Radiactividad natural

Mucha gente cuando oye la palabra radiactividad se alarma no porque comprenda los riesgos de la contaminación radiactiva, sino porque siempre nos han bombardeado con información centrada en los aspectos más negativos de este fenómeno natural. ¿Pero de verdad sabemos qué es la radiactividad y comprendemos el peligro que guarda? En esta entrada, incluida en la categoría de Riesgos geológicos (aunque no lo sea exactamente), abordaremos este tema centrándonos en la radiactividad de origen natural, que aunque nos pese, no deja de estar rodeándonos en todo momento.

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La radiación es uno de los fenómenos físicos que más miedo produce en la población civil, pero en realidad se trata de un fenómeno completamente natural que ocurre constantemente a nuestro alrededor (imagen propia)

La naturaleza de la radiactividad

La radiactividad es el nombre por el que comocemos al proceso físico de decaimiento radiactivo, por el cual los isótopos inestables (radioisótopos) alcanzan la estabilidad al transformarse en otros isótopos más estables y menos energéticos. Esto lo hacen emitiendo la energía que “les sobra”, ya sea en forma de radiación electromagnética (Rayos X y Rayos Gamma) o en forma de emisión de partículas (Radiación Alfa y Radiación Beta principalmente). A continuación resumimos brevemente en qué consisten estas cinco formas de radiación, cruciales para comprender la radiactividad en la naturaleza.

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La radiactividad es la emisión de energía en forma de radiación que emiten los isótopos inestables en su búsqueda de la estabilidad. Esta se puede producir de diferentes formas, cada una de ellas con un nivel energético diferente (imagen propia formada a partir de material de diferentes fuentes)

Las formas de radiación menos energéticas son las de emisión de partículas. Las partículas alfa (α) están constituidas por núcleos de Helio-4 (dos protones y dos neutrones pero ningún electrón) y son tan poco energéticas que es fácil detenerlas con un sencillo folio, un traje para radiactividad o incluso nuestra propia piel. Por tanto es un tipo de radiación que en principio debería entrañar poco riesgo para la salud, pero el problema llega cuando estamos expuestos a una gran cantidad de ella, pues cada impacto con nuestra piel causará un daño en la misma que se irá acumulando. También encontramos un grave problema cuando las partículas α entran en nuestro cuerpo, ya sea a través de una herida o porque las hemos inhalado o ingerido en agua y/o alimentos. En ambos casos la piel no ha actuado de barrera y todo el daño que pueden producir lo harán en nuestro interior y no en la superficiede nuestro cuerpo. Un nivel más de energía tienen las partículas beta (β), que son electrones o positrones que el radioisótopo emite para compensar la relación de neutrones y protones que hay en su núcleo. La radiación β es algo más energética que la radiación α y por ello una simple hoja de papel no es suficiente para detenerla, aunque sí lo es una hoja de papel de aluminio.

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La emisión de partículas, ya sean partículas alfa (izquierda) o partículas beta (derecha), es la forma de radiación menos energética y por tanto también la menos penetrativa que conocemos. Una simple hoja de papel de aluminio basta para evitar que estas partículas lleguen a nosotros (imagen modificada a partir de wikipedia.org)

La emisión de partículas es una forma de radiación fácil de controlar, pero no lo es tanto cuando hablamos de las dos formas de radiación electromagnética, mucho más energéticas y penetrativas que los nocivos Rayos Ultravioleta. Los Rayos X se producen cuando los electrones de un átomo se desaceleran y su energía es tal que en ciertas dosis puede ser perjudicial para la salud, aunque eso no es impedimento para que la empleemos en pequeñas dosis sin producirnos graves daños (por ejemplo en medicina para las radiografías). Parte de los residuos nucleares de baja y media actividad que generan los países desarrollados proceden del uso de esta forma de radiactividad en hospitales y otras instalaciones médicas (batas, toallas, guantes…). Los Rayos γ son todavía más energéticos y peligrosos que los Rayos X, hasta el punto de que no hay nada que conozcamos que pueda protegernos de ellos si estamos junto a una fuente de emisión. Pero no todo está perdido, ya que sí podemos interponer obstáculos de gran grosor que palien o incluso detengan temporalmente esta radiación, que es lo que hacemos en los Almacenes Temporales Centralizados (ATC), en los que empleamos capas de varios centímetros de plomo o de hormigón a modo de barreras. Los Rayos γ se forman a partir de procesos subatómicos bastante complejos que no vamos a explicar aquí.

