¿QUE ES LA QUIMICA NUCLEAR? Química nuclear: trata de radiactividad, procesos nucleares y características nucleares, radiactivo elementos tales como actinidas, radio y radón junto con la química asociada al equipo (por ejemplo reactores nucleares) cuáles se diseñan para realizar procesos nucleares.
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¿COMO FUNCIONA? En una colisión entre varios elementos dentro del núcleo de la central. Cuando allí el uranio, torio y plutonio reciben un neutrón se produce un impacto entre ambos, algo que libera energía creando dos neutrones, que a continuación impactarán con dos núcleos atómicos que se volverán a multiplicar y así sucesivamente. En este proceso se genera mucha energía, en forma de calor. Lo que se busca en las centrales es hacer este proceso de forma controlada, por lo que se aplican diferentes procedimientos, usando un material para diluir el material fusionable y disminuir la velocidad de los neutrones, utilizando un material que comúnmente se llama moderador. Con estos dos procesos se puede controlar lo que ocurre en el proceso, pero para que la central nuclear sea efectiva es necesario sacar la energía, para lo que se usa un líquido refrigerante, que también servirá para enfriar el reactor. En el caso de la central de Fukushima el refrigerante usado es agua normal. Esta pasa por el reactor, lo enfría y genera vapor. El vapor transcurre por una serie de turbinas que están conectadas a un generador y ahí es donde se genera la electricidad que después podemos usar --el proceso se repite de forma continua--. Una explicación de esto algo más extendida la podéis leer de mano de Arturo Quirantes, profesor de Física de la Universidad de Granada. Que sucede cuando se produce una fusión del núcleo: Normalmente el reactor funciona a unos 1.200 grados Celsius y hay un riesgo real de fusión cuando se alcanzan los 3.000 grados. La fusión del núcleo se puede producir debido a diferentes causas, principalmente porque la potencia del reactor no pueda ser controlada ya que no se pueda refrigerar correctamente el reactor, ya sea por la pérdida de refrigerante o por la imposibilidad de hacer funcionar el sistema. Esto último es lo que está sucediendo en la central de Fukushima. Cuando se sobrepasa la barrera de temperatura anteriormente mencionada tiene lugar la fusión del núcleo, que se produce cuando el material usado, normalmente uranio, pasa de estar en estado sólido a líquido. Con esto se produciría la destrucción del reactor y lo más grave, un posible colapso de la estructura del edificio --que es lo que sucedió en Chernobyl debido a algo mucho más serio, una explosión del reactor y la posible filtración del material radiactivo al subsuelo (lo que nunca ha ocurrido todavía).
¿EN QUE PUEDE APLICARSE?
Muchos de estos isótopos radioactivos se producen artificialmente para una aplicación médica específica.
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TERAPIA Los radioisótopos actúan cuando alcanzan una célula tumoral. La radiación llega al núcleo de la célula e impide que ésta funcione correctamente. Cuando la radiación daña células sanguíneas, pueden sobrevenir vómitos, pérdida de cabello y mayor sensibilidad a las infecciones.
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TRATAMIENTO: Se utiliza radiación gamma para destruir las células cancerígenas, pero la suficiente como para 185 no dañar los tejidos sanos de alrededor. Se hace girar en círculo a una fuente radiactiva de cobalto-60 de tal forma que los rayos gamma que desprende convergen en un centro donde la radiación es mayor. Se coloca al paciente de tal modo que el tumor esté exactamente en el centro de este círculo. Así evitamos dañar los tejidos circundantes. Actualmente, el cobalto-60 se sustituye por el cesio137 radioactivo, que posee un menor poder de penetración (0,66 MeV) pero de vida media más elevada (30 años).
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DETECCIÓN - Radioisótopos empleados para diagnósticos. El isótopo radioactivo se introduce en el cuerpo hasta la zona donde se está examinando. El isótopo emite radiación gamma del interior al exterior del cuerpo. La vida media, tiempo necesario para que la cantidad de la sustancia se reduzca a la mitad, en un radioisótopo es importante. Si es corta, es difícil la detección, pero si es larga puede perjudicar al cuerpo. El más conocido es el tecnecio-99, utilizado en exploraciones de huesos. Cámara de rayos gamma. Es el aparato principal para la detección. En el caso de los pulmones, al suministrar material radiactivo al paciente y ser transportado por la sangre, la cámara permite ver si alguna zona del pulmón no tiene un riego sanguíneo normal. - Yodo. El isótopo yodo-131 es fácil de fabricar y es eficaz para tratar tumores del tiroides, pero emite demasiada radiación beta y gamma para un empleo seguro en diagnósticos. Ha sido sustituido por el yodo-123 que no emite la radiación beta más dañina.
