1. Objetivos •

1. Objetivos
• Caracterizar el fenómeno de la radiactividad natural y artificial de los elementos químicos.
• Identificar los elementos isotópicos (isótopos) que el ser humano emplea en diferentes campos, tales como
en la medicina, industria, agricultura, armamento, reactores nucleares y otros.
• Identificar los procesos de fusión y fisión nucleares presentados en casos específicos, con el propósito de
comprender la liberación y absorción de energía.
• Comprender las aplicaciones de la radiactividad, así como los riesgos y alcances en el presente, mediano y
largo plazo.
• Sintetizar la problemática del tema de la radiactividad, usos y precauciones, tomando en cuenta la
sostenibilidad humana.
2. Introducción
Aunque el tema de la radiactividad, se ha escuchado y leído, sobre la base de algunos acontecimientos
ocurridos, desgraciadamente estos son relacionados con accidentes, como el de Chernobil donde hubo un
escape de radiación y la sobredosis que sufrieron decenas de pacientes en el año 1996 en Costa Rica, también
se habla mucho de la problemática de los desechos radiactivos y desde luego la historia resalta sobre las
bombas atómicas utilizadas en la segunda guerra mundial. Pero realmente es poco lo que se conoce del tema.
Hace falta conocer los beneficios que causa, los alcances científicos y las precauciones que se debe tener con
el manejo de la radiactividad, además es interesante informarse sobre el por qué ocurren, más sabiendo que
todos los seres vivos están involucrados, se quiera o no con ella, no importando el lugar en donde se
encuentren, ya sea en la casa, en la oficina, en el campo, en la calle, o en el colegio.
Al respecto se habla de las radiaciones cósmicas como los rayos ultravioleta, el calor y las electromagnéticas
como la luz; otras radiaciones son las de radio, microondas, rayos alfa, beta y gama, para citar algunos.
Son muchas las radiaciones que existen, por lo que se han clasificado en ionizantes y no ionizantes. Entre las
primeras están los rayos X, rayos alfa, beta y gama, estas radiaciones son capaces de ionizar la materia por
donde pasan, esto significa que provocan desprendimiento de electrones de los átomos, y si éstos están
formando moléculas en células, afectará el comportamiento del organismo. Esto se debe a la gran cantidad de
energía que poseen.
A pesar que todas esas radiaciones se tienen a diario, esta unidad estudia las provenientes del proceso de la
radiactividad.
Actividad 1. ¿Qué es la radiactividad?, ¿dónde se encuentra?, ¿cómo nos afecta?
La historia de la radiactividad, empieza con los alquimistas, quienes practicaban una química que a menudo
era más arte que ciencia, más calentamiento de vasijas, que experimentación productiva y muy poca
investigación, entre las tantas inquietudes de la época, estaba la transmutación de los metales en oro, asunto
que los aferró por mucho tiempo, al deseo de enriquecerse rápidamente.
Las investigaciones y los experimentos siguieron en el transcurso de la humanidad y se sigue trabajando para
conocer mejor el átomo, ahora en lo más íntimo de su existencia, porque se cree que en su núcleo, está la
fuente de energía que se necesita para hacerle frente a la demanda, tanto del presente, como para el futuro.
La radiactividad está a nuestro alrededor, en las plantas que se comen, en el aire que se respira, en el hogar, en
el suelo, haciendo el tema muy interesante.
1
A.2. ¿Qué es la radiactividad?
• ¿Quienes la emiten?
• ¿Algunos ejemplos de radiaciones?
• ¿Cómo beneficia y a la vez perjudica?
Comentario 2. Existen ideas generalizadas sobre este tema que es importante conocer, por eso se debe hacer
preguntas al grupo para constatar lo que saben al respecto; es posible que ellos asocien la radiactividad con
peligros, con destrucción por los accidentes y lo ocurrido con las bombas atómicas. A este tipo de ideas
muchas veces equivocadas, se llamarán ideas alternativas, al respecto se tendrá la oportunidad de investigar
los alcances de la radiactividad tanto natural como la artificial. Al finalizar la unidad los estudiantes deben
tener la información, cuestionarse, investigar, discutir en grupo la problemática y por que no, meditar sobre el
futuro hipotético de la humanidad.
La radiactividad no es nada nuevo. Existe desde que se formó la Tierra hace 4500 millones de años. No se
puede percibir por el olfato, el gusto, el tacto, el oído ni la vista. Sólo en los últimos años se ha aprendido a
detectarla, medirla y controlarla.
Al contrario de la creencia popular, la radiación no sólo la produce la industria nuclear o las armas nucleares.
En efecto, un 87% de la dosis de radiación que recibimos proviene de fuentes naturales. La radiación está en
todas partes: en los hogares, en el aire que se respira, en los alimentos que se ingieren; incluso el cuerpo es
radiactivo. La propia Tierra es radiactiva por naturaleza y expone a los habitantes a la radiación proveniente
de las rocas superficiales y los suelos.
El resto de la radiación proviene de las actividades humanas. La fuente más conocida y más amplia es la
aplicación médica. Innumerables son los beneficios que reporta el uso de la radiación en el diagnóstico y el
tratamiento de enfermedades. Con ella se ha podido realizar exploraciones del cerebro y los huesos, tratar el
cáncer y usar elementos radiactivos para dar seguimiento a hormonas y otros compuestos químicos de los
organismos.
Probablemente sea menos conocida la función que desempeña la radiación en la industria, la agricultura y la
investigación. La inspección de soldaduras, la detección de grietas en metal forjado o fundido, el alumbrado
de emergencia, la datación de antigüedades y la preservación de alimentos son algunas de sus numerosas
aplicaciones.
En promedio, la industria nuclear representa menos del 0,1% de la radiación total que el hombre recibe.
Cuando se viaja en avión, se expone a recibir una radiación mayor, ya que hay menos protección contra los
rayos cósmicos. Un pasajero que viaje en avión a una altitud normal recibe en una hora, una dosis de
radiación cuatro veces mayor, que la que recibe de toda la industria nuclear en un año.
