Energías

Nuclear: Medio ambiente. Industria e investigación. Uso eficiente de energía y contaminación. Interacción de la radiación ionizante con la materia

USOS PACIFICOS DE LA ENERGIA NUCLEAR

Gracias al uso de reactores nucleares hoy, en día es posible obtener importantes cantidades de material radiactivo a bajo costo. Es así como desde finales de los años 40,se produce una expansión en el empleo pacífico de diversos tipos de isótopos radioactivos en diversas áreas del quehacer científico y productivo del hombre.

Agricultura y Alimentación

a) Control de Plagas

Se sabe que algunos insectos pueden ser muy perjudiciales tanto para la calidad y productividad de cierto tipo de cosechas, como para la salud humana. En muchas regiones del planeta aún se les combate con la ayuda de gran variedad de productos químicos, muchos de ellos cuestionados o prohibidos por los efectos nocivos que producen en el organismo humano. Sin embargo, con la tecnología nuclear es posible aplicar la llamada "Técnica de los Insectos Estériles (TIE)", que consiste en suministrar altas emisiones de radiación ionizante a un cierto grupo de insectos machos mantenidos en laboratorio. Luego los machos estériles se dejan en libertad para facilitar su apareamiento con los insectos hembra. No se produce, por ende, la necesaria descendencia. De este modo, luego de sucesivas y rigurosas repeticiones del proceso, es posible controlar y disminuir su población en una determinada región geográfica. En Chile, se ha aplicado con éxito la técnica TIE para el control de la mosca de la fruta, lo que ha permitido la expansión de sus exportaciones agrícolas.

b) Mutaciones

La irradiación aplicada a semillas, después de importantes y rigurosos estudios, permite cambiar la información genética de ciertas variedades de plantas y vegetales de consumo humano. El objetivo de la técnica, es la obtención de nuevas variedades de especies con características particulares que permitan el aumento de su resistencia y productividad.

c) Conservación de Alimentos

En el mundo mueren cada año miles de personas como producto del hambre, por lo tanto, cada vez existe mayor preocupación por procurar un adecuado almacenamiento y manutención de los alimentos. Las radiaciones son utilizadas en muchos países para aumentar el período de conservación de muchos alimentos. Es importante señalar, que la técnica de irradiación no genera efectos secundarios en la salud humana, siendo capaz de reducir en forma considerable el número de organismos y microorganismos patógenos presentes en variados alimentos de consumo masivo.

La irradiación de alimentos es aplicada en Chile en una planta de irradiación multipropósito ubicada en el CENLA, con una demanda que obliga a su funcionamiento ininterrumpido durante los 365 días del año.

Hidrología

Gracias al uso de las técnicas nucleares es posible desarrollar diversos estudios relacionados con recursos hídricos. En estudios de aguas superficiales es posible caracterizar y medir las corrientes de aguas lluvias y de nieve; caudales de ríos, fugas en embalses, lagos y canales y la dinámica de lagos y depósitos.

En estudios de aguas subterráneas es posible medir los caudales de las napas, identificar el origen de las aguas subterráneas, su edad, velocidad, dirección, flujo,relación con aguas superficiales, conexiones entre acuíferos, porosidad y dispersión de acuíferos.

Medicina

a) Vacunas

Se han elaborado radiovacunas para combatir enfermedades parasitarias del ganado y que afectan la producción pecuaria en general. Los animales sometidos al tratamiento soportan durante un período más prolongado el peligro de reinfección siempre latente en su medio natural.

b) Medicina Nuclear

Se ha extendido con gran rapidez el uso de radiaciones y de radioisótopos en medicina como agentes terapéuticos y de diagnóstico.

En el diagnóstico se utilizan radiofármacos para diversos estudios de:

- Tiroides.

- Hígado.

- Riñón.

- Metabolismo.

- Circulación sanguínea.

- Corazón.

- Pulmón.

- Trato gastrointestinales.