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ELIMINACIÓN DE LOS RADIOISÓTOPOS DEL CUERPO. El complejo EDTA se introduce en el cuerpo con el fin de sustituir el átomo metálico de una molécula por otro isótopo radiactivo bloqueando su actividad. Esta sustancia se elimina por vía renal.
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ISÓTOPOS Determinación de la edad mediante carbono-14 Un organismo vivo mantiene una proporción constante de carbono-14 en relación con el carbono-12. Se pierde carbono en forma de CO2 o en productos de desecho orgánico, pero se gana en la ingestión de alimentos. Las plantas reciben el carbono de la atmósfera mediante la fotosíntesis. Los animales que se alimentan de vegetales o de otros animales que los hayan ingerido adquieren carbono. Cuando un organismo muere deja de consumir carbono de la atmósfera y el carbono-14 que posee en su cuerpo se va desintegrando según su vida media. Analizando la vida media y la cantidad inicial y final de carbono que posee un cuerpo, podemos llegar a determinar la edad de este.
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PROCUCCIÓN DE ENERGÍA NUCLEAR: en centrales nucleares mediante el
uso de material o elementos radiactivos como el uranio-235, Plutonio239. Los cuales cuando se produce la fisión hacen calentar agua que emite vapor y hace girar una turbina que producen electricidad.
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FECHADO de meteoritos, objetos fósiles, vinos. Cadáveres, se ve la cantidad de isotopos estables obtenidos por decaimiento radiactivo y se comprueba la edad según la abundancia de estos.
¿QUE MEDIDAS DE SEGURIDAD DEBEN EMPLEARSE? -
Los desechos de las plantas nucleares de energía deben apártese de contacto humano porque es uno de los problemas de los desechos radiactivos para la vida larga, la mayoría se encuentran ahora en la almacenes temporales en las plantas nucleares de energía
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Los desperdicios pueden integrarse a las cadenas alimentarias desde los desechos atómicos que llegan escapar, ya que entran en las cadenas alimenticias donde quieran que se depositen. Por ejemplo la leche de la vaca que ingieren las pasturas contaminadas por la precipitación, ya que introduce este isotopo a la dieta humana. Al elevar así el nivel de ion yoduro no radiactivo, se reduciría a la fracción de los iones radiactivos incorporados por la tiroides. Desacuerdo a un estudio que se realizó, es probable que el accidente sea responsable por 1000 muestras adicionales por cáncer debido a las causas de los desechos nucleares y contaminación en las cadenas alimentarias. Los radioelementos en la naturaleza emiten radiación alfa(núcleos de helio) y beta que son electrones y gamma que también es radiación de alta energía tipo rayos x. la capacidad de penetración de las radiaciones están en función del tamaño de las partículas, su carga y la energía con la cual se emiten. Cada desintegración se puede explicar por una ecuación nuclear en la cual los números de masa y los números atómicos de cada lado de la flecha deben esta balanceados.
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¿QUE ES RADIACTIVIDAD? Descubierta por el científico francés Antoine Henri Becquerel en 1896.
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¿COMO FUNCIONA? "Descomposición espontánea", esto quiere decir, un nucleído inestable se descompone en otro más estable que él, a la vez que emite una "radiación". El nucleído que resulta de la desintegración puede no ser estable, entonces se desintegra en un tercero, con el cual se puede continuar el proceso, hasta que finalmente se llega a un nucleído estable. Se dice que los sucesivos nucleídos de un conjunto de desintegraciones forman una serie radiactiva o familia radiactiva.
¿EN QUE PUEDE APLICARSE? - DETERMINAR LA EDAD DE RESTOS ARQUEOLÓGICOS : se usa el método del C14. Este método se basa en determinar la proporción de este isótopo radiactivo en restos orgánicos de un yacimiento y compararla con la proporción del isótopo en la Naturaleza.
Los seres vivos lo incorporan a su organismo, si son vegetales, en la ingesti贸n de la clorofila. Una vez que este muere deja de incorporarlo a su organismo dado que el is贸topo no es estable, se va desintegrando con lo que su proporci贸n en el total de 谩tomos de carbono contenidos en los restos disminuye.
- DETECCIÓN DE DEFECTOS DE FABRICACIÓN como grietas u otros daños sin destruir ni tener que manipular excesivamente el producto.
-EN LA AGRICULTURA: se utilizan técnicas con sustancias trazadoras para analizar las funciones de fertilizantes, hormonas, herbicidas, pesticidas, etc.; Con sustancias radiactivas se pueden producir mutaciones que mejoren cosechas o erradicar plagas.
-EN LA INDUSTRIA: los rayos X y la radiación gamma se usan para la detección de defectos en fundición y soldadura y la medida de espesores de láminas de los más variados materiales. Los trazadores permiten el análisis de problemas tales como el desgaste de los neumáticos de los automóviles, la detección de fugas en tuberías subterráneas, la determinación de la eficacia de los detergentes, etc. Los experimentos con trazadores brindan información exacta sobre las condiciones delos equipos industriales costosos y permiten prolongar su vida útil.
-RADIOGRAFÍA NEUTRÓNICA: Algunas aplicaciones características son las pruebas del combustible de los reactores nucleares y la detección de metales hidrogenados.
RADIACTIVIDAD EN EL CAMPO DE MEDICINA -
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En medicina, la radioactividad es la base de numerosas técnicas y procesos de investigación, diagnóstico y tratamiento. Dentro del terreno oncológico, la irradiación con Co60 es fundamental para la curación y paliación de los síntomas de múltiples tumores. A nivel terapéutico, las unidades de cobaltoterapia han sido fundamentales para el tratamiento radioterápico de múltiples tumores. En terapia médica con las técnicas nucleares se puede combatir ciertos tipos de cáncer. Con frecuencia se utilizan tratamientos en base a irradiaciones con rayos gamma provenientes de fuentes de Cobalto-60, así como también, esferas internas radiactivas, agujas e hilos de Cobalto radiactivo. Combinando el tratamiento con una adecuada y prematura detección del cáncer, se obtienen terapias con exitosos resultados.
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APLICACIONES CLÍNICAS El objetivo de cualquier tratamiento radioterápico radica en obtener el máximo control tumoral con el menor daño sobre los tejidos adyacentes al tumor. El ideal sería conseguir un control tumoral del 100 % frente a un daño mínimo (o nulo) de los órganos sanos que rodean a las células neoplásicas. El oncólogo radioterápico se ve a diario en la necesidad de tomar decisiones terapéuticas donde el binomio riesgo-beneficio debe ser estudiado con precaución. ¿Se quiere obtener un control tumoral muy elevado con unos efectos secundarios sobre el tejido sano que en ocasiones pueden ser más letales que el propio tumor?; ¿es preferible no controlar por completo una población tumoral, pero con menores efectos secundarios sobre el paciente?
Son muchos los factores a tener en cuenta antes de decidir qué tipo de tratamiento se le dará al paciente, tales como tipo de tumor, localización, posibilidades de curación, estado general del paciente, expectativas de vida. Las características físicas de las unidades de cobalto son: - Profundidad de dosis máxima = 0.5 cm - Gran penumbra - La curva de apódosis aumenta con el tamaño del campo de tratamiento Tanto las radiaciones y los radioisótopos son usados en medicina como agentes terapéuticos y de diagnóstico. La Medicina Nuclear se define como la rama de la medicina que emplea los isótopos radioactivos, las radiaciones nucleares, las variaciones electromagnéticas de los componentes del núcleo y técnicas biofísicas afines para la prevención, diagnóstico, terapéutica e investigación médica.
En el diagnóstico se utilizan radio fármacos para diversos estudios de: - Tiroides - Hígado - Riñón - Metabolismo
USO DE LA RADIOACTIVIDAD EN RADIOINMUNOANALISIS Consiste en tomar muestras de sangre del paciente, posteriormente se añadirá algún radioisótopo específico, el cual permite obtener mediciones de gran precisión respecto de hormonas y otras sustancias de interés. Se utiliza también para realizar otra clase de mediciones como: enzimas, virus de la hepatitis, ciertas proteínas del suero, fármacos y variadas sustancias. Esta técnica posibilita la realización de un variado número de prácticas de ALTA COMPLEJIDAD por la técnica de RADIOINMUNOANÁLISIS (RIA), entre ellas: - Estudio de Tiroides - Estudio de Fertilidad - Estudio de Alergias - Marcadores Tumorales - Marcadores óseos - Esteroides - Entre otras
LA RADIOCIRUGIA ESTEREOTAXICA: La radio cirugía estereotáxica (RCE) consiste en el tratamiento de afecciones intracraneales mediante el uso de una única sesión de irradiación a una dosis alta y con una elevada precisión espacial. El término radio cirugía proviene de los efectos tan dramáticos que produce esta irradiación intensa en volumen blanco, que equivalen a cambios producidos por un acto quirúrgico. En la actualidad existen dos formas de llevar a cabo tratamientos de RCE:
Los basados en el uso de rayos gamma de múltiples fuentes radiactivas de Co-60 Þ G-knife Los basados en el uso de rayos X de alta energía producidos en un Acelerador Lineal de Electrones Þ X-knife
Para la RCE se emplearon colimadores especiales y sistemas de fijación y localización comerciales, así como un Sistema Computarizado de Planificación de tratamientos de estereotáxica, desarrollado por físicos médicos.
EL CICLOTRON: Es un acelerador de partículas de tipo circular que se usa para la producción de elementos radioactivos que son utilizados por equipos médicos sofisticados, unos en el diagnóstico médico y otros en radioterapia. EL CICLOTRÓN MEDICAL : es una máquina que entrega una cierta cantidad de energía a una partícula (Proyectil) con el propósito de acelerarla, ésta al chocar con un blanco da lugar a una reacción nuclear para producir elementos radioactivos, los cuales se usan como un trazador de semiperíodo corto (su duración corresponde a solo horas), permitiendo la marcación de ciertas sustancias como glucosa, que se utilizan para diagnósticos clínicos. En el método directo de acelerar iones a altas energías el ciclotrón permite la aceleración múltiple de los iones hasta alcanzar elevadas velocidades sin el empleo de altos voltajes.
El ciclotrón Impacto en la salud: La incorporación de un Ciclotrón en un hospital impacta considerablemente al sector de la Salud posibilitando la aplicación de una de las herramientas más poderosas en el diagnóstico de diferentes enfermedades, con una técnica que apunta a la determinación de una falla metabólica de las células, lo que sucede normalmente en una fase anterior a la ocurrencia de una diferencia morfológica significativa. Desde el punto de vista de la salud, el disponer de un acelerador permite a la comunidad contar con una facilidad para el estudio y desarrollo de nuevos radio fármacos, algunos de ellos usados como paliativos en enfermedades catastróficas, otros en diagnósticos y otros en radioterapia. El semiperiodo de los radio fármacos, radioisótopos o materiales radioactivos es en horas
APLICACIONES CLINICAS DEL CICLOTRON Los positrones dirigidos a investigación en patología cerebral y cardiaca. Se puede focalizar en viabilidad miocárdica en infarto crónico, situación en la que existe un músculo viable que permite posibilidades de ser revascularizado si se hace al tiempo adecuado. Las indicaciones más reconocidas en la neurología son la epilepsia y la demencia. Sin embargo, las aplicaciones en el campo de la oncología han aumentado y son múltiples en los últimos años. Esto ha llevado a los centros hospitalarios de diversas regiones a