La radiactividad puede ser peligrosa en determinadas circunstancias y sus riesgos no deben tomarse a la
ligera. Puede dañar las células del organismo y la exposición a altos niveles, puede ser nociva e incluso fatal si
se trata de manera inadecuada, por eso lleva un largo proceso de investigación y descubrimientos abriéndose
las puertas de la era nuclear.
3. Historia
A.3. ¿Al respecto cuántos modelos de átomo se han dado en la historia y cuál es el más reciente?
En la fig.1 se aprecia un modelo de átomo, aunque no es el último, es bastante explicativo para el objetivo que
sobre el tema de la radiactividad interesa.
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A.4.Por qué se debe tener presente el modelo del átomo, para estudiar la radiactividad?
En la fig.1, se enfatiza el núcleo. ¿Por qué?
Descubrimiento de la Radiactividad
Poco después de que se descubriera los rayos X, en 1895; Antoine Henri Becquerel (1852−1908) trató de
demostrar la relación entre los rayos X y la fosforescencia de las sales de uranio. En uno de sus experimentos
envolvió una placa fotográfica en papel negro, colocó una muestra de sal de uranio sobre ella y la expuso a la
luz solar. Al revelar la placa apareció que los rayos emitidos por la sal habían penetrado a través del papel.
Tiempo después, Becquerel se preparaba para repetir el experimento pero, como la luz solar era intermitente,
colocó el conjunto en un cajón. Días después reveló la placa, esperando encontrarla sólo débilmente afectada.
Se asombró al observar una imagen intensa en la placa. Repitió el experimento en la oscuridad total y obtuvo
los mismos resultados, probando que la sal de uranio emitía rayos que afectaban la emulsión fotográfica, sin
necesidad de ser expuesta a la luz solar. De este modo fue que Becquerel descubrió la radiactividad. Marie
Curie, dos años después en 1898 dio a este fenómeno el nombre de radiactividad. Radiactividad es la emisión
espontánea de partículas o rayos por el núcleo de un átomo. A los elementos que tienen esta propiedad se les
llama radiactivos. Posteriormente, Becquerel mostró que los rayos provenientes del uranio podían ionizar el
aire y también eran capaces de penetrar a través de láminas metálicas delgadas.
En 1898, Marie Sklodowska Curie (1867−1934), con su esposo Pierre Curie (1859−1906), dirigió sus
investigaciones a la radiactividad. En corto tiempo los Curie descubrieron dos elementos nuevos, el polonio y
el radio, ambos radiactivos. Para confirmar su trabajo sobre el radio, procesaron una tonelada de residuos de
mineral llamado pecblenda, para obtener 0.1 g de cloruro de radio puro, que usaron para efectuar más estudios
sobre las propiedades del radio y determinar su masa atómica.
Ernest Rutherford, en 1899, comenzó a investigar la naturaleza de los rayos emitidos por el uranio. Encontró
dos tipos de rayos, a los que llamó rayos alfa y beta. Pronto se dio cuenta que el uranio, al emitir estos rayos,
se transformaba en otro elemento. A la altura de 1912 se conocían ya más de 30 isótopos radiactivos y hoy se
conocen mucho más. Paul Villard descubrió en 1900, los rayos gamma, un tercer tipo de rayos que emiten los
materiales radiactivos y que es semejante a los rayos X. De acuerdo con la descripción del átomo nuclear,
Rutherford se atribuyó el fenómeno de la radiactividad a reacciones que se efectúan en los núcleos de los
átomos.
A.5. En forma individual, lea el texto anterior y en él reconozca al menos cinco de las diferentes actividades
propias de una persona científica, anótelas y compárelas con sus compañeros de grupo. Analiza en la
actividad la evolución que ha experimentado el pensamiento de los científicos comparado con el pensamiento
actual sobre el tema de la radiactividad.
3
C.5. La historia no es para aprendérsela de memoria sino para conocer el proceso, saber las dificultades, los
aciertos, incluso se sabe la manera de pensar de toda una época por medio de ella. En este caso, con esta
actividad los estudiantes identifican la labor de los científicos, la perseverancia, lo observadores, paciencia,
cuidadosos, si cuentan con un plan o diseño para lograr lo que creen, hipótesis y otros. Los educandos pueden
deducir muchas más cualidades, actitudes y comportamientos de los científicos leyendo la historia, incluso el
detalle que siendo esa época una mujer participara activamente en la actividad científica. Es importante
resaltar que Marie Curie es muy conocida , ¿por qué?. ¿Qué otras mujeres conocen tan famosas como ella?
Comente.
A.6. ¿Por qué ocurre la radiactividad?
En este sentido se repasa la simbología que se acostumbra para referirse a los diferentes átomos de cada
elemento químico, muy útil en química nuclear. (Ver tabla periódica de los elementos).
Por ejemplo, 23892U representa un isótopo de uranio con número atómico 92 y número de masa 238. A este
se le llama U−238
A.7. a− ¿Qué significa el número 92 en la expresión anterior?
b− ¿Qué significa el número 238?,
c− ¿Cómo se obtiene este número?
d− Escriba una lista de toda la información que le da la tabla periódica.
Teóricamente el átomo es neutro y el número de protones, electrones y neutrones es igual, como ocurre con
los primeros elementos representados en la tabla periódica.
C.7. Al estudiante le debe quedar bien claro lo qué indica el número atómico. La tabla periódica de los
elementos es una herramienta para utilizar, porque nos da mucha información. Analizar las masas atómicas y
compararlas con el número atómico es importante, así se entenderá el significado de los isótopos.
El número de protones casi siempre se mantiene estable, pero el número de neutrones varía. ¿Por qué?
En este sentido se debe recordar que los compuestos químicos se forman porque los elementos buscan
estabilidad en su nube electrónica.
Parecido ocurre en el núcleo, este busca la estabilidad y mientras esto ocurre, se desprenden radiaciones
espontáneamente, que pueden ser rayos alfa , rayos beta o rayos gamma. A este fenómeno se le llama
radiactividad.