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.

c) Radioinmunoanálisis

Se trata de un método y procedimiento de gran sensibilidad utilizado para realizar mediciones de hormonas, enzimas, virus de la hepatitis, ciertas proteínas del suero, fármacos y variadas sustancias.

El procedimiento consiste en tomar muestras de sangre del paciente, donde con posterioridad se añadirá algún radioisótopo específico, el cual permite obtener mediciones de gran precisión respecto de hormonas y otras sustancias de interés.

d) Radiofármacos

Se administra al paciente un cierto tipo de fármaco radiactivo que permite estudiar, mediante imágenes bidimensionales (centelleografía) o tridimensionales (tomografía),el estado de diversos órganos del cuerpo humano.

De este modo se puede examinar el funcionamiento de la tiroides, el pulmón, el hígado y el riñón, así como el volumen y circulación sanguíneos. También, se utilizan radiofármacos como el Cromo - 51 para la exploración del bazo, el Selenio - 75 para el estudio del páncreas y el Cobalto - 57 para el diagnóstico de la anemia.

Medio Ambiente

En esta área se utilizan técnicas nucleares para la detección y análisis de diversos contaminantes del medio ambiente. La técnica más conocida recibe el nombre de Análisis por Activación Neutrónica, basado en los trabajos desarrollados en 1936 por el científico húngaro George Hevesy de Heves,Premio Nobel de Química en 1944. La técnica consiste en irradiar una muestra, de tal forma, de obtener a posteriori los espectros gamma que ella emite, para finalmente procesar la información con ayuda computacional. La información espectral identifica los elementos presentes en la muestra y las concentraciones de los mismos.

Una serie de estudios se han podido aplicar a diversos problemas de contaminación como las causadas por el bióxido de azufre, las descargas gaseosas a nivel del suelo, en derrames de petróleo, en desechos agrícolas, en contaminación de aguas y en el smog generado por las ciudades.

Industria e Investigación

a) Trazadores

Se elaboran sustancias radiactivas que son introducidas en un determinado proceso. Luego se detecta la trayectoria de la sustancia gracias a su emisión radiactiva, lo que permite investigar diversas variables propias del proceso. Entre otras variables, se puede determinar caudales de fluidos, filtraciones, velocidades en tuberías, dinámica del transporte de materiales, cambios de fase de líquido a gas, velocidad de desgaste de materiales, etc..

b) Instrumentación

Son instrumentos radioisotópicos que permiten realizar mediciones sin contacto físico directo. Se utilizan indicadores de nivel, de espesor o bien de densidad.

c) Imágenes

Es posible obtener imágenes de piezas con su estructura interna utilizando radiografías en base a rayos gamma o bien con un flujo de neutrones. Estas imágenes reciben el nombre de Gammagrafía y Neutrografía respectivamente, y son de gran utilidad en la industria como método no destructivo de control de calidad. Con estos métodos se puede comprobar la calidad en soldaduras estructurales, en piezas metálicas fundidas, en piezas cerámicas, para análisis de humedad en materiales de construcción, etc..

d) Datación

Se emplean técnicas isotópicas para determinar la edad en formaciones geológicas y arqueológicas. Una de las técnicas utiliza el Carbono-14, que consiste en determinar la cantidad de dicho isótopo contenida en un cuerpo orgánico. La radiactividad existente, debida a la presencia de Carbono-14, disminuye a la mitad cada 5730 años, por lo tanto, al medir con precisión su actividad se puede inferir la edad de la muestra.

e) Investigación

Utilizando haces de neutrones generados por reactores, es posible llevar a cabo diversas investigaciones en el campo de las ciencias de los materiales. Por ejemplo,se puede obtener información respecto de estructuras cristalinas, defectos en sólidos, estudios de monocristales,distribuciones y concentraciones de elementos livianos en función de la profundidad en sólidos, etc..

En el ámbito de la biología, la introducción de compuestos radiactivos marcados ha permitido observar las actividades biológicas hasta en sus más mínimos detalles,dando un gran impulso a los trabajos de carácter genético.

LABORATORIO DE TRAZADORES

Objetivos

El Laboratorio de Trazadores tiene como objetivos principales investigar,desarrollar y aplicar metodologías para el estudio de procesos naturales, industriales y mineros, en los cuales se pueda utilizar isótopos radiactivos con un beneficio para el proceso, el usuario y el país.

Son objetivos promover el conocimiento y empleo de esta tecnología entre potenciales usuarios y mantener la debida actualización de los conocimientos y los avances logrados en el uso de esta tecnología.

Equipamiento

Con el fin de cumplir lo anterior, el personal profesional y técnico especializado en esta tecnología, hace uso de las instalaciones e infraestructura con que cuenta la CCHEN en el Centro de Estudios Nucleares de la Reina

En el Reactor Nuclear son preparados los radiotrazadores que se han de utilizar en diversas aplicaciones, los que son transportados a terreno bajo estrictas medidas de seguridad.

Inyección de Trazadores en aguas profundas

Inyección de Trazadores en aguas profundas

Se cuenta además con más de 100 m² de Laboratorios; sistemas inyectores portátiles para trazadores sólidos, líquidos y gaseosos; sistemas de detección de radiación y de almacenamiento de datos portátiles y para instalación en línea; etc.

Líneas de Trabajo

El Laboratorio de Trazadores mantiene dos líneas de trabajo principales, la de aplicación de radiotrazadores a procesos industriales y otra de aplicación a procesos naturales.

En la primera se desarrollan técnicas que contribuyen a optimizar y a controlar procesos de la Industria y Minería, y la segunda involucra el estudio de parámetros hidrodinámicos de corrientes de agua naturales superficiales y subterráneas.

Marcado de aguas superficiales con colorantes

Marcado de aguas superficiales con colorantes

La aplicación de radiotrazadores permite determinar distribuciones de tiempos de residencia y sus correspondientes tiempos medios; balances de materia; caudales o velocidades de fluidos en ductos abiertos y cerrados; lugares de filtración o bloqueos en sistemas industriales de tuberías enterradas; filtraciones en embalses y estanques; caudales en corrientes naturales como canales o ríos, y velocidades de napas subterráneas, entre otros.

LABORATORIO DE IRRADIACIONES

Objetivos

Investigar, desarrollar, aplicar y difundir el uso de las radiaciones ionizantes provenientes de fuentes radiactivas en diferentes áreas industriales, con énfasis en Salud y Alimentación. Entre sus principales aplicaciones se encuentran la conservación de alimentos, esterilización de material de uso médico, y tratamiento de materias primas para disminuir carga microbiana en la industria farmacéutica, cosmetología y alimentaria.

Equipamiento

El Laboratorio consta de cuatro sub-secciones:

- Sala de Irradiaciones. Posee dos irradiadores experimentales, las fuentes radiactivas de ellos son el Cesio 137=53430Ci y el Cobalto 60=183 Ci.

- Laboratorio Químico.

- Laboratorio de Microbiología. la infraestructura de este Laboratorio incluye una sala de preparación de material.

- Laboratorio de Evaluación Sensorial.

Líneas de Trabajo

1. Asesorías y servicio de irradiación en una variedad de productos, tales como: alimentos, envases, material biológico y de uso médico, materias primas de industrias farmacológica y cosmetológica.

2. Control y certificación de las dosis aplicadas en la Planta dde Irradiación Multipropósito.

3. Uso de la radiación ionizante como medida preventiva en Salud Pública. Eliminación de Vibrio Cholerae en vegetales frescos.