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En la zona de rayos de un hospital se emplean elementos radiactivos y Rayos X para hacer radiografías y contrastes principalmente. De hecho los materiales empleados, como batas o toalles, constituyen la parte más abundante de los residuos nucleares que genera un país (fuente: desconocida)

La radiactividad natural

Aunque la radiactividad la solemos asociar con la energía nuclear, en realidad estamos hablando de un fenómeno natural que ocurre constantemente a nuestro alrededor. En la naturaleza existen cerca de 700 isótopos diferentes pero solo 60 son estables, por lo que la inmensa mayoría de isótopos que existen de forma natural en el universo van a emitir radiactividad a un ritmo constante y conocido. Incluso nosotros mismos la emitimos, y es que hay tantos radioisótopos que es imposible que no tengamos alguno de ellos formando parte de nuestro propio cuerpo en alguna proporción. De hecho eso es precisamente lo que nos permite poder datar restos arqueológicos o saber la edad del planeta. A ello hay que añadir que la energía que liberan los radioisótopos al desintegrarse es el motor interno del planeta, ya que facilita la fusión de las rocas y hace posible la tectónica de placas. Incluso el hecho de que tengamos un campo magnético que nos protega de formas de radiación natural “extraterrestres”.

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Esquema ilustrativo que muestra en qué consiste la fisión nuclear, empleada en los reactores nucleares actuales para obtener energía a partir del uranio enriquecido (fuente: energia-nuclear.net)

¿Y cuáles son los radioisótopos más abundantes del planeta? ¿Están los de uranio (235U y 238U) entre ellos? Esta pregunta tiene una respuesta curiosa, porque aunque haya tanta proporción de radioisótopos en la naturaleza, su abundancia es muy escasa. Y de todos ellos solo cuatr tienen concentraciones a tener en cuenta. El isótopo radiactivo más abundante en la Tierra es el Potasio-40 (40K), que está en todas partes y en todos los ambientes (incluido en los plátanos que comemos). Detrás de él, y a mucha distancia como segundo radioisótopo más abundante, está el Torio-232 (232Th) y, ahora ya sí, los dos isótopos radiactivos de uranio, primero el 238U y por último el 235U. Obviamente existen otros muchos radioisótopos en la Tierra, pero comparada con la de estos cuatro su concentración es muy inferior. Y como dato que me llamó la atención hace algún tiempo,

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Los plátanos son ricos en potasio, y eso incluye también la presencia de Potasio-40 en ellos, hasta el punto de que un camión cargado de ellos puede dar falso positivo de riesgo nuclear en las aduanas (fuente: naukas.com)

La radiactividad es algo que encontramos en el planeta, pero no es exclusivo de la Tierra. La radiación cósmica es un tipo de radiación que no nos afecta mucho gracias al campo geomagnético, pero sí tiene consecuencias en el sistema planetario porque al interactuar con la atmósfera produce nuevos isótopos que quedan en nuestro entorno, los llamados isótopos cosmogénicos. Uno de estos isótopos cosmogénicos es muy importante y bastante conocido por todos, ya que gracias a él podemos datar restos arqueológicos o de cualquier otra índole (siempre que sea materia orgánica y no sea demasiado antiguo). Como muchos ya habréis averiguado estoy hablando del famoso Carbono-14 (14C), que se forma cuando los rayos cósmicos interactúan con uno de los isótopos de nitrógeno (Nitrógeno-14), que recordemos que es el elemento químico más abundante en la atmósfera. Este origen cosmogénico del 14C es muy importante a la hora de usarlo como técnica de datación porque su concentración no es constante en el tiempo, sino que va a depender de la intensidad de los rayos cósmicos y también de la intensidad del campo magnético terrestre. Ese es precisamente el motivo por el que el 14C no es tan fiable, ya que siempre debemos calibrarlo con otros métodos.

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Primer mapa de la radiactividad en el remanente de una supernova. Los colores azules indican la presencia de elementos radiactivos detectados por el Observatorio Espacial NASA’s NuSTAR (fuente: NASA/JPL-Caltech/CXC/SAO)

La contaminación radiactiva

Una vez que hemos visto qué es la radiactividad vamos a abordar su peligrosidad. Lo primero que debemos tener en cuenta es que el mayor problema de la radiactividad es su larga pervivencia en el tiempo. Algunos de los radioisótopos que existen tienen vidas medias de miles o incluso millones de años, por lo que tardarán esos miles o millones de años en dejar de emitir radiación. Pero no solo hay que tener en cuenta eso, ya que en su camino hacia la estabilidad muchos radioisótopos tienen que hacer varias paradas hasta llegar al destino final de su cadena de desintegración y convertirse en un isótopo estable que no sea peligroso. Por ejemplo, el famoso 238U tiene que sufrir hasta 14 desintegraciones sucesivas antes de convertirse en plomo (206Pb), un largo recorrido en el que algunos de los puntos son especialmente perjudiciales para la salud.