A.8. ¿A qué se debe que un elemento presente varios isótopos?, Al respecto se debe observar y analizar la
tabla siguiente.
De acuerdo con los datos. ¿Cuáles isótopos crees que son más estables?
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C.8. Es frecuente encontrar tablas de datos en la bibliografía de ciencias. Se recomienda el análisis para
establecer diferencias, semejanzas, casos excepcionales y obtener conclusiones. El estudiante debe saber lo
importante que son las tablas de datos, como dice el refrán los números hablan; aunque es importante saber las
condiciones en que se dieron, como por ejemplo situaciones afectivas, sociales, económicas las tablas no se
aprenden de memoria, solo nos dan parte de información, en este caso caracterizan los isótopos, indicando
cuántos protones, electrones y neutrones tiene según el modelo atómico.
Tabla 1
Muestra algunos isótopos comunes
ISÓTOPOS
CARGA ABUNDANCIA
Hidrógeno −1
1+
99,985
Hidrógeno −2
1+
0,015
Hidrógeno −3
1+
Helio −3
2+
1.3 x 10−4
Helio −4
2+
100
Berilio −9
4+
100
Carbono −12
6+
98,89
Carbono −13
6+
1,11
Carbono −14
6+
1,2 x 10−10
Nitrógeno −14
7+
99,64
Nitrógeno −15
7+
0,36
Oxígeno −16
8+
99,76
Oxígeno −17
8+
0,04
Oxígeno −18
8+
0,20
A−9.¿Dónde están los isótopos radiactivos?
El 87% de la radiactividad que hay en el planeta es natural. Al respecto, cómo se explica que la vida exista
con esa dosis. Los elementos radiactivos no sólo se encuentran allá en los reactores y en las cabezas nucleares
que se usan como misiles, se encuentran en el agua, en la leche, en el mar, en el aire, en plantas; podría
decirse que en todo el planeta.
Cuadro 1
Niveles de radiactividad relativa en líquidos
Agua corriente del grifo
Descargas de una central nuclear
Agua del río
Cerveza
Agua del mar
Whisky
Leche
1
0.05 a 0.5
0.5 a 5
6.5
17.5
60
70
4. Carbono −14
El carbono −14 se produce de manera continua en la atmósfera, cuando neutrones de alta energía del espacio,
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chocan contra el nitrógeno −14, como se ilustra en la siguiente reacción.
Al igual que el carbono −14, se produce continuamente por este proceso, se descompone en forma continua al
emitir partículas beta con el transcurso de los años, estos dos procesos opuestos, han alcanzado casi equilibrio,
por lo que la cantidad de 146C presente en la atmósfera, permanece aproximadamente constante.
El carbono −14 artificial, que está actualmente en circulación por la Tierra, alcanza aproximadamente una
tonelada y representa aproximadamente el 1% de la abundancia total natural. Durante los últimos siete años, el
hombre lo ha producido a un ritmo considerablemente mayor que el resultante del proceso natural, mediante
el cual se forma por la acción de los neutrones de los rayos cósmicos. La mayoría está todavía en la atmósfera
combinado en dióxido de carbono. En los organismos vivientes se ha elevado el contenido de carbono 14,
hasta el 10% por encima de lo normal, esta situación puede confundir a los futuros arqueólogos.
A.10. Si el carbono −14 se encuentra en la atmósfera, ¿cómo se cree que llega a formar parte de plantas,
animales y personas?
Escriba su hipótesis para que luego comente con los compañeros.
Ilustre el texto anterior de una forma creativa.
C.10. El nuevo enfoque de la enseñanza de las ciencias pretende que se estimule a los estudiantes a ser
investigadores junto con el profesor. El planteamiento de hipótesis y el tratar de verificarlas, si es del caso
cambiarla, plantearse problemas de las cosas que parecen obvias es una manera de fomentar la actividad
científica.
El carbono − 14 como punto de referencia para certificar la edad aproximada de antigüedades como momias,
pinturas, incluso el Manto Sagrado, y otros objetos valiosos requieren, incluso conocer si son auténticos o
falsos; por lo que es un agradable tema de investigación.
La ilustración se puede hacer con caricaturas, dibujos esquemas, con recortes de revistas o periódico. Los
estudiantes son muy imaginativos. En este caso esta actividad puede ser optativa, para tomar en cuenta las
aptitudes.
Cuadro 2
Partícula
Neutrón
Protón
Partícula beta (electrón)
Positrón (electrón positivo)
Partícula alfa (núcleo de helio)
Deuterio (núcleo de hidrógeno pesado)
Símbolo
10n
11H
0−1e
0+1e
42He
21H
Símbolos en notación isotópica, de varias partículas (e isótopos pequeños) relacionados con la química
nuclear.
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Se ha descubierto más de una docena de radioisótopos naturales de vida larga y la lista continúa creciendo a
medida que los métodos para detectarlos se hacen más sensibles. Sin embargo, son sólo tres de ellos: uranio
238, torio 232 y potasio 40, los que generan la mayor parte de la radiación natural presente en el medio
ambiente.
La localización de estos isótopos en la Tierra depende no de sus propiedades nucleares, sino de sus
propiedades químicas. Los tres son metales fácilmente oxidables. Sus óxidos poseen una densidad
relativamente baja y se presentan, por tanto, en la corteza terrestre en vez del manto y en el núcleo metálico.
Quizá la mitad de la radiactividad de la Tierra procede de una región superficial, cuyo espesor es de unos 60
kilómetros. Esta distribución aumenta significativamente la radiación, a la que todos los seres vivientes están
expuestos y hace que el hombre pueda disponer del uranio y del torio
9. Usos de la radiactividad por la humanidad
Desarrollar variedades de cultivos agrícolas y hortalizas de alto rendimiento, bien adaptadas y resistentes a
enfermedades; induciendo mutaciones al alterar los genes con el empleo de radiación: a−) para erradicar o
controlar las plagas de insectos esterilizando grandes cantidades de hembras, método que se ha aplicado con
éxito para erradicar el gusano barrenador (tórsalo) del ganado, b−) mejorar el rendimiento reproductivo, c−)
mejorar la nutrición y la salud de los animales empleando isótopos radiactivos en los alimentos y d−) reducir
las perdidas posteriores a la cosecha mediante la eliminación de los brotes y la contaminación, todo esto con
tratamiento radiactivo, son algunos de los usos que se le están dando actualmente a la radiactividad. Cada uno
ocuparía un libro entero o por lo menos un capítulo especial, dada la importancia que tiene. Sin embargo no se
va estudiar en detalle, pero sí comprendiendo que la idea popular de que la radiactividad está allá lejos de cada
ser humano y que está en manos de muy pocos países, no es cierta.
