Tipos de Semidesintegración

 

 

Rutheford realizó la experiencia fundamental para dilucidar los tipos de radiaciones que procedían de la de-sintegración de un elemento radiactivo natural. 

Así fue que al hacer incidir las mismas sobre un campo magnético detectó tres formas, las que se desviaban hacia el polo negativo, las que se desviaban hacia el polo positivo y las que no modificaban su trayectoria.

A las primeras  las denomino radiación alfa, a las segundas radiación beta negativa y a las terceras radiación gamma.

Años mas tarde, con el advenimiento de la radiactividad artificial, sé descubrieron las emisiones beta positiva, los procesos de captura electrónica y  de conversión interna, la emisión de neutrones y la transición isomérica.

Las radiaciones alfa y beta negativa son formas de desintegración que utilizan los núclidos inestables para alterar su relación carga/masa y, consecuentemente  transformarse en núclidos estables.

 

 

DESINTEGRACIÓN ALFA

 

La desintegración alfa (a) es llevada a cabo por núclidos que, para alcanzar la estabilidad, emiten partículas formadas por dos protones y dos neutrones; estas son altamente ionizantes y, consecuentemente, interaccionan con la materia en forma  intensa quedando retenidas en los primeros milímetros de la misma.

 

La radiación alfa está formada por núcleos de átomos de helio y, consecuentemente, el elemento emisor disminuye su número másico en cuatro unidades y su número atómico en dos.

 

 

 

                                                             A                              A-4                 4

                                                                X                Y   +  He

                                                             Z                               Z-2                  2

 

 

 

DESINTEGRACION BETA NEGATIVA

 

La desintegración beta negativa (b-) es una emisión de electrones de una  velocidad comparable con la de la luz; estos se forman  a partir de la transformación espontánea de un neutrón que origina un protón, un electrón y un antineutrino (n).

 

 

 

 

 

 

Tanto el concepto de neutrino, como el de antineutrino, fue desarrollado por Fermi para explicar los espectros de energía provenientes de las desintegraciones beta; ambos son partículas sin masa y sin carga que se mueven con la velocidad de la luz y, consecuentemente, tienen pobre o nula interacción con la materia  representando la falta o el exceso de energía en los espectros.

Volviendo a la desintegración beta negativa  esta surge por la perdida de un neutrón y, consecuentemente, la ganancia de un protón;  así  este radionúclído modificará su número atómico en una unidad pero su número másico quedara igual.

 

 

 

 

                                                             A                                A                                                   

                                                                X                Y   + e-  +  n

                              Z                                Z+1

           

           

 

DESINTEGRACIÓN BETA POSITIVA

La desintegración beta positiva (b+)implica la emisión de positrones (e+)  los que son  considerados como a una antipartícula del electrón dado que tiene su misma masa pero carga de signo opuesto.Para explicar su existencia se utiliza él concepto, ya explicado, del neutrino dado que esta desintegración esta caracterizada por la conversión de un protón en un neutrón y la emisión de un neutrino.(figura 3)

 

                                                                                                           

 

Esta desintegración ocasiona la perdida de un protón por lo cual el radionúclido desciende una unidad en su número atómico pero no cambia su número de masa.

 

 

 

                                                              

                                                             A                                A                  

                                                                X                Y   + e-  +  n

                              Z                                Z-1

           

 

           

 

Las radiaciones beta, al no poseer masa apreciable, tienen  menor capacidad para interaccionar con la mate-ria y es así que penetran mas  en esta.

 

 

CAPTURA ELECTRÓNICA

 

 

La captura electrónica  es un proceso de desintegración que sufre un núcleo cuando captura un electrón de las órbitas próximas a él (figura 4)

 

 

 

En este caso la reacción se expresa así:

 

                                              

p + e-             n + n

 

           

 

Ocurre cuando un electrón se une a un protón originando un neutrón y la emisión de un neutrino; así que las consecuencias son las mismas que  en una emisión beta positiva pero, en este caso, el lugar dejado por el electrón capturado es ocupado por otro proveniente de una órbita superior produciéndose  la emisión de energía caracterís-tica.

 

 

EMISIÓN DE NEUTRONES

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       

 

La emisión de neutrones  ocurre en aquellos átomos que se convierten en isótopos dado que  su número atómico no cambia mientras que el  másico desciende una unidad.

 

 

                                                                       A                                 A-1

                                                                         X                  Z   +  n

                                                                       Z                                   Z

 

 

 

 

La cantidad de energía que se emite es pequeña y con escaso valor de penetrabilidad en la materia.

