Qué es la radiación cósmica – Rayo cósmico – Definición

Radiación cósmica

La radiación cósmica se refiere a las fuentes de radiación en forma de rayos cósmicos que provienen del Sol o del espacio exterior. La tierra siempre ha sido bombardeada por partículas de alta energía que se originan en el espacio exterior y generan lluvias de partículas secundarias en la atmósfera inferior. Las partículas cargadas (especialmente los protones de alta energía) del sol y el espacio exterior interactúan con la atmósfera terrestre y el campo magnético para producir una lluvia de radiación (es decir, una ducha de aire), típicamente radiación beta y gamma . Si vive en elevaciones más altas o es un pasajero frecuente de una aerolínea, esta exposición puede ser significativamente mayor, ya que la atmósfera es más delgada aquí. Los efectos del campo magnético de la tierra.También determina la dosis de la radiación cósmica .

A nivel del suelo, los muones , con energías principalmente entre 1 y 20 GeV, contribuyen con aproximadamente el 75% de la tasa de dosis absorbida en el aire libre. El resto proviene de electrones producidos por los muones o presentes en la cascada electromagnética. La dosis anual de rayos cósmicos al nivel del mar es de alrededor de 0.27 mSv (27 mrem).

Composición de la radiación cósmica.

La radiación cósmica primaria consiste en una mezcla de protones de alta energía (~ 87%), partículas alfa (~ 11%), electrones de alta energía (~ 1%) y un rastro de núcleos más pesados ​​(~ 1%). La energía de estas partículas oscila entre 10 ⁸ eV y 10 ²⁰ eV. Una fracción muy pequeña son partículas estables de antimateria , como positrones o antiprotones . La naturaleza precisa de esta fracción restante es un área de investigación activa.

Posteriormente, se produce una gran cantidad de partículas secundarias , en particular, neutrones y piones cargados como resultado de las interacciones entre las partículas primarias y la atmósfera de la Tierra. Dado que los piones son partículas subatómicas de corta duración, la posterior descomposición de los piones resulta en la producción de muones de alta energía . A nivel del suelo, los muones , con energías principalmente entre 1 y 20 GeV, contribuyen con aproximadamente el 75% de la tasa de dosis absorbida en el aire libre. La tasa de dosis de la radiación cósmica varía en diferentes partes del mundo y depende en gran medida del campo geomagnético , la altitud y el ciclo solar.. La tasa de dosis de radiación cósmica en los aviones es tan alta que, según el Informe UNSCEAR 2000 de las Naciones Unidas, los trabajadores de la tripulación de vuelo de las aerolíneas reciben más dosis en promedio que cualquier otro trabajador, incluidos los de las centrales nucleares.

También tenemos que incluir los neutrones a nivel del suelo. Los rayos cósmicos interactúan con los núcleos en la atmósfera y producen también neutrones de alta energía . Según UNSCEAR, la fluidez de los neutrones es de 0.0123 cm ^-2 s ^–1 a nivel del mar para una latitud geomagnética de 45 N. En base a esto, la dosis anual efectiva de neutrones a nivel del mar y a 50 grados de latitud se estima en 0.08 mSv (8 mrem). Cabe destacar que, en la vecindad de objetos más pesados ​​más grandes, por ejemplo, edificios o barcos, el flujo de neutrones mide más alto. Este efecto se conoce como «firma de neutrones inducida por rayos cósmicos» o » efecto de nave«Tal como se detectó por primera vez con barcos en el mar. Los rayos cósmicos crean lluvias en la atmósfera que incluyen un amplio espectro de neutrones, muones y protones secundarios. Los neutrones secundarios pueden ser de muy alta energía y pueden inducir eventos de espalación en materiales a nivel del suelo. Por lo tanto, en la vecindad de objetos más grandes y pesados, estos neutrones múltiples producidos en eventos de espalación se denominan neutrones de «efecto de barco» .

Los neutrones producidos en la atmósfera superior también son responsables de la generación de carbono radioactivo 14, que es el radionúclido cosmogénico más conocido. 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 ¹²Los átomos de carbono en la atmósfera es un átomo de carbono 14 radioactivo. 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. 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.

Energía de rayos cósmicos

Se ha observado que las energías de los rayos cósmicos de energía ultraalta (UHECR) más enérgicas se aproximan a 3 x 10 ²⁰ eV, aproximadamente 40 millones de veces la energía de las partículas aceleradas por el Gran Colisionador de Hadrones. El origen de las partículas de alta energía es del espacio exterior. Se supone que las partículas con una energía de hasta aproximadamente 10 ¹⁵ eV provienen de nuestra propia galaxia, mientras que aquellas con las energías más altas probablemente tengan un origen extragaláctico.