Las aplicaciones de la química nuclear son importantes en la medicina, la industria, las artes y la
investigación. Su impacto amenaza y ensancha al mismo tiempo la vida del hombre y su futuro.
Actualmente se desarrollan las nuevas aplicaciones y nuevos radiofármacos, con el fin de ampliar la gama de
procedimientos, reducir las enfermedades contagiadas por los alimentos y prolongar el período de
conservación mediante la utilización de radiaciones y estudiar los medios para reducir la contaminación
originada por los plaguicidas y productos agroquímicos.
A.18. Recolecte información, en diarios, revistas u otros medios, para comentar en grupos y discutir en un
posible debate al finalizar el estudio de esta unidad. El material recolectado puede utilizarse en un mural
informativo para el resto del colegio.
C.18. Este material recolectado puede clasificarse, porque este tema es bastante polémico, habrá posiciones a
favor y otras en contra; también manejo de desechos, precauciones... Es importante que los estudiantes sepan
que el interés que han mostrado en el estudio sea valorado por el profesor y por que no, por el resto de la
comunidad estudiantil.
Por ejemplo el siguiente fragmento es recortado del periódico de oct. 98 en el periódico la Nación , Varias
centenas de personas que viven cerca de instalaciones nucleares norteamericanas o que trabajan en ellas
sufren enfermedades respiratorias, neurológicas y problemas inmunológicos de origen desconocido, informó
el diario The Tennessean. EEUU.
Tabla 3
Algunos núclidos o isótopos radiactivos, sus vidas medias y sus aplicaciones médicas como marcadores
en el cuerpo humano.
Núclido
Vida media
Área del cuerpo que se estudia
7
131 I
59 Fe
99 Mo
32 P
51 Cr
87 Sr
99 To
133 Xe
24 Na
8.1 días
45.1 días
67 horas
14.3 días
27.8 días
2.8 horas
6.0 horas
5.3 días
14.8 horas
Tiroides
Glóbulos rojos
Metabolismo
Ojos, hígado, tumores
Glóbulos rojos
Huesos
Corazón, huesos, hígado, pulmones
Pulmones
Sistema circulatorio
A.19.Investigar algunos compuestos químicos formados por los anteriores isótopos, que se usan en los
hospitales que cuentan con medicina nuclear como el San Juan de Dios, el Hospital México, el Calderón
Guardia y otros.
C.19. Esta actividad sirve de enlace con lo visto durante el curso de Química, no es necesario que los
educandos se desplacen a los hospitales, pueden obtener la información telefónicamente, vía fax u otra forma
práctica donde no corran peligro o riesgo, ni se pierda mucho tiempo.
A.20. El estudio de algunos usos de la radiactividad se desglosa a continuación:
• 1− armas
• 2− medicina
• 3− agricultura
• 4− industria
• 5− reactores nucleares para producir electricidad
• 6 − reactores para la investigación
C.20. La sugerencia es que estos temas se trabajen en grupos durante la clase, por medio de fichas de estudio
dirigido. Limitar el tiempo es necesario. Las exposiciones deben ser breves pero bien organizadas en donde se
pueda preguntar y discutir al tema sin ningún temor de que algún aspecto quede fuera, porque se puede seguir
investigando de acuerdo con las aptitudes de los alumnos.
Fichas
FICHA: 1.
TEMA: Radiactividad aplicada en armas
Objetivo:
Lograr que el estudiante se plantee interrogantes tales como, ¿Por qué los países, a pesar de los acuerdos de
desarme, siguen construyendo armas nucleares?
¿Es qué piensan autodestruir el planeta, ellos y sus familias?
¿Es que acaso es el poder lo que buscan?
¿Cambiar en un futuro armas por comida?
¿ Habrá una tercera guerra mundial?
A.20. 1 Actividades: 1. Comentar en cada grupo de estudio estas interrogantes, plantearse otras y a manera
de hipótesis dar una explicación de la problemática y las conclusiones al resto de la clase.
2.Investigar en qué consiste la bomba atómica y de hidrógeno.
3.Investigar el impacto humano y ambiental de las bombas lanzadas
4. Leer y comentar el siguiente fragmento El infierno que puede quemar al mundo entero..., tomando en
cuenta la globalización, el aspecto humano y formular hipótesis al respecto.
Ilustra el tema desarrollado con un dibujo o caricatura.
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Presentarlo a toda la clase con un tiempo de 10 o15 minutos.
El infierno que puede quemar al mundo entero
En Rusia quince millones de seres humanos padecen hambre. Las tres cuartas partes de la población apenas
consiguen sobrevivir. La mal nutrición escolar se ha vuelto endémica. Regresan epidemias que se
consideraban erradicadas. Desaparecen los servicios sociales que, así fuese mínimamente, proporcionaba el
antiguo régimen comunista. Los profesionistas se ven obligados a cultivar sus propios jardines para
sobrevivir.
La oligarquía rusa se enriquece, también, mediante la venta de armas. Y cuando hablamos de venta de armas
en Rusia, hablamos de un problema mundial de dimensión apocalíptica. Rusia posee siete mil cabezas
nucleares, cinco mil armas nucleares tácticas, inmensos depósitos de uranio y doce mil soldados sin paga
custodiándolo todo. Uno de los grandes peligros de la crisis rusa es que sea el inicio de un proceso de
privatización de la guerra que rápidamente desborde las fronteras de la Federación tanto hacia el explosivo
Medio Oriente como hacia Irán, Afganistán, India y China. (Tomado del Periódico La Nación 20 septiembre−
1998 Costa Rica.)
FICHA : 2.