 

 

 

TRANSICIÓN ISOMÉRICA

La transición isomérica  ocurre en aquellos núcleos que poseen la característica de estar excitados durante un tiempo cuantificable, son los denominados metaestables. El cambio del estado metaestable al estable está  acompañado por la emisión de energías en forma de radiación gamma, un ejemplo de esto lo constituye el Tc-99m

 

 

 

 

 

 

CONVERSIÓN INTERNA

 

 

La conversión interna ocurre en aquellos núcleos pesados que ceden parte de su exceso de energía a un electrón próximo desplazándolo de su órbita y ocupando el lugar vacante con otro electrón proveniente de órbitas  externas con la consecuente emisión de energía (Figura 5).

   

 

 

DESINTEGRACIÓN GAMMA  

 

 

            La radiación gamma, tercera componente de la radiactividad natural, penetra en la materia mucho más que la alfa y la beta siendo sus principales características la ausencia de carga y masa.  Se trata de una radiación electro-magnética  cuyo origen es múltiple dado que pueden formarse en varios de los procesos de desintegración ya vistos.

 

 

INTERACCIÓN CON LA MATERIA

 

           

Durante todo el análisis de las formas de desintegración se ha puesto mucha atención en la interacción con la materia dado que, por tal proceso, la radiación electromagnética entrega parte de su energía y difunde el resto, la ex        -  presión matemática es:

 

                       Eat.= Eate. +  Edif.

 

 

                Los fotones que interactuan con los átomos del material a irradiar lo hacen probabilisticamente y es por esta razón que tanto pueden interactuar con el núcleo como con los electrones dando origen a diferentes tipos o formas de interacción.

 

La interacción de los fotones con electrones origina el efecto fotoeléctrico, el efecto Compton y la difusión Rayleigh mientras que la interacción con los núcleos origina la di-fusión Thomson, la formación de pares y el efecto fotonuclear.

 

 

 

 

 

 

            Solo comentaremos los procesos de interacción más importantes para la radiofarmacia.

 

 

EFECTO FOTOELÉCTRICO

 

El efecto fotoeléctrico ocurre cuando un fotón interactúa con un electrón orbital y le cede toda su energía arrancándolo de su órbita  entregando el sobrante como energía cinética.
El lugar vacante es ocupado por otro electrón, procedente de una órbita su-perior, y como este posee mayor energía la diferencia se emite como radiación electromagnética difusa (figura 6)

 

 

EFECTO COMPTON

                                                                                                                                                                                                                                                                             

El efecto Compton ocurre cuando un fotón interacciona con un electrón de capas superiores al cual le cede parte de su energía arrancándolo de su órbita al tiempo que el fotón se desvía de su trayectoria con menor energía que la inicial.
Así el electrón expulsado, el comptoelectrón, posee una energía cinética, aproximadamente  igual, a la diferencia entre el fotón incidente y el fotón desviado (figura 7).

 

                                                                                                         

 

 

 

 

 

 

 

 

FORMACIÓN DE PARES

 

La formación de pares ocurre cuando un fotón de alta energía interacciona con un núcleo grande convirtiéndose, por efecto del campo nuclear, en un electrón y un positrón el cual interactúa rápidamente con otro electrón, fenómeno de aniquilación, generando dos foto-nes de direcciones opuestas de 0.51 MeV cada uno (figura 8).

 

 

 

UNIDADES DE INTERACCIÓN DE LAS RADIACIONES CON LA MATERIA

                    

 

Para entender el concepto de interacción de la radiación con la materia hace falta definir parámetros de análisis; el primero es el roentgen “R” que representa la generación de una unidad electrostática de carga en un centímetro cúbico de aire en condiciones normales de presión y temperatura.

Esta unidad entiende a todo lo referente a exposición pero al estudiar la materia  lo importante es la dosis absorbida; este concepto se explica mediante  el  “rad” (radiation absorbed dose) que equivale a una transferencia de 100 ergios por cada gramo de materia. Actualmente en el Sistema Internacional de Unidades la dosis absorbida se expresa en gray “Gy” que se mide en jules por kg. de material.

Para considerar los efectos biológicos de las radiaciones sobre seres vivos de define la dosis equivalente que surge de la dosis absorbida por un factor de calidad de la radiación que vale uno para los rayos X, gamma y beta, de diez para los neutrones y protones y de veinte para partículas alfa; la unidad de medida es el sievert “Sv” que equivale a 100 rem.

 

             

Bibliografía

 

1.- Fundamentals of Radiopharmacy.

Ire-Celltarg 1989.

2.- Blocker, B.

Atlas de física atómica.

Editorial Alianza, Madrid,1988

3.- Pérez Piqueras J.L, Labanda Tejedor J.P, Secades Aris I, Martínez Aedo J.L y Sánchez Mayorga A

Medicina Nuclear Clínica

Editorial Marban, Madrid, 1994