Clasificación de la radiación cósmica

La radiación cósmica se puede dividir en diferentes tipos según su origen. Hay tres fuentes principales de dicha radiación:

• Radiación solar cósmica . La radiación cósmica solar se refiere a las fuentes de radiación en forma de partículas de alta energía (predominantemente protones) emitidas por el sol, principalmente en eventos de partículas solares (SPEs).
• Radiación Cósmica Galáctica . La radiación cósmica galáctica, GCR, se refiere a fuentes de radiación en forma de partículas de alta energía que se originan fuera del sistema solar, pero generalmente desde nuestra galaxia, la Vía Láctea.
• Radiación de los cinturones de radiación de la Tierra (cinturones de van Allen ). Los cinturones de radiación de Van Allen son zonas de partículas de alta energía (especialmente protones) atrapadas por el campo magnético de la Tierra.

Radiación Cósmica Galáctica

Radiación cósmica galáctica , GCR, se refiere a fuentes de radiación en forma de partículas de alta energía que se originan fuera del sistema solar. Los GCR son núcleos de alta energía de los cuales todos los electrones circundantes han sido eliminados durante su paso de alta velocidad a través de la galaxia. El incidente de GCR en la atmósfera superior consiste en un componente nucleónico, cuyo agregado representa el 98% del total (2% son electrones). El componente nucleónico consiste en una mezcla de protones de alta energía (~ 86%), partículas alfa (~ 12%) y un rastro de núcleos más pesados ​​(~ 1%). Los GCR están atrapados por el campo magnético galáctico, por lo tanto, probablemente se han acelerado en los últimos millones de años y han viajado muchas veces por la galaxia. Su mecanismo de aceleración es incierto, Pero uno de los posibles mecanismos es que las partículas se aceleran por las ondas de choque que se expanden desde las supernovas. La energía de estas partículas oscila entre 10⁸ eV y 10 ²⁰ eV. Una fracción muy pequeña son partículas estables de antimateria, como positrones o antiprotones.

La naturaleza precisa de esta fracción restante es un área de investigación activa. La tasa de fluencia de GCR varía con la actividad solar, siendo menor cuando la actividad solar es mayor. En mínimos solares, debido a un menor blindaje del campo magnético solar, la fluencia es significativamente mayor que al máximo solar.

Radiación Cósmica Solar – Evento de Partícula Solar

La radiación cósmica solar se refiere a las fuentes de radiación en forma de partículas de alta energía (predominantemente protones) emitidas por el Sol , principalmente en eventos de partículas solares (SPEs). La radiación solar incidente en la atmósfera superior consiste principalmente en protones (99%), con energías generalmente inferiores a 100 MeV. Los eventos de partículas solares, por ejemplo, ocurren cuando los protones emitidos por el Sol se aceleran cerca del Sol durante una llamarada o en el espacio interplanetario por choques de eyección de masa coronal. Tenga en cuenta que el Sol tiene un ciclo de 11 años, que culmina en un aumento dramático en el número y la intensidad de las erupciones solares, especialmente durante los períodos en que hay numerosas manchas solares.

La radiación solar es un peligro de radiación significativo para las naves espaciales y los astronautas, también produce tasas de dosis significativas a grandes altitudes, pero solo la radiación más energética contribuye a las dosis a nivel del suelo. Tenga en cuenta que cualquiera que haya estado en la superficie de la Luna durante una erupción solar particularmente violenta en 2005 habría recibido una dosis letal .

Radiación de los cinturones de radiación de la Tierra – cinturones Van Allen

Los cinturones de radiación de Van Allen son zonas de partículas de alta energía (especialmente protones) atrapadas por el campo magnético de la Tierra . La mayoría de estas partículas de alta energía se originan del viento solar, que fue capturado y retenido alrededor de un planeta por el campo magnético de esa tierra. El cinturón de van Allen se forma como un toro sobre el ecuador. Hay dos cinturones de radiación van Allen, un cinturón interno está centrado a unos 3.000 kilómetros y un cinturón exterior está centrado a unos 22.000 kilómetros de la superficie de la tierra. Contiene principalmente protones energéticos en el rango de 10-100 MeV.

Las naves espaciales que viajan más allá de la órbita terrestre baja entran en la zona de radiación de los cinturones de Van Allen. Más allá de los cinturones, enfrentan peligros adicionales por los rayos cósmicos y los eventos de partículas solares. Una región entre los cinturones de Van Allen internos y externos se encuentra en dos o cuatro radios de la Tierra y a veces se la conoce como la «zona segura».

