Algunas consideraciones técnicas sobre la irradiación gamma

Algunas consideraciones técnicas sobre la
irradiación gamma
El proceso de irradiación de productos requiere
de radiaciones de alta energía como los rayos
gamma, los rayos X y los electrones acelerados.
A este tipo de radiaciones se les denomina
ionizantes porque su energía es lo
suficientemente elevada como para expulsar
de su órbita a los electrones de átomos y
moléculas de la materia y convertirlos en
partículas cargadas eléctricamente, llamadas
iones.
Como las microondas, los rayos ultravioleta y
la luz visible, los rayos gamma y los rayos X
forman parte del espectro electromagnético,
solo que éstas dos últimas se producen en la
longitud de onda corta, que es la región de
alta energía del espectro por lo que tienen
una gran poder de penetración. Aunque tienen
las mismas propiedades y efectos sobre los
materiales, su origen es la principal diferencia
entre estas radiaciones: los rayos X con
diferentes energías se generan en aparatos
especiales mientras éstos se mantienen
energizados, mientras que los rayos gamma
con energías específicas provienen del
decaimiento espontáneo de ciertos átomos
(conocidos como radioisótopos). Esto es, los
radioisótopos de origen natural o artificial,
también llamado isótopos radiactivos o
radioisótopos, son elementos inestables que
emiten radiación espontáneamente, ya que
buscan llegar a ser estables.
El tiempo que requiere un radioisótopo para
decaer a la mitad del nivel de radiactividad
Espectro electromagnético
originalmente presente, se conoce como vida
media, y es específico para cada radioisótopo,
según el elemento del que provenga. El
becquerel (Bq) es la unidad de radiactividad
y es igual a una desintegración por segundo,
sin embargo, ésta es una cantidad muy
pequeña para medir la actividad radiactiva por
lo que tradicionalmente se mide en curies
(Ci)
(Ci), un curie equivale a 3.7 x 1010 Bq.
Isótopo es la familia de un elemento químico
que tiene el mismo número de protones, pero
con diferente número de neutrones en su
núcleo. Por ejemplo, el carbono-12, el carbono13 y el carbono-14 son isótopos del elemento
carbono, los números denotan el número de
masa, que es la suma del número de protones
y neutrones de cada isótopo. Los isótopos de
un mismo elemento tienen casi las mismas
propiedades químicas pero difieren con mucha
frecuencia en sus propiedades físicas: el
carbono-12 y el carbono-13 son estables y el
carbono-14 es inestable, es decir, radiactivo
(ver ilustración de la página 5). No todos los
radioisótopos son apropiados para la irradiación
de productos, pues deben emitir energía dentro
de un rango específico como ocurre con el
cobalto-60 y el cesio-137.
Para el caso de rayos X y aceleradores de
electrones, las características deben ser: una
energía máxima de cinco millones de electrón
voltios (MeV) (un electrón-volt es la cantidad
de energía que adquiere un electrón cuando
se acelera a un potencial de un voltio en el
vacío), o bien aceleradores de electrones que
tengan un máximo de energía de 10 MeV.
Las energías provenientes de cualquiera de
6 protones
6 neutrones
Carbono 12
(estable)
estas fuentes de radiación son demasiado
bajas como para volver radiactiva a la materia,
incluidos los alimentos.
Algunos elementos básicos del proceso de
irradiación se abordan en los siguientes
párrafos.
El cobalto-60 es el radioisótopo que se utiliza
prácticamente de manera generalizada para
la irradiación de los productos por rayos
gamma. En su forma natural, el cobalto no es
un elemento que emita la cantidad de rayos
gamma necesarios para el proceso de
irradiación. El cobalto-60 se produce a partir
de cobalto-59 que se coloca en el flujo de
neutrones de un reactor nuclear. Los átomos
de cobalto-59 atrapan un neutrón con lo que
se convierten en cobalto-60, radioisótopo
emisor de radiación gamma, que luego se
coloca dentro de lápices de acero inoxidable
con un doble encapsulado para evitar
cualquier fuga durante su uso en un
irradiador. El cobalto-60 tiene una vida media
de 5.3 años, (i. e. cada 5.3 años pierde la mitad
de su actividad). Los rayos gamma que
produce son muy penetrantes, por lo que
pueden utilizarse para tratar productos dentro
de sus empaques.
El cesio-137 es el otro radioisótopo emisor
de rayos gamma adecuado para la irradiación
industrial de productos. Se puede obtener
mediante el reprocesamiento de los elementos
de combustible nuclear gastados y tiene una
vida media de 30 años. Sin embargo, el cesio137 no se produce en cantidades industriales,
por lo que el cobalto-60 se ha convertido en
6 protones
7 neutrones
6 protones
8 neutrones
Carbono 13
(estable)
Carbono 14
(inestable)
Isótopos del carbono
la mejor opción de fuente de radiación gamma;
más del 80% del cobalto disponible en el
mercado mundial se produce en Canadá. Otros
productores son Rusia, China, India y Sudáfrica.
Haces de electrones de alta energía
pueden producirse en aceleradores lineales,
capaces de llevar a los electrones a velocidades
cercanas a la de la luz. A diferencia de la
radiación gamma o los rayos X, los electrones
no pueden penetrar profundamente en la
materia, por lo que esta opción sólo es
adecuada para empaques ligeros o
directamente sobre productos como granos.
Los rayos X de diversas energías se producen
cuando un haz de electrones acelerados
bombardea un blanco metálico. Aunque los
rayos X tienen una buena penetración en los
productos, la eficiencia de conversión de
electrones a rayos X es generalmente inferior
al 10%, lo que ha dificultado el uso de este
tipo de fuente de radiación hasta ahora.
La dosis de radiación es la cantidad de
energía de radiación absorbida por un producto
a su paso por el campo de radiación durante
el proceso. Su unidad de medida es el Gray
(Gy). Anteriormente se utilizaba otra unidad,
el rad (1 Gy = 100 rads; 1 kGy = 1000 Gy). Las
autoridades de salud y seguridad
internacionales han avalado la seguridad de
la irradiación para todos los productos
(principalmente los alimentos) hasta una dosis
de 10,000 Gy (10 kGy). Una evaluación reciente
de un grupo de expertos internacionales
designados por la FAO, el OIEA y la OMS reveló
que los alimentos tratados de acuerdo con
Buenas prácticas de manufactura
(BPM). Son procedimientos
establecidos que se ejercen
durante la producción, la
manufactura, el procesamiento, el
empaque y la distribución de
alimentos, abarcando el
mantenimiento de los sistemas de
saneamiento, control de calidad y
garantía de calidad, calificación del
personal y otras actividades
pertinentes para garantizar la
entrega de un producto
comercialmente aceptable y seguro
(Discusión: en Estados Unidos, las
normas GMP, que tratan
principalmente con el
saneamiento, son CFR, Título 21,
Parte 110.).
1
buenas prácticas de manufactura (BPM1) en
cualquier dosis superior a 10 kGy también son
seguros para el consumo, por lo que la
irradiación puede considerarse una alternativa
al tratamiento térmico de los alimentos. En
términos de relaciones de la energía, el grado
uno es igual a un joule de energía absorbida
por kilogramo de alimento que está siendo
irradiado. La dosis máxima de 10 kGy
recomendada por la norma general Codex para
Alimentos Irradiados es equivalente a la
energía térmica requerida para aumentar la
temperatura del agua en 2,4 oC. A menudo se
hace referencia a la irradiación como un
proceso de «pasteurización en frío», ya que
puede lograr el mismo objetivo que el
tratamiento térmico de alimentos líquidos, por
ejemplo la leche, sin ningún aumento
sustancial de la temperatura del producto.
Radiación es el nombre que se da a las partículas y/u ondas electromagnéticas emitidas por un material radiactivo que
se desintegra.
Radiactividad es la propiedad de emitir de un núcleo atómico inestable.
La radiación que emiten los materiales radiactivos puede producir ionizaciones
ionizaciones, motivo por el cual se llaman radiaciones
ionizantes, esto es porque tiene la suficiente energía para provocar cambios en los átomos de la materia. La ionización es
ionizantes
el proceso de sacar, golpear o remover electrones de las trayectorias de sus órbitas en el átomo, creando electrones «libres»
y dejando cargado el átomo. Los electrones de carga negativa y el núcleo cargado positivamente interaccionan con otros
materiales para producir cambios químicos. Si ocurren cambios químicos en el agua de las células de seres vivos, se
pueden producir iones químicamente reactivos que atacan el ADN celular.
Las ionizaciones se pueden medir y los efectos de la radiación se pueden estimar. Debido a esto los materiales radiactivos
y la exposición a radiación ionizante se deben supervisar y controlar. Las unidades que se utilizan en la medición de la
exposición a la radiación y la dosis son el ROENTGEN
ROENTGEN, el RAD o el Gray y el SIEVERT
SIEVERT.
Roentgen (R
R) es la cantidad de radiación electromagnética (rayos X o gamma) necesaria para producir una determinada
cantidad de ionización por unidad de aire.
Rad (del inglés Radiation Absorbed Dose
Dose) es la medida de la dosis absorbida (energía depositada) en un material.
Como unidad fue propuesta en 1953. Un Rad equivale a 100 ergs de energía en un gramo de cualquier sustancia o
material. Las normas de la Nuclear Regulatory Commission (NRC) de los Estados Unidos refieren este concepto a un gramo
de tejido del cuerpo. Un erg es un diez millonésimo de Watt.
Gray es la unidad que utiliza el Sistema Internacional de Unidades (SI) y es la que ahora se usa en lugar del rad. Un Gray
es igual a la dosis absorbida de 1 Joule/kilogramo. Equivale a 100 rads.
Rem refleja la respuesta biológica a la radiación ionizante. Mide los efectos que esta radiación ocasiona en los tejidos del
cuerpo humano. Es un acrónimo que se deriva de Roentgen equivalent man. Esta unidad toma en cuenta que no todos los
tipos de radiación (alfa, beta, gamma, X, neutrones) producen el mismo efecto de daño o cambio biológico. Numéricamente
Q) que es característico para cada tipo de radiación: los rayos
es igual a la dosis en rads o grays por un Factor de Calidad (Q
beta, gamma y X tienen un factor igual a 1, los neutrones lentos de 2.5, los rápidos de 10 y los rayos alfa de 20. En el Sistema
Internacional de Unidades se ha adoptado el Sievert (Sv) como unidad de medición. La dosis equivalente en rems es igual
a multiplicar Q por la dosis absorbida en rads o Q por la dosis absorbida en grays para obtener sieverts. Un sievert equivale
a 100 Rems y un rem a 10 milisieverts (mSv).