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La desintegración radiactiva que sigue el 238U hasta encontrar la estabilidad en el 206Pb es largo e implica hasta 14 etapas, algunas de ellas de gran peligrosidad (fuente: pinterest.com)

Una vez que tengamos en cuenta la duración de un radioisótopo, debemos saber qué tipo de radiación emite. Por ejemplo, si esta se produce mendiante emisión de partículas α ya sabemos que no va a suponer un riesgo significativo para la salud, a no ser que las ingerimos de alguna manera o si en nuestro entorno se superan las 40 partículas por minuto, que es el límite establecido por la legislación en Estados Unidos (en España no hay una regulación que yo sepa). Y si de lo que hablamos es de la peligrosa radiación γ, entonces la unidad es el sievert (Sv), o más comúnmente el milisievert (mSv), que nos sirve para conocer los daños que produce esta forma de radiación en la materia viva. Y aunque no lo creamos, o nos cueste creerlo, estamos más expuestos en nuestra vida cotidiana por las diferentes fuentes artificiales que nos rodean y que pueden llegar a producir exposiciones de 0’6 mSv, e incluso por fuentes naturales si estamos en regiones graníticas (0’15 mSv), que en las cercanías de una central nuclear (0’10 mSv). Y es que los controles en estas últimas son tan estrictos que cualquier mínimo aumento es motivo de alarma, por lo que se busca siempre un nivel muy inferior al que podríamos considerar como el fondo del entorno.

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Imagen de torre de refrigeración de la central nuclear de Ascó (Tarragona), junto al río Ebro. Este tipo de torres no son exclusivas de las centrales nucleares, pero se han convertido en la cultura popular en el emblema principal de las mismas (fuente: renovablesverdes.com)

A la hora de hablar de radiactividad hay que tener en cuenta el tipo de radiación emitida, las vías de exposición y a qué radioisótopos estamos expuestos para hablar de peligrosidad. Por ello la siguiente pregunta que deberíamos hacernos es cuáles son los radioisótopos más peligrosos de la naturaleza. El primero que debería preocuparnos es el Radón-222 (222Rn), que al ser gas puede ser inhalado con demasiada facilidad. Dado que es uno de los “hijos” del 238U, el radón se va a generar de forma espontánea en aquellas rocas que contengan uranio de forma natural, por ejemplo los granitos. Pero como es además un radioisótopo, en 4 días el radón del aire se habrá transformado en otro elemento radiactivo, el Polonio-218 (218Po), que es sólido. Esto es muy importante porque si estamos inhalando aire contaminado con radón algunos de los átomos se transformarán en polonio en nuestros pulmones, precipitando y alojándose para siempre en nuestro interior, desde donde emitirán constantemente partículas α. De esta forma tenemos una fuente de radiactividad en nuestro interior que va a durar tiempo, mucho tiempo, por lo que puede provocarnos, entre otras dolencias, cáncer de pulmón. Como vemos, el radón no es ninguna tontería, y por eso las casas construidas con granito deben tener una buena ventilación, pero también este es el motivo de que el mapa de radiación γ natural de la Península Ibérica (abajo derecha) esté tan bien relacionado con el mapa geológico de la misma (abajo izquierda).

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Comparación del mapa geológico de la Península Ibérica y los territorios españoles extrapeninsulares realizado por el IGME (izquierda) con el mapa de radiación gamma natural de la España peninsular según el Consejo de Seguridad Nuclear (derecha). Como se puede ver, los valores más altos de gamma natural se encuentran en áreas que corresponde con afloramientos graníticos, en especial con los del Macizo Ibérico

El siguiente radioisótopo que debe preocuparnos es el Estroncio-90 (90Sr), que se genera sobre todo en explosiones nucleares (no es tan abundante en la naturaleza como el 222Rn) pero es muy peligroso porque químicamente tiene muchas similitudes con el calcio, al cual puede sustituir en los huesos. De esta forma, si estamos en un entorno enriquecido en 90Sr vamos a tomarlo junto con calcio y lo vamos a fijar en nuestros huesos, creando con ello una fuente constante de radiactividad dentro de nuestro cuerpo que durará unos 50 años, que es su vida media. Debido a que se fija con el calcio, el 90Sr es especialmente peligroso en niños, que al estar en periodo de crecimiento van a tomar más calcio y por tanto también más estroncio del medio. El tercer radioisótopo que vamos a ver en esta entrada es de nuevo muy habitual en accidentes nucleares. El Yodo-131 (131I) no deja de ser yodo, y por ello es tan peligroso, ya que este elemento químico es fundamental para el correcto funcionamiento de la glándula tiroides, de manera que si hay una elevada concentración de Yodo-131 en el medio puede producirnos graves problemas de salud, entre ellos cáncer de tiroides. Es por este motivo, para saturar el organismo de yodo y que así no tome más del medio contaminado, por el que se administran pastillas de yodo a la población cuando hay accidentes nucleares. Y por último llegamos a los dos radioisótopos más conocidos, pero curiosamente los menos peligrosos de los que estamos viendo. Tanto el 238U como el 235U son peligrosos no por ser radiactivos sino porque en realidad se trata de metales pesados (elementos químicos muy tóxicos que poseen un elevado peso atómico), ya que su escasa abundancia en el planeta y su dificultad para alojarse en el interior de nuestro organismo los hace relativamente inertes. Solo cuando ingerimos uranio, ya sea al inhalar polvo que lo contiene o al beber agua con sales de uranio disueltas, podemos estar expuestos y tener un elevado riesgo, ya que estaríamos hablando de nuevo de focos de contaminación dentro de nosotros.