Tasa de dosis en avión – Radiación en vuelo

La exposición a la radiación cósmica aumenta rápidamente con la altitud. En vuelo hay dos fuentes principales de radiación natural a considerar: los rayos cósmicos galácticos que siempre están presentes y los eventos de protones solares, a veces llamados eventos de rayos cósmicos solares (SCR), que ocurren esporádicamente. La tasa de dosis de la radiación cósmica varía en diferentes partes del mundo y depende en gran medida del campo geomagnético, la altitud y el ciclo solar. El campo de radiación en las altitudes de los aviones consiste en neutrones, protones y piones. En vuelo, los neutrones aportan del 40 al 80% de la dosis equivalente., dependiendo del campo geomagnético, la altitud y el ciclo solar. La tasa de dosis de radiación cósmica en los aviones es tan alta (pero no peligrosa) que, según el Informe UNSCEAR 2000 de las Naciones Unidas, los trabajadores de la tripulación de vuelo de las aerolíneas reciben más dosis en promedio que cualquier otro trabajador, incluidos los de las centrales nucleares.

La tasa de dosis a nivel del suelo es en promedio de aproximadamente 0.10 μSv / h, pero a la altitud máxima de vuelo (8.8 km o 29,000 pies) puede alcanzar aproximadamente 2.0 μSv / h (o incluso valores más altos). Se puede usar una tasa de dosis de 4 μSv / h para representar la tasa de dosis promedio para todos los vuelos de larga distancia (debido a altitudes más altas). Debe agregarse, para aviones supersónicos como el Concorde, que podrían hacer un vuelo transatlántico en 3.5 horas, la tasa de exposición (aproximadamente 9 μSv / h ) a su altitud de 18 km se incrementó lo suficiente como para dar como resultado la misma exposición a rayos cósmicos por cruce como para chorros convencionales trundling a unos 8 km.

Blindaje de radiación cósmica

El campo magnético de la Tierra proporciona un escudo vital contra la radiación de la radiación cósmica. Además de una atmósfera protectora, también tenemos la suerte de que la Tierra tenga un campo magnético. El campo magnético se extiende varias decenas de miles de kilómetros en el espacio, protegiendo a la Tierra de las partículas cargadas del viento solar y los rayos cósmicos que de otro modo eliminarían la atmósfera superior, incluida la capa de ozono que protege a la Tierra de la dañina radiación ultravioleta. Nos protege de los efectos completos del viento solar y GCR. Sin esta protección, la biosfera de la Tierra podría no existir como lo hace hoy, o al menos estaría limitada al subsuelo. El campo magnético de la Tierra también proporciona un escudo de radiación para los astronautas y la propia ISS, porque está en órbita terrestre baja.

Los cálculos de la pérdida de dióxido de carbono de la atmósfera de Marte, como resultado de la eliminación de iones por el viento solar, indican que la disipación del campo magnético de Marte causó una pérdida casi total de su atmósfera.

Radiación Cósmica – ¿Es peligroso?

Debemos enfatizar que comer plátanos, trabajar como tripulación de vuelo de una aerolínea o vivir en lugares con, aumenta su tasa de dosis anual. Pero no significa que deba ser peligroso. En cada caso, la intensidad de la radiación también es importante. Es muy similar al calor de un incendio (menos radiación energética). Si está demasiado cerca, la intensidad de la radiación de calor es alta y puede quemarse. Si está a la distancia correcta, puede resistir allí sin ningún problema y, además, es cómodo. Si está demasiado lejos de la fuente de calor, la insuficiencia de calor también puede dañarlo. Esta analogía, en cierto sentido, puede aplicarse a la radiación también de fuentes de radiación.

En caso de radiación de rayos cósmicos , estamos hablando de las llamadas «dosis bajas» . Una dosis baja aquí significa pequeñas dosis adicionales comparables a la radiación de fondo normal ( 10 µSv = dosis diaria promedio recibida del fondo natural). Las dosis son muy muy bajas y, por lo tanto, la probabilidad de inducción de cáncer podría ser casi insignificante. En segundo lugar, y esto es crucial, la verdad sobre las bajas dosis de efectos sobre la salud de la radiación aún necesita ser encontrada. No se sabe exactamente si estas bajas dosis de radiación son perjudiciales o beneficiosas (y dónde está el umbral). Los organismos gubernamentales y reguladores asumen un modelo LNT en lugar de un umbral u hormesisno porque sea más convincente científicamente, sino porque es la estimación más conservadora . 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 de dosis-respuesta adaptativa 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 la dosis baja de radiación que resulta en mutaciones y cánceres reducidos. Este fenómeno se conoce comoHormesis de radiación .