TEMA: La radiactividad aplicada a la Medicina.
Objetivo:
Valorar los aportes de la radiactividad aplicada en medicina para prolongar la vida, curar y diagnosticar a
pacientes que la necesitan.
A.20.2 Actividades:a.Investigar por medio de una entrevista a médicos de la C.C.S.S., relacionada con la
medicina nuclear.
b.Entrevistar personalmente o por teléfono a alguna persona que trabaje investigando con isótopos
radiactivos en la Universidad de Costa Rica.
c.Grabar o anotar testimonios de personas que han sido radiados, curados o que le han hecho algún
diagnóstico con isótopos radiactivos.
Con base en la investigación realizada en grupo, presentar alguna estadística al resto de la clase, si es
posible en forma de gráfico con su respectivo análisis.
Información anexa a la ficha número 2.
Radioterapia y quimioterapia
Durante muchos años se ha empleado el radio en tratamientos del cáncer. Hoy se usan exclusivamente el Co
60 y el Cs 137 en la radioterapia. La eficacia de esta terapia depende del hecho, que las células malignas, que
crecen o se dividen rápidamente, son más susceptibles a los daños por radiación que las células normales. El
cobalto 60 emite tanto partículas beta, como rayos gamma. Se enfoca la radiación hacia la zona donde se
localiza el tumor, pero es muy difícil limitar la exposición sólo a las células malignas. Muchos pacientes
sufren malestares ocasionados por la radiación después de este tipo de tratamiento.
En 1963, en Costa Rica, se hizo una campaña para recoger dinero, para comprar la llamada bomba de cobalto,
que aún está al servicio para curar el cáncer.
Se puede emplear el yodo 131 para el tratamiento del hipertiroidismo. La dosis terapéutica es mayor que la
que emplea en el diagnóstico. La glándula tiroides concentra selectivamente al Y 131. La sección de la
glándula que es hiperactiva quedará expuesta a una gran dosis del isótopo y será la que se destruya
específicamente. A Bárbara Bush, primera dama en Estados Unidos, se le aplicó este tratamiento en 1989. El
mal funcionamiento de la glándula tiroides desarrolla el bocio en las personas y causa muchos trastornos en el
metabolismo.
9
Diagnóstico
Se emplean los trazadores radiactivos normalmente en el diagnóstico médico. Al respecto de cómo se debe
detectar la radiactividad fuera del cuerpo, generalmente se escogen isótopos radiactivos (radionúclidos)
emisores de rayos gama. También, el radionúclido debe ser efectivo a bajas concentraciones y debe tener una
semivida corta para reducir la posibilidad de daños al paciente.
Se emplea el yodo radiactivo (I 131) para determinar la función tiroidea, que es donde el organismo concentra
al yodo. En este proceso, se ingiere una pequeña cantidad de yoduro radiactivo de sodio o de potasio. Se
enfoca un detector a la glándula tiroides y se mide la cantidad de yodo en la glándula. Este cuadro se puede
comparar con el de una tiroides normal para detectar cualquier diferencia.
Los médicos pueden examinar la eficiencia cardiaca en el bombeo y verificar la evidencia de una obstrucción
en las arterias coronarias mediante el barrido nuclear. El radionúclido Tl 201, al inyectarse en el flujo
sanguíneo, se aloja en el tejido sano del corazón. El talio 201 emite radiación gama, que se detecta mediante
un dispositivo especial llamado cámara de centelleo. Los datos obtenidos se traducen simultáneamente en
cifras mediante una computadora. Con esta técnica se puede observar si el tejido cardiaco ha muerto, después
de un ataque al corazón y si la sangre fluye libremente a través de los conductores coronarios.
Una de las últimas aplicaciones de la química nuclear es el uso de la tomografía de emisión de positrones en la
medida de procesos dinámicos en el organismo, como el uso de oxígeno o el flujo sanguíneo. Para esta
aplicación, se fabrica un compuesto que contiene un núclido emisor de positrones, como C 11, O 15 o N 13.
Se inyecta el compuesto en el organismo y se coloca al paciente en un instrumento que detecta las emisiones
de positrones. Una computadora produce una imagen tridimensional de la zona.
Los barridos de emisión de positrones se han empleado para localizar las zonas del cerebro relacionadas con
los ataques epilépticos. El cerebro emplea la glucosa a velocidad distinta del tejido normal.
FICHA: 3.
TEMA: Radiactividad aplicada a la agricultura
Objetivo:
Valorar la importancia de rastreadores radiactivos, radiaciones mutantes para la obtención de nuevas
especies, realizadas en la UCR.
Investigar que son mutaciones.
A.20.3. Actividades. Preparar una entrevista para un ingeniero agrónomo y alguna persona del
Departamento de Biología de la Universidad de Costa Rica, sobre los rastreadores radiactivos usados en las
plantas y en el aire y agua. Sacar conclusiones, ilustrar en un afiche grande para presentar al resto de la
clase.
Plantearse alguna hipótesis pensando en el futuro.
Investigar los adelantos que realiza el país en biotecnología.
Información para la ficha número 3.
Agricultura.
Los científicos usan la radiación gama del Co 60 u otras fuentes en la investigación agrícola para desarrollar
granos resistentes a las enfermedades, o altamente productivos. Las semillas se exponen a la radiación gama
para inducir mutaciones. Las plantas más saludables y vigorosas que crecen de semillas irradiadas, se
seleccionan y se propagan para obtener variedad nuevas y mejoradas para uso comercial. La preservación de
alimentos mediante radiación es otra aplicación benéfica. El alimento se expone a radiación gama o un haz de
partículas beta suministradas respectivamente por Co 60 o Cs 137. Se destruyen los microorganismos que
pudieran causar deterioro del alimento, pero sólo se eleva ligeramente la temperatura de éste. El alimento no
10
se vuelve radiactivo como resultado de este proceso, pero aumenta notablemente su duración en almacén.
Trazadores isotópicos
Los compuestos que contienen un radionúclido se dice que son trazadores o señaladores. Estos compuestos
participan en sus reacciones químicas normales, pero se pueden detectar su ubicación debido a su
radiactividad señaladora. Cuando se suministran otros compuestos a plantas o a animales, se pueden rastrear o
trazar el movimiento del isótopo a través del organismo, mediante el uso de un contador Geiger o algún otro
detector.
Un uso importante de la técnica de rastreo o trazado fue la determinación del mecanismo mediante el cual
CO2 se fija en forma de carbohidrato (C6H12O6), durante la fotosíntesis. La ecuación neta de la fotosíntesis
es
Se inyectó 14CO2 radioactivo en una colonia de algas verde. Las algas se colocaron en la oscuridad, se
extrajeron muestras a determinados intervalos y se separaron los compuestos radiactivos mediante
cromatografía en papel para analizarlos. A partir de estos resultados se dilucidaron varias reacciones
fotosintéticas independientes de la luz.
Se tienen algunos otros ejemplos en los que se emplearon técnicas de trazadores, como son (1) para
determinar la velocidad de ingestión de fósforo por las plantas, con radiofósforo. (2) El flujo de nutrimento en
el tracto digestivo con compuestos de bario radioactivo. (3) La acumulación de yodo en la glándula tiroides,
con el empleo de yodo radioactivo y (4) la absorción de hierro por la hemoglobina de la sangre, con hierro
radioactivo. En química, los usos son ilimitados. El estudio de mecanismos de reacción, la medición de las
velocidades de reacciones químicas y la determinación de constantes físicas son sólo algunas de las áreas de
aplicación.
Control de plagas
Se ha usado radiactividad para controlar y en algunas zonas, eliminar al gusano barrenador. Las larvas de este
insecto se introducen en las heridas del ganado. La mosca hembra, como una abeja reina, sólo se aparea una
vez. Cuando se sueltan gran número de moscas macho esterilizadas con rayos gama en el momento oportuno
y en la zona infestada con el gusano barrenador, la mayor parte de las hembras se aparean con machos
estériles. Como consecuencia, las moscas no pueden reproducirse lo suficiente para mantener su número. Esta
técnica se ha usado para erradicar en algunas zonas la mosca mediterránea de las frutas.
Para un buen cultivo se necesita un suelo con suficientes nutrientes y humedad. Las técnicas nucleares son
ideales para medir la eficacia del aprovechamiento de los fertilizantes por los cultivos y para vigilar el
contenido de humedad.
En la agricultura moderna, el empleo de fertilizantes es esencial para aumentar al máximo los rendimientos de
los cultivos; por ejemplo, es corriente alcanzar en muchos suelos un aumento del rendimiento de los cereales,
de un 50 % gracias a una fertilización eficiente. Para brindar alimentos a la población mundial que crece sin
cesar, se estima que el consumo de fertilizantes dentro de 20 años ha de ser cuatro o cinco veces superior al
actual. Para reducir a un mínimo absoluto la necesidad de fertilizantes y de este modo rebajar los costos de
producción de los agricultores y aminorar el daño al medio ambiente, se necesitan estudios que permitan
conocer las virtudes relativas de los diferentes procedimientos de fertilización en los que respecta, por
ejemplo, a los métodos para aplicar el fertilizante, la oportunidad de su aplicación y los tipos de fertilizantes
que han de usarse. El método utilizado para resolver estos problemas exige introducir en el suelo cantidades
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conocidas de fertilizantes marcados con isótopos, en diversos tiempos y diferentes lugares. Como la planta no
distingue entre los elementos provenientes del fertilizante marcado y los del suelo natural, es posible medir la
cantidad exacta de nutrientes de fertilizante captados por la planta.
Los resultados de esta investigación se han incorporado a las prácticas agrícolas relativas a los cereales y han
permitido aumentar de manera importante la productividad de los cultivos, reducir la aplicación de
fertilizantes por ende los costos y han sido favorables para el medio ambiente al reducir considerablemente los
fertilizantes residuales en los suelos. Las recomendaciones basadas en los resultados de los experimentos
realizados en este campo se han aplicado en los programas de fertilizantes organizados por la FAO en muchos
países y han permitido ahorros importantes; un país que utiliza estas técnicas afirma haber ahorrado, contando
únicamente los cultivos de maíz, nada menos que 36 millones de dólares de los Estados Unidos al año.
Se han adaptado métodos naturales similares para evaluar los depósitos de fosfato de roca, que resulta barato
como alternativa frente a los fertilizantes fosfatados caros y a menudo importados y para descubrir el modo
más eficiente de utilización de esos depósitos de fertilizantes con miras a un máximo crecimiento de las
plantas.
Aunque el nitrógeno constituye un 80 % de los gases de la atmósfera, son pocas las plantas que pueden
aprovecharlo directamente. Sin embargo, gracias a un proceso denominado fijación biológica del nitrógeno,
las plantas son capaces de aprovechar el nitrógeno del aire. El proceso más importante es resultado de la
simbiosis entre una planta y una bacteria y ha despertado gran interés en los últimos años.
Las legumbres que fijan el nitrógeno pueden suministrar abundantes proteínas para el consumo humano y
animal y también aumentar el nitrógeno del suelo. La planta acuática Azolla, por ejemplo, puede obtener de
un 80 a un 90 % de su nitrógeno mediante fijación y es muy valiosa para suministrar nitrógeno a los cultivos
de arroz con cáscara. Con el fin de obtener los máximos frutos de este proceso biológico único, se utilizan
isótopos para descubrir la cantidad de nitrógeno que la planta puede fijar y las formas de aumentar esta
fijación. Las técnicas isotópicas constituyen un medio ideal para distinguir el nitrógeno derivado de la
atmósfera, el del suelo y del fertilizante aplicado.
FICHA: 4.
TEMA: Radiactividad aplicada a la industria
Objetivo
Conocer algunos de los usos de las radiaciones y marcadores isotópicos en la industria.
A.20.4. Actividades. Lea y comente el texto correspondiente en su grupo de estudio. Valoren, emitan juicio
sobre las ventajas posibles de comer alimentos radiados.