4. Uso de las radiaciones ionizantes como método de esterilazación en injertos óseas.

5. Servicio de Dosimetría.

Comparación de alimentos tratados con radiaciones ionizantes

Comparación de alimentos tratados con radiaciones ionizantes: Papas 6 meses después del proceso. Frutillas 15 días después del proceso

LABORATORIO DE PRODUCCION DE RADIOISOTOPOS Y RADIOFARMACOS

Objetivos

El Laboratorio de Producción de Radioisótopos y Radiofármacos se encuentra operando en forma rutinaria desde 1975, desarrollando un programa de producción cuyo objetivo ha sido el de promover las aplicaciones nucleares en los diversos campos de la ciencia y tecnología.

Fundamentalmente, la producción está orientada a aquellos radioisótopos de semiperíodo corto de gran utilización en la medicina, industria, agricultura e investigación científica, tales como Tc 99 m, l 131,P 32, lr 192, Na 24, Rb 86, Cr 51, etc.

En la actualidad el laboratorio produce y distribuye rutinariamente 13 radionucléidos en 26 formas químicas diferentes, así como juegos de reactivos para marcación con Tc 99 m.-

Equipamiento

Dispone de un Laboratorio de Producción de Radioisótopos y moléculas marcadas con 8 celdas blindadas, así como Laboratorios Radioquímicos y Bioterio para el desarrollo y control de los mismos. También dispone de un Laboratorio limpio con aire clase 100 para la producción, en ambiente estéril,de los juegos de reactivos (Kits) para marcación con Tc 99 m.

Celdas del Laboratorio de Producción

Celdas del Laboratorio de Producción

Entre los principales equipos del Laboratorio se deben mencionar:-

- Liofilizador programable con capacidad para 500 frascos F.T.S. System.

- Liofilizador para 150 muestras Labconco.

- Cromatógrafo líquido (HPLC) con detectores UV-Visible, radiométrico y electroquímico.

- Sistema de espectrometría gama con detector de Ge(Hp).

- Contador beta Beckman para 100 muestras.

- Contador automático gama Packard 5000.

- Contador automático gama Beckman 4000.

- Calibrador de dosis Capintec CRC-30 y CRC-712H.

- Cámara de ionización N.P.L.

- Equipo para electroforesis.

- Equipo para cromatografía en gel.

- Equipo de control de esterilidad Steriltest.

- Criomicrótomo.

- Computador, scanner y software para

- Procesamiento de imágenes.

- Rota vapor.

Laboratorio de Cromatografía

Laboratorio de Cromatografía

El Laboratorio de Radioquímica del CEN Lo Aguirre cuenta con:

- 6 celdas blindadas de proceso para trabajos con material radiactivo, de 10 cm. de espesor de Pb, que tienen implementados los sistemas básicos de iluminación, fuerza,agua y neumático, además del equipamiento específico.

- Campana de flujo laminar de 3,0m x 2,2m x 1,2m; permite un espacio de trabajo limpio y estéril con aire tipo clase 100 (Federal Standard 209 B).

- Cámara de ionización Picker, modelo Número 632-507-3.

- Cámara de ionización Capintec CRC-10-3.

- Computador PC IBM, con tarjeta S-100 emuladora de MCA de Canberra, electrónica asociada y detectores de Ge intrínseco de Canberra, detectores de barrera superficial de silicio para radiaciones Alfa y Beta.

- Monitores de radiación continuos de aire.

- Detectores de contaminación Alfa, Beta y Gama de pies y manos.

Líneas de Trabajo

El Laboratorio, para cumplir su objetivo, desarrolla dos líneas de trabajo:

1. Producción, control y distribución rutinaria de radioisótopos, moléculas marcadas y juegos de reactivos para marcación.

2. Investigación y desarrollo de métodos de producción y control de radioisótopos, radiofármacos y compuestos marcados.

USO EFICIENTE DE ENERGIA Y CONTAMINACION

Objetivos

El objetivo de la Unidad es desarrollar estudios y servicios que contribuyan directamente a mejorar el medio ambiente, desde la perspectiva del uso eficiente de la energía y de la aplicación de tecnologías de descontaminación que utilicen radiaciones ionizantes en los casos que estas resulten ventajosas.

Equipamiento

La Unidad cuenta con un completo equipamiento para realizar mediciones en terreno de los parámetros operacionales que permiten diagnosticar las condiciones de utilización de la energía y la eficiencia en equipos tales como calderas, hornos, ventiladores y otros, en una instalación industrial.

Este equipamiento está compuesto por medidores de flujo, temperatura, presión y analizadores de gases de combustión tanto portátiles como para monitoreo continuo. Además se cuenta con instrumentos de medición de parámetros complementarios tales como humedad del aire, flujos de agua, etc.

Durante 1995 se agregó un equipo de adquisición de datos con su respectivo procesador automático, con el fin de potenciar las posibilidades de realizar mediciones independiente del operador de los equipos. Esto reviste especial potencialidad durante el año 96.

Líneas de trabajo

Líneas de trabajo

Líneas de Trabajo

La Unidad cuenta con dos líneas de trabajo:

1. Aplicación de radiaciones ionizantes para la descontaminación de afluentes de procesos industriales.

2. Prestación de servicios al sector industrial, ya sea público o privado, en el ámbito de Auditorías Energéticas y Uso Eficiente de Energía

LABORATORIO DE ISOTOPOS AMBIENTALES

Objetivos

Desarrollo y aplicaciones de técnicas isotópicas basadas en el uso de isótopos existentes en el medio ambiente (Oxígeno-18, Deuterio, Tritio, Carbono-13 y Carbono-14), en sus concentraciones naturales, en Hidrología y Medio Ambiente, para realizar investigación aplicada y para la prestación de servicios a Empresas e Instituciones.

Uso de estos isótopos como trazadores en concentraciones por sobre las naturales (enriquecidos), en aplicaciones en estudio de Nutrición y Salud Pública.

Equipamiento

Para el desarrollo de sus actividades el Laboratorio cuenta con el siguiente equipamiento:

- Espectrómetro de Masa VG. Micromass 602 C., de doble colector, para análisis de razones isotópicas muestra a muestra.

- Espectrómetro de Masa Finnigan Mat 252, de multiples colectores, para análisis automático de razones isotópicas de hasta 12 muestras.

- Líneas de Vacío y Sistemas de Preparación de Muestras, para Análisis de Oxígeno-18, Deuterio y Carbono-13 en H2O, CO2, H2, carbonatos y materia orgánica.

- Equipos menores de Laboratorio y terreno.

Espectrómetro de masas del Laboratorio de isótopos ambientales

Espectrómetro de masas del Laboratorio de isótopos ambientales

Líneas de Trabajo

1. Hidrología Isotópica: - hidrología básica de zonas áridas y semiáridas, orígenes de recarga de aguas subterráneas, interconección de acuíferos,interconección entre aguas superficiales y subterráneas, evaporación de salares, filtraciones de lagos y embalses,tiempo de residencia de aguas subterráneas.

2. Medio Ambiente: - estudio de procesos de transporte de contaminación en aguas subterráneas, estudio de ecosistemas aguas-suelo-planta,determinación de ciclos fotosintéticos, estudio de impacto de procesos productivos en el medio ambiente.

3. Nutrición y Salud Pública: - uso de trazadores (H-2, O-18 y C-13) en estudios nutricionales (agua corporal total), desórdenes metabólicos (gasto energético) y algunas patologías.

4. Servicios y Asesorías: servicios de análisis de H-2, O-18, C-13 y N-15 en agua, CO2, carbonatos, nitrógeno y materia orgánica; servicio de muestreo y mediciones en terreno para los isótopos mencionados, más Tritio y Carbono 14; asesoría en uso de técnicas isotópicas y diseño, montaje y mantención de sistemas de vacío.

INTERACCION DE LA RADIACION IONIZANTE CON LA MATERIA

El efecto inmediato de las radiaciones ionizantes al interactuar con la materia es la ionización, es decir la creación de iones positivos o negativos.

Otro efecto que genera la radiación ionizante es conocido con el nombre de "excitación del átomo". La excitación ocurre cuando un electrón salta a una órbita o nivel de energía superior, para después volver a su órbita original, emitiendo energía en el transcurso del proceso.

a) Interacción de las Radiaciones Alfa con la Materia

Interacción de las Radiaciones Alfa con la Materia

La partícula alfa se compone de 2 protones y 2 neutrones. Su poder de penetración en la materia es muy bajo y sólo es capaz de recorrer algunos centímetros en el aire. Su corto recorrido describe una trayectoria prácticamente en línea recta. Cuando penetra la materia presenta un alto poder de ionización, formando verdaderas columnas de iones (cuando penetra en un centímetro de aire puede producir hasta 30.000 pares de iones).

b) Interacción de la Radiaciones Beta con la Materia

La masa de las partículas beta (electrones negativos) es muy pequeña, por lo tanto, su movilidad es mayor respecto de las partículas alfa. Durante su recorrido cambia fácilmente de trayectoria y su alcance y poder de penetración es mayor. Además, su poder de ionización es inferior, respecto de la partícula alfa.

Si una partícula beta se acerca a un núcleo atómico,desvía su trayectoria y pierde parte de su energía (se "frena"). La energía que ha perdido se transforma en rayos X. Este proceso recibe el nombre de "Radiación de Frenado".

Otra interesante reacción ocurre cuando una partícula beta colisiona con un positrón (electrón positivo). En este proceso, ambas partículas se aniquilan y desaparecen, liberando energía en forma de rayos gamma.

Interacción de la radiaciones beta con la materia

Interacción de la radiaciones beta con la materia

c) Interacción de las Radiaciones Gamma con la Materia

Las radiaciones gamma carecen de carga eléctrica,por lo tanto, no sufren desviaciones en su trayectoria como producto de la acción de campos eléctricos de núcleos atómicos o electrones. Tales características permiten que la radiación gamma sea capaz de traspasar grandes espesores de material y de ionizar indirectamente las sustancias que encuentra en su recorrido.

Un rayo gamma es capaz de sacar un electrón de su órbita atómica. El electrón arrancado producirá ionización en nuevos átomos circundantes, lo que volverá a suceder hasta que se agote toda la energía de la radiación gamma incidente.

Interacción de las Radiaciones Gamma con la Materia

d) Interacción de los Neutrones con la Materia

Los neutrones también carecen de carga eléctrica y no sufren la acción de campos eléctricos ni magnéticos. Al igual que la radiación gamma son capaces de atravesar grandes espesores de material.

Cuando un neutrón choca con un átomo le cede parte de su energía mediante la acción de choques elásticos (la energía total del sistema se mantiene constante) e inelásticos (la energía total del sistema no se conserva). Como producto de los sucesivos choques el neutrón pierde velocidad en forma gradual, hasta alcanzar una magnitud de 2.200 metros / segundo. A estos neutrones se les denomina "Neutrones Térmicos".

Si un neutrón colisiona con un núcleo atómico y sus masas son muy parecidas, entonces el neutrón pierde una gran cantidad de energía. Mayor será la pérdida de energía mientras más se asemejen sus masas. Por lo tanto, los choques que aseguran gran pérdida de energía ocurren con los núcleos de los átomos de Hidrógeno. El proceso por el cual los neutrones reducen su velocidad en forma gradual recibe el nombre de "Termalización" o "Moderación de Neutrones".

Los neutrones térmicos se pueden desintegrar, formando un protón y un electrón, o bien pueden ser absorbidos por los núcleos de los átomos circundantes, dando lugar a reacciones nucleares, como por ejemplo la fisión nuclear.

Interacción de los Neutrones con la Materia

Editor: Fisicanet ®

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