Z.

Ver también más teoría: interacción de la radiación beta con la materia

Ver también calculadora: actividad beta a tasa de dosis 

Partícula Alfa - Cámara Nube
Partículas alfa y electrones (desviados por un campo magnético) de una barra de torio en una cámara de niebla.
Fuente: wikipedia.org

Bremsstrahlung vs. Ionización

Pérdida de energía fraccional por longitud de radiación en plomo en
función de la energía de electrones o positrones.Fuente: http://pdg.lbl.gov/

Blindaje de la radiación alfa y beta

Materiales básicos para el blindaje de partículas alfa y beta.

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