Ilustrar en un cartel y exponer su contenido al resto de la clase.
Realizar alguna creatividad alusiva al tema, para presentarlo al resto de la clase.
Hacer una investigación de cuántos alimentos radiados se consumen en las casas de los miembros del grupo
de estudio. Hacer un gráfico con los datos.
Información de la ficha número 4
Uno de los grandes retos en el mundo, es contar con suficientes alimentos sanos para toda la población. Se
realizan grandes esfuerzos para fertilizar la tierra, desarrollar mutantes de cultivos básicos adecuados, ofrecer
una infraestructura adaptada al país y, en general, crear las circunstancias apropiadas para una buena cosecha.
Después de eso, hemos de hacer también esfuerzos para asegurarnos que los alimentos cultivados con esmero
han de conservarse y protegerse contra contaminaciones y plagas, lo que constituye una importante prioridad
para el mundo en desarrollo.
Durante miles de años se ha convivido con este problema, de manera que los métodos de conservación han
evolucionado a partir del desecado al sol, a la saladura, el ahumado, el envasado, la congelación, el
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calentamiento y la adición de productos químicos. El último método que se agrega a la lista es la irradiación,
vale decir, la exposición de los alimentos a radiaciones ionizantes administradas en cantidades
cuidadosamente controladas.
A pesar de constituir un proceso comercial relativamente nuevo, la irradiación de alimentos se ha estudiado
con más detalle que ninguna otra tecnología de los alimentos. Más de 40 años de investigaciones ha
demostrado de forma definitiva que el consumo de alimentos irradiados no tiene consecuencias negativas. En
realidad, en lo que respecta a muchos alimentos se ha demostrado que el mejor método de conservación es la
irradiación.
Tabla 3
Aplicaciones generales de la irradiación de alimentos
Dosis absorbida
Finalidad
(kGy)
Dosis baja (hasta 1 kGy)
Inhibición de brotes
0.05−0.15
Desinfectación en relación con insectos y
0.15−0.50
parásitos
Retardo de la maduración
0.50−1.0
Dosis media (1−10 kGy)
Prolongación del período de conservación 1.50−3.0
Eliminación de la putrefacción y de los
2.0−7.0
microorganismos patógenos
Mejoramiento de las cualidades
tecnológicas de los alimentos
2.0−7.0
Dosis alta (10−50 kGy)
Descontaminación de aditivos e
0−50
ingredientes de alimentos
Esterilización comercial (en combinación
30−50
con calor suave)
Productos
Papas, cebollas, ajos raíz de jengibre
Cereales y legumbres, frutas secas y
desecadas, carne y pescado desecados, cerdo
fresco
Frutas y verduras frescas
Pescado fresco, fresas y otros.
Mariscos frescos y congelados, aves y carne
Uvas (aumento del jugo), verduras
deshidratadas (reducción del tiempo de
cocción)
Especias, preparados de enzimas, chicle
natural y otros.
Carne, aves, mariscos, alimentos preparados,
dietas hospitalarias.
Tabla 4
Ejemplos de las utilizaciones de alimentos y artículos irradiados aprobadas en el mundo
País
Producto
Argentina
Especias, espinacas, polvo de cacao
Bangladesh
Papas, cebolla, pescado desecado, legumbres, mariscos congelados, ancas de rana
Bélgica
Especias, verduras deshidratadas, alimentos congelados incluidos mariscos
Brasil
Especias, verduras deshidratadas
Canadá
Especias, papas, cebolla
Chile
Especias, verduras deshidratadas, cebollas, papas, pollos
China
Papas, ajos, manzanas, especias, cebollas, salchicha china, vino chino
Cuba
Papas, cebollas, granos de cacao
Dinamarca
Especias
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Finlandia
Francia
Hungría
India
Indonesia
Israel
Japón
República de Corea
Países Bajos
Noruega
Pakistán
Sudáfrica
España
Siria
Tailandia
Unión Soviética
Estados Unidos
Yugoslavia
Especias
Especias, aliños vegetales, pollos (pollo deshuesado congelado)
Especias, cebollas, corchos para vino
Especias, cebollas, papas
Especias, tubérculos y raíces
Especias, cebollas, papas, granos
Papas
Polvo de ajo, papas, cebollas
Especias, productos congelados, pollos, verduras deshidratadas, arroz, polvo de huevo,
materiales de embalaje
Especias
Papas, cebollas, ajos, especias
Papas, cebollas, frutas, especias, carne, pescado, pollos, productos procesados,
verduras
Papas, cebollas
Papas, cebollas, pollos, frutas, especias
Cebollas, salchichas de cerdo fermentado, papas
Papas, cebollas, cereales, frutas y verduras frescas y desecadas, carne y productos
cárnicos, aves, granos
Especias, aves, frutas
Especias, cereales, carne, aves
Las autoridades internacionales competentes han aprobado todas las normas y reglamentaciones necesarias
para la irradiación de determinados alimentos, pero existiendo cierta resistencia del público frente a esos
alimentos. Se trata seguramente de una situación transitoria, y es innegable que en el futuro, la irradiación de
alimentos se convertirá en un factor beneficioso para la humanidad y la conservación de alimentos por
irradiación, adquirirá máxima importancia para los productos alimenticios de los países en desarrollo.
¿Qué ventaja tiene la utilización de la irradiación? Puede matar organismos virales y microorganismos
patógenos específicos que no generen esporas, como la salmonela, o puede interferir en procesos fisiológicos,
siendo posible utilizarla, por ejemplo, para inhibir los brotes de las papas o prolongar el período de
conservación de la fruta fresca. En síntesis, la irradiación de alimentos constituye una opción y en algunos
casos el único método para lo siguiente:
• eliminar muchos riesgos para la salud provenientes de los alimentos
• mejorar la calidad de los productos frescos
• lograr que la producción y la distribución de alimentos sean más económicos
• reducir las pérdidas durante el almacenamiento o transporte y
• desinfectar productos almacenados, como granos, alubias o frijoles, frutas desecadas y pescado
desecado.