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Imagen de nitrato de uranio precipitando a partir de una dislución dentro de un vaso de precipitado (fuente: mensajerodigital.com)

Los reactores nucleares naturales

Y ya terminamos nuestro repaso sobre la radiactividad natural, llegando a una de las peculiaridades más llamativas. Seguro que al leer este encabezado os habéis quedado algo extrañados, y es que cuesta creer que lo que hacemos en una central nuclear, esto es romper átomos de 238U mediante el bombardeo de neutrones libres para obtener energía, pueda ocurrir en la naturaleza de forma espontánea. Pero para explicarlo primero tenemos que aclarar que el 235U, el llamado uranio enriquecido, está presente en la naturaleza en una concentración del 0’7% del total de uranio (el 99’2% es 238U y el 0’1% restante 234U), pero es el que empleamos en la energía nuclear de fisión. Por ello, cuando extraemos uranio de una mina debemos enriquecerlo antes de emplearlo en un reactor, hasta llegar a un porcentaje de aproximadamente el 3%. Pero este enriquecimiento puede ocurrir de forma natural si por procesos geológicos se produce una concentración de 235U, de manera que cuando se alcanza ese 3% los neutrones emitidos en la desintegración pueden colisionar con otros átomos de uranio y desencadenarse así una reacción en cadena similar a la de los reactores de las centrales nucleares. Esto que acabo de explicar es lo que sabemos que ocurrió en Oklo (Gabón) hasta hace unos 1.800 Ma, es decir, en el Precámbrico. Pero para que la reacción no se nos vaya de las manos, normalmente empleamos barras de grafito que absorban parte de los neutrones y así poder controlar bien la reacción, y es que en Oklo también ocurrió esto, ya que hay capas de grafito que ayudaron a tal fin.

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Esquema geológico simplificado del reactor nuclear de Oklo (modificado a partir de wikipedia.org)

Consideraciones finales. ¿De verdad es negativa la radiactividad?

La radiactividad normalmente es tratada como un fenómeno perjudicial, en muchos casos incluso es considerada como el resultado exclusivo de las bombas nucleares y las centrales nucleares. Pero en esta entrada hemos visto que la radiactividad es un fenómeno completamente natural gracias al cuál tenemos un planeta vivo y habitable. Porque nosotros somos radiactivos en cuanto a que estamos hechos de materia, gracias a lo cuál podemos datar restos orgánicos del pasado geológico más inmediato. Incluso en los hospitales empleamos radiactividad, si bien en pequeñas dosis, para poder salvar la vida a la gente. Por otro lado, la energía nuclear de fisión tiene una imagen negativa por el riesgo nuclear que supone, y como hemos visto no es para menos. Isótopos como el 90Sr y el 131I pueden ser liberados en desastres como Chernóbil y por ello hay que actuar cuanto antes para evitar que las poblaciones afectadas los asimilen del medio contaminado. Pero hay que tener en cuenta que energía nuclear no quiere decir radiactividad sino energía procedente de los átomos. Y es que la energía nuclear que conocemos es denominada de fisión porque parte de la ruptura de un átomo para liberar energía, pero existe otra mucho más energética y limpia (no produce residuos nucleares de ningún tipo y su fuente es el hidrógeno, que podemos tomar del agua), que es la energía nuclear de fusión. Con esta técnica, que de momento solo es un prototipo aunque poco a poco se avanza para convertirla en una realidad, fusionamos dos átomos de hidrógeno para producir uno de helio de una manera idéntica a como genera energía el Sol.  El problema es que para conseguir esto se requiere de una energía inmensa, aunque ínfima si la comparamos con la que obtendríamos después. En cualquier caso nos demuestra que nuclear no es sinónimo de muerte, sí lo son las negligencias de algunos cuando tratan estas fuentes de energía. Porque debido a que el riesgo cero no existe, la cuestión no es tanto oponerse a algo sino aumentar y mejorar la seguridad para evitar accidentes graves como el de Chernóbil o más recientemente Fukushima.

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