Los radionucleidos cosmogénicos son radionucleidos generados por las reacciones nucleares durante la interacción entre los rayos cósmicos de alta energía y los núcleos estables de la atmósfera. Uno de los radionucleidos cosmogénicos conocidos es carbono-14, que se genera por la reacción de 14 N (n, p) 14 C . Los otros isótopos generados son los siguientes: 3 H, 7 Be, 22 Na. La mayoría de los radionucleidos cosmogénicos son productos de (n, p), (p, n) y especialmente reacciones de espalación. Estas reacciones nucleares son muy rápidas y ocurren en un tiempo comparable al tiempo de tránsito de una partícula incidente a través del núcleo (~ 10 -22s) El tiempo de interacción muy corto permite la interacción de un solo nucleón solamente (en casos extremos). Estas reacciones se conocen como reacciones nucleares directas .
Carbono-14
El único radionúclido cosmogénico que hace una contribución significativa a la exposición interna del ser humano es el carbono 14. El carbono 14 radioactivo tiene una vida media de 5730 años y sufre desintegración β , donde el neutrón se convierte en un protón , un electrón y un antineutrino electrónico :
A pesar de esta corta vida media en comparación con la edad de la tierra, el carbono 14 es un isótopo natural. Su presencia puede explicarse por la siguiente observación simple. Nuestra atmósfera contiene muchos gases, incluido nitrógeno-14. Además, la atmósfera está constantemente bombardeada con rayos cósmicos de alta energía , que consisten en protones, núcleos más pesados o rayos gamma. Estos rayos cósmicos interactúan con los núcleos de la atmósfera y producen también neutrones de alta energía . Estos neutrones producidos en estas colisiones pueden ser absorbidos por el nitrógeno-14 para producir un isótopo de carbono-14:
El carbono-14 también puede ser producido en la atmósfera por otras reacciones de neutrones, incluyendo en particular 13C (n, γ) 14C y 17O (n, α) 14C. Como resultado, el carbono 14 se forma continuamente en la atmósfera superior por la interacción de los rayos cósmicos con el nitrógeno atmosférico. En promedio, solo uno de cada 1.3 x 10 12 átomos de carbono en la atmósfera es un átomo radiactivo de carbono 14. Como resultado, todas las sustancias biológicas vivas contienen la misma cantidad de C-14 por gramo de carbono, es decir, 0.3 Bq de actividad de carbono-14 por gramo de carbono. El carbono 14 está presente en el cuerpo humano (13 kg de carbono en 70 kg humanos) a un nivel de aproximadamente 3700 Bq (0.1 μCi) con una vida media biológica de 40 días. Tenga en cuenta que, la vida media biológicaes el tiempo necesario para que la cantidad de un elemento particular en el cuerpo disminuya a la mitad de su valor inicial debido a la eliminación por procesos biológicos solos. Sin embargo, un átomo de carbono está en la información genética de aproximadamente la mitad de las células, mientras que el potasio no es un componente del ADN. La descomposición de un átomo de carbono 14 dentro del ADN en una persona ocurre aproximadamente 50 veces por segundo, cambiando un átomo de carbono a uno de nitrógeno.
Se estima que la dosis anual de carbono-14 es de aproximadamente 12 μSv / año .
Mientras el sistema biológico esté vivo, el nivel es constante debido a la ingesta constante de todos los isótopos de carbono. Cuando el sistema biológico muere, deja de intercambiar carbono con su entorno y, a partir de ese momento, la cantidad de carbono 14 que contiene comienza a disminuir a medida que el carbono 14 sufre descomposición radiactiva.
Ver también: citas de carbono-14
Tritio
El tritio es el único radioisótopo natural de hidrógeno. Su número atómico es naturalmente 1, lo que significa que hay 1 protón y 1 electrón en la estructura atómica. A diferencia del núcleo de hidrógeno y el núcleo de deuterio, el tritio tiene 2 neutrones en el núcleo. El tritio es natural, pero es extremadamente raro .
El tritio se produce en la atmósfera cuando los rayos cósmicos chocan con las moléculas de aire. En la reacción más importante para la producción natural, un neutrón rápido (que debe tener una energía superior a 4.0 MeV) interactúa con el nitrógeno atmosférico:
En todo el mundo, la producción de tritio a partir de fuentes naturales es de 148 petabecquerels por año. Como resultado, el agua tritiada producida participa en el ciclo del agua.
- aproximadamente 400 Bq / m 3 en agua continental
- aproximadamente 100 Bq / m 3 en los océanos
El tritio es un isótopo radiactivo, pero emite una forma muy débil de radiación, una partícula beta de baja energía que es similar a un electrón. Es un emisor beta puro (es decir, un emisor beta sin una radiación gamma que lo acompañe ). La energía cinética del electrón varía, con un promedio de 5,7 keV, mientras que el antineutrino electrónico casi indetectable se lleva la energía restante . Una energía de electrones tan baja causa que el electrón no pueda penetrar en la piel o incluso no viajar muy lejos en el aire. Las partículas beta del tritio pueden penetrar solo alrededor de 6.0 mm de aire. El tritio se desintegra a través de la desintegración beta negativa en helio-3 con una vida media de 12,3 años .
Por lo tanto, el tritio representa un riesgo para la salud como resultado de la exposición interna solo después de la ingestión en agua potable o alimentos, o la inhalación o absorción a través de la piel. El tritio introducido en el cuerpo se distribuye uniformemente entre todos los tejidos blandos. Una dosis anual promedio de la ingesta de tritio natural es 0.01 μSv .
En caso de ingestión o inhalación de tritio artificial, un tiempo medio biológico de tritio es de 10 días para HTO y 40 días para OBT (tritio unido orgánicamente) formado a partir de HTO en el cuerpo de adultos. También se demostró que el tiempo medio biológico de HTO depende en gran medida de muchas variables y varía de aproximadamente 4 a 18 días. Durante los meses más cálidos, la vida media promedio es menor, lo que se atribuye al aumento de la ingesta de agua. Además, beber grandes cantidades de alcohol reducirá la vida media biológica del agua en el cuerpo.
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