2.3 Isótopos radiactivos. Aplicaciones médicas y tecnológicas

Reacciones de bombardeo. Isótopos radiactivos artificiales

Recuerda el esquema general de las reacciones nucleares: a + X X' + b o bien: X(a, b)X'

Rutherford consiguió la primera transmutación nuclear al bombardear núcleos de nitrógeno con partículas . Obtuvo oxígeno-17 y un protón.

Fué el primer ejemplo de una reacción (, p):

 

El bombardeo de un núcleo con partículas alfa a veces da lu­gar a la emisión de un neutrón, reacciones (, n) Así, la reacción nuclear que permitió descubrir el neutrón fue:

 

En 1934, Irene Curie (1897-1956) y Frédéric Joliot (1900-1958), obtuvieron los primeros isótopos radiactivos artificiales bombardeando isótopos estables con partículas de alta energía. Observaron como el aluminio se transforma en fósforo-30 radiactivo y se libera un neutrón:

 

Mediante las reacciones de bombardeo se han conseguido sintetizar núclidos artificiales, que no se encuentran en la naturaleza. Los que no son estables son isótopos radiactivos artificiales y su carácter radiactivo no es distinto del de los núclidos radiactivos naturales.

 

Aplicaciones de los isótopos radiactivos

Los isótopos radiactivos tienen muchas aplicaciones. Además de usarse para producir energía (centrales nucleares, propulsión de rompehielos y submari­nos...), se utilizan en otros campos por las propiedades de las radia­ciones que emiten. Algunas, en medicina, en la industria, en investigación y domésticas son las que siguen:

Imagen 16. DMKTirpitz. Creative commons.

 

Medicina:

  • Diagnóstico y como trazadores (gammagrafías para estudiar los huesos, estudio del aparato digestivo...).

  • Radioterapia (tratamiento de tumores).
  • Esterilización de material quirúrgico.

 

Industria:

  • Radiografía de piezas metálicas y soldaduras, especialmente en piezas "de compromiso" (aviones ) en las cuales no se pueden hacer ensayos destructivos.
  • Medida precisa de espesores y de niveles en depósitos o reci­pientes opacos, donde se requiere gran precisión.
  • Trazadores: para el seguimiento de fluidos en tuberías (determi­nar posibles fugas) o cauces subterráneos.
  • Reacciones químicas: plásticos y modificación de propiedades de tejidos.
  • Irradiación de alimentos para prolongar su conservación.

 

Investigación:

  • Datación (carbono-14...).
  • Trazadores en química, biología y bioquímica para estudiar los mecanismos de las reacciones: se «marca» uno de los reactivos (se sustituye un átomo estable por un isótopo radiactivo del mismo) y se le sigue «la pista» estudiando en qué compuesto de los productos se encuentra.
Imagen 17. Whitepaw. Dominio público.

 

Domