Aplicaciones de la Radiactividad

Química IVº medio 2017

REACTOR NUCLEAR Un reactor nuclear es un dispositivo en donde se produce una reacción en cadena controlada. Se puede utilizar para la obtención de energía en las denominadas centrales nucleares, la producción de materiales fisionables, como el plutonio, para ser usados en armamento nuclear, la propulsión de buques o la investigación.

COMBUSTIBLE Se utiliza como material fisionable , mineral natural de uranio , obtenido de la pleschblenda , que contiene un 0,7% de U-235 , U-235 enriquecido (3 o 4%). Para optimizar el funcionamiento del reactor es utilizado Np-237

LA FISION DEL URANIO ES LA BASE DE LA OPERACIÓN DE LOS REACTORES

PARTES DE UN REACTOR NUCLEAR

Material Moderador : Es un material que disminuye la velocidad de los neutrones

producidos en la fisión del combustible , evitando una reacción en cadena , se utiliza generalmente agua (H2O)para el uranio natural o agua pesada para el uranio enriquecido (D2O)

Reflector : Reduce el escape de neutrones proveniente de la fisión del combustible , aumentando la eficiencia del reactor , se utiliza principalmente agua y grafito. Barras de control: Hacen que la reacción en cadena se detenga , para evitar una explosión nuclear , son barras de Boro y Cadmio los cuales son muy buenos absorventes de neutrones.

Refrigerante : Conduce el calor generado por la fisión del combustible fuera del corazón del reactor , transfiriéndolo a un sistema que genera vapor de agua , para hacer funcionar un generador eléctrico.

Reactores Nucleares de Potencia: Utilizan el calor producido en la reacción de fisión para generar energía eléctrica . Los reactores nucleares de potencia más utilizados son los que usan como combustible dióxido de uranio levemente enriquecido y como refrigerante agua común. Un reactor nuclear de potencia combinado con un sistema de generación eléctrica se denomina CENTRAL NUCLEAR. Actualmente existen 441 reactores nucleares de potencia en operación en 32 naciones y 25 plantas nucleares en construcción, estas últimas en especial en el continente asiático.

La vasija del Reactor mide entre 10 y 14 metros de altura, es de acero al carbono, tiene un espesor de 20 cm, contiene aproximadamente 100 ton de agua, trabaja a una presión del orden de 140 atm y a una temperatura de 300ºC.El combustible empleado es dióxido de Uranio enriquecido, entre 1 y 3 %, en el isótopo 235.

Reactores de Investigación. Utilizan los neutrones producidos en la fisión para generar radioisótopos utilizados para aplicación médica , esencialmente como radiotrazadores , medios de contraste , quimioterapia e industria alimentaria , agroindustria y control de plagas.

RADIOISOTOPOS Son elementos radiactivos artificiales generados en reactores nucleares y en aceleradores de partículas. Estos elementos radiactivos se obtienen bombardeando núcleos de elementos estables con neutrones o con partículas cargadas. Los principales radioisótopos generados en los reactores nucleares de nuestro país son el Tc-99, I-131,1 y otros, los cuales son destinados a la medicina (diagnóstico y terapia), investigación en la alimentación e industria y docencia.

Existen, además, los isótopos radiactivos naturales que derivan principalmente de los isótopos del uranio y del torio. Estos isótopos tienen un ritmo de desintegración radiactivo de miles o millones de años, que han sobrevivido a los 5.000 millones de años, que se estima han transcurrido desde la formación de la corteza terrestre.

Radiosótopos Utilizados en Medicina. El comportamiento químico de los radioisótopos es idéntico a los isótopos estables del mismo elemento , pero pueden ser detectados en el organismo por la radiación que emiten.

Utilizando radiofármacos de vida media corta , se pueden estudiar órganos y tejidos sin alterarlos . Una pequeña dosis de radiofármaco se da al paciente , por vía oral o intravenosa , a través de un detector se sigue la ruta del radiofármaco hasta que se concentra en un orgáno o tejido.

Na-23 : Es un emisor beta , se inyecta al torrente sanguíneo como solución salina , es utilizado como medio de contraste para descubrir posibles obstrucciones en el sistema circulatorio (trombos) y scanner oseos.

Y-131 : Emisor beta , utilizado como medio de contraste para medir la actividad de la glándula tiroides , se da beber una disolución salina y se registra si el Y-131 es absorvido a una velocidad normal por la glándula. Es utilizado además como medio de contraste en los TAC de cerebro.

Tc-99 : Es uno de los isótopos más utilizados en medicina , se prepara solamente mediante una transmutación nuclear . Al paciente se le inyecta por vía oral una disolución de Tc-99, utilizado como medio de contraste para obtener imágenes del hígado , corazón y pulmones

98 1 99

42 0 42

99 99 0

42 43 1

Mo n Mo

Mo Tc

Medicina Nuclear. En general la utilización de radioisótopos con propósitos curativos se conoce como radioterapia la que se aplica en centros radiológicos, la radioterapia puede ser externa o interna. -Radioterapia Interna o quimioterapia: Consiste en introducir al interior del cuerpo del paciente la fuente emisora de radiación, puede ser en forma de cápsula , la cuál comprende un tubo sellado que se implanta en el sector tumoral. -En forma no encapsulada el radiofármaco se ingiere por vía oral o se inyecta en el torrente sanguíneo.

Radioterapia Externa: La fuente radiactiva está fuera del paciente , quién es irradiado, desde una distancia de 80 a 100 cm. El tratamiento radiológico más utilizado contra el cáncer es el de la “bomba de Co”, se utiliza Co-60 , con una vida media de 5,27 años .

60 60 0

27 28 1Co Ni

Braquiterapia : es una alternativa a la prostatectomía radical (cirugía para el cáncer de la próstata) indicado en algunos tumores. También es aplicable al cáncer cervical, uterino, vaginal y rectal. Tiene menor riesgo de impotencia e incontinencia urinaria y es altamente eficaz para hombres con cáncer de próstata localizado. ¿Cómo es el procedimiento? Dentro del tumor ubicado en la próstata, se introducen semillas del tamaño de un grano de arroz que contienen material radioactivo. Éstas producen una radiación muy intensa pero corta, en un área delimitada y de forma precisa, sin afectar sectores vecinos como la vejiga y recto. De esta manera, se logra erradicar el cáncer de forma rápida, sin molestias ni complicaciones para el paciente.

Otras aplicaciones de los radioisótopos.

Radioisótopos en la agricultura. Se utilizan para preservar alimentos que en condiciones normales tienden a descomponerse con facilidad , es utilizado principalmente Co-67 y Cs-137 , emisores gamma que retardan el crecimiento de bacterias , mohos y levaduras.

Se ha comprobado también que las plantas son más resistentes a plagas con aplicación de radiación. Una maduración temprana es importante para eludir las heladas y plagas, o simplemente para dar cabida en el terrero a otros cultivos. Un ejemplo de estos logros lo constituye una variedad de arroz en China que madura 24 días antes que su progenitora

Control de plagas.

Sievert (Sv) : 1 Sv = 100 rem

Dosis (Sv) Efecto biológico

0-0,25 No hay efecto inmediato

0,25 -0,50 Disminución temporal de la cuenta de glóbulos blancos.

0,50 -1,0 Disminución importante de la cuenta de glóbulos rojos

1,0 – 2,0 Náuseas y caída del cabello

2,0 – 5,0 Hemorragias internas. Posible muerte

Mayor a 5,0 50% de probabilidad de muerte en el plazo de 30 días

Armas Nucleares

(1 kt = 4,184×1012 J = 4,184 TJ)

La explosión atómica más grande de la historia fue la llamada Tsar bomba creada por la Unión soviética La explosión liberó una energía de 50 megatones, el hongo atómico que se generó alcanzó una altura de 64 Km sobre el nivel del mar, tuvo una anchura de unos 35 Km y fue visible en un radio de 1.000 Km a la redonda. Los 50 megatones (un megatón equivale a la explosión un millón de kilos de TNT) dejan pequeñas a las bombas de Hiroshima y Nagasaki, dos mil quinientas veces menos potentes