Desde el punto de vista económico, una de las aplicaciones más importantes se traduce en la prolongación del
período de conservación, lo que tiene sumo valor para los países de clima cálido como muchos de los países
en desarrollo. Lo mismo es cierto para la reducción de las pérdidas durante el almacenamiento, que son muy
importantes en algunas zonas. Aunque resulte difícil de creer, algunos países registran pérdidas posteriores a
la cosecha de un 40 a un 50%, debidas a la infestación de los alimentos básicos, como granos y el ñame o
batata. Por eso, cuando no se les irradia, en su mayoría, los alimentos básicos almacenados se fumigan con
productos químicos.
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En una conferencia internacional celebrada en Ginebra en diciembre de 1988 sobre Aceptación, control y
comercio de alimentos irradiados se aprobó un documento que describe las ventajas de la irradiación de
alimentos y recomienda armonizar los procedimientos nacionales, para facilitar el comercio internacional de
esos productos.
En consecuencia, parecería que finalmente se han removido todos los obstáculos prácticos que podían
entorpecer el rápido desarrollo de esta aplicación de las radiaciones que ha de resultar sumamente provechosa
para la humanidad en un futuro muy cercano.
FICHA: 5.
TEMA: Reactores nucleares para obtener energía eléctrica.
Objetivos:
Cuestionar el uso de reactores nucleares para el uso de electricidad.
Valorar la energía hidráulica que tiene Costa Rica y proponer soluciones hipotéticas para el futuro de la
humanidad.
Comparar el mecanismo de obtención de la electricidad por medio de vapor, usando carbón, combustible gas
y el nuclear.
A.20.5. Actividades. Comente en su grupo, el uso de los reactores como solución de energía de presente y
futuro.
Plantear hipótesis a nivel de grupo.
Presentar el tema al grupo, con un esquema en donde se pueda explicar el funcionamiento y plantear las
interrogantes al grupo. Estimular para que el grupo medite sobre el asunto.
Información de la ficha número 5.
Energía Nuclear
Casi toda la electricidad para uso comercial es producida por máquinas que consisten en una turbina que
mueve un generador eléctrico mediante un eje. La energía necesaria para hacer girar a la turbina puede
suministrarla una caída de agua, como en las plantas hidráulicas, o el vapor de agua generado en una caldera
mediante el calor de un combustible, como en las plantas térmicas. Estas centrales generadoras queman
combustibles fósiles, como son el carbón, el petróleo o el gas natural.
La demanda mundial de energía, principalmente a partir de combustibles fósiles, ha continuado creciendo a
una velocidad acelerada durante unos 250 años. Aún a las tasas actuales de consumo, la reserva mundial
estimada de combustibles fósiles, es suficiente sólo para unos pocos siglos. Aunque Estados Unidos posee
grandes depósitos de carbón y de esquistos petrolíferos, importa hoy aproximadamente 40 % de sus
necesidades de petróleo. Es obvio que necesitan desarrollarse fuentes alternas de energía. Hoy el uranio
constituye la alternativa más productiva y aproximadamente 12 % de la energía eléctrica que se consume en
Estados Unidos es generada en plantas térmicas que operan con una reacción nuclear a base de uranio, como
combustible.
Una central nuclear es una planta térmica en la que el calor lo produce el reactor de fisión en vez de una
cámara de combustión. Los principales componentes de un reactor nuclear son (1) una disposición de material
reactivo fisionable, que constituye el núcleo del reactor, (2) un sistema de control, que regula la velocidad de
fisión y por lo mismo la tasa de generación de calor y (3) un sistema de enfriamiento, que elimina el calor del
reactor y también mantiene el núcleo a la temperatura adecuada. Un cierto tipo de reactor emplea pastillas
metálicas que contienen uranio enriquecido con U 235, desde un nivel normal de 0.7 %, hasta
aproximadamente 3 %. Se modera, o controla, la reacción autosostenida de fisión, mediante las barras o
varillas de control de posición regulable. Estos elementos contienen sustancias que refrenan y capturan algo
de los neutrones que se producen. Para enfriar se usan agua ordinaria, agua pesada, sodio fundido y otros. La
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energía obtenida de la reacción nuclear es en forma de calor, y se usa en la producción de vapor para impulsar
las turbinas que impulsan a los generadores de electricidad.
Dos eventos que demostraron los peligros potenciales de la energía nuclear fueron los accidentes en la isla
Three Mile, en Pennsylvania, EUA (1979) y Chernobyl, URSS (1986). Ambos accidentes fueron originados
por la pérdida de refrigerante en el núcleo del reactor. Los reactores en la isla Three Mile están envueltos por
cascarones de concreto y por lo tanto dejaron escapar una cantidad relativamente pequeña de material
radiactivo a la atmósfera. Como en la Unión Soviética no se usan estructuras de contención para las plantas
nucleares, el accidente de Chernobyl ocasionó 31 muertes y la renunciación de 135000 pobladores. La
descarga de grandes cantidades de Y 131, Cs 134 y Cs 137, podrían originar problemas de salud a largo plazo
en esa población, que ya estuvo expuesta.
Otra desventaja principal de las plantas nucleares es que producen desechos altamente radiactivos, algunos de
los cuales tienen semividas de miles de años. Hasta ahora, no se ha logrado un acuerdo acerca de cómo
disponer con seguridad de tales productos radiactivos.
En Estados Unidos los reactores diseñados para la producción comercial de electricidad usan óxido de uranio,
U3O8 , enriquecido con el isótopo fisionable U−235, relativamente escaso. Como es limitado el suministro de
U 235, se ha desarrollado un tipo nuevo de reactor, llamado reactor de cría. Estos reactores están diseñados
para producir más material fisionable a la vez que se lleva a cabo la reacción. En un reactor de cría, los
neutrones convierten a isótopos no fisionables, como el U 238 o el Th 232, en isótopos fisionables Pu 239 o U
233.
Estas transmutaciones hacen posible aumentar en gran medida el suministro de reactivo fisionable, para los
reactores nucleares.
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