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.
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
| 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.
| 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.
| 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.
| 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 |
| 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). |
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.
|
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) |
|
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). |
| 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