considerar esta tecnología, (especialmente con flúor-18 deoxiglucosa) como necesaria, pues puede mejorar la relación costo beneficio en pacientes con cáncer, optimizan la selección de terapias de alto costo y además evitando cirugías innecesarias en los casos muy avanzados. En investigación se utilizan diversos marcadores de flujo, metabolismo e incluso receptores. La flúor-18 deoxiglucosa o FDG es el radiofármaco más usado en la práctica clínica que se diagnostica a partir del metabolismo y utilización de glucosa en células tumorales presentes y activas en un gran número de tumores malignos. La producción de la Flúor 18-Desoxiglucosa permite los estudios de imágenes no invasivas con la técnica PET (Positrón Emissión Tomography "Tomografía por emisión de positrones), la técnica más avanzada en el diagnóstico médico de diferentes tipos de cáncer. EN ONCOLOGÍA EXISTEN VENTAJAS EN LOS ESTUDIOS (PET) RESPECTO DE LAS TÉCNICAS ANATÓMICAS COMO TOMOGRAFÍA COMPUTARIZADA Y RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR DEBIDO A SU MAYOR SENSIBILIDAD Y ESPECIFICIDAD . La etapificación de diversos cánceres, la detección de ocurrencias, la respuesta a terapias en casos ya tratados e incluso en diagnósticos en algunas patologías específicas son las indicaciones más reconocidas. Las principales aplicaciones en PET en oncología utilizando FDG son las siguientes: Etapificación y detección de Ocurrencia de Cáncer Colorectal Etapificación de melanoma Diferenciación de benigno o maligno en nódulo pulmonar solitario Etapificación de cáncer pulmonar células no pequeñas Etapificación y recurrencia de linfomas Etapificación y recurrencia de cáncer de mamas Tumores de cabeza y cuello
¿QUE MEDIDAS DE SEGURIDAD DEBEN EMPLEARSE? La vasta experiencia que ha adquirido la industria nuclear en el uso de sustancias radioactivas, ha permitido a ésta conocer plenamente los peligros que entraña. Un blindaje y una contención apropiados evitarán la fuga de radiaciones. La clara comprensión de los principios de protección radiológica y el conocimiento exhaustivo de las propiedades de la radiación que posee la industria nuclear le permiten diseñar, construir y explotar sus plantas manteniendo en un mínimo la exposición a las radiaciones que afecta a los trabajadores y el público, de conformidad con las directrices internacionales. La vigilancia periódica de los trabajadores de la industria nuclear y de su ambiente de trabajo garantiza, que no se rebasen estos niveles. Recordemos las estrategias para protegerse de la radiación:
Poner un escudo: en el caso del 131I los primeros días necesitas recluirte en una habitación plomada. Con 8-9 milímetros de plomo se disminuye el efecto de la radiación de los rayos gamma un factor 10.
Esperar un tiempo hasta que se vaya desintegrando: si bien en el caso del 131I si se quedara en la tiroides habría que esperar casi tres meses para que su actividad disminuyera mil veces, afortunadamente la mayoría del yodo se elimina rápidamente por la orina. Por este motivo, la orina de los primeros días tras el tratamiento tendrá que permanecer durante un tiempo en un contenedor blindado. Unos días después la cantidad de yodo que nos queda ha disminuido enormemente. Tu médico te indicará, dependiendo de la dosis, el tiempo recomendable durante el que debes mantener las medidas de radioprotección.
Reducir el tiempo que se está cerca de la persona irradiada, al salir de la habitación se emite menos de 40 μSv/h (0,04 mSv/h) medido a un metro del pecho. Dado que el riesgo para la salud empieza a partir de los 100 mSv, no parece un riesgo excesivo salvo que alargues el tiempo a su lado. De hecho lo que cualquier persona recibe de forma natural en una hora está en torno a 0.3 μSv/h, que es significativamente menor.
Alejarse de la persona irradiada. Con esos mismos datos, en el momento de salida de la habitación plomada, alejarse 2 metros reduciría la dosis de irradiación de 40 μSv/h a 10 μSv/h y si te alejas a 3m recibirías 4,4 μSv/h, por tanto, cuanto más distancia más seguro.
Cuidar otras fuentes de radiación. En nuestro caso la radiación beta sigue haciendo efecto dentro de las células tiroideas durante varios meses pero el resto del yodo radioactivo del que debemos protegernos y proteger a los demás, se elimina mediante la orina y los fluidos corporales como la sangre, saliva, sudor o mucosidad que debes aislar, limpiar o evacuar por separado, además también se elimina a través de la leche materna al dar
de mamar por lo que debes interrumpir la lactancia si estás en esa situación para no dañar al bebé.
Sabemos que hay tejidos que tienen más capacidad de absorción, como los órganos reproductivos por lo que tendremos que evitar las relaciones sexuales durante un tiempo y engendrar un hijo durante al menos 6 meses, aunque es aconsejable esperar un año después de una dosis terapéutica.
Por ultimo todas estas medidas hay que extremarlas, multiplicando los tiempos y las distancias en embarazadas y niños, que son más vulnerables a la radiación.
Y no olvides que juntas conseguirán minimizar aún más el efecto de la radiación en los que te rodean. Cada día que pase, la eliminación natural del radioyodo por la orina, hará que tu irradiación sobre una persona a dos metros de distancia, durante una hora sea cada vez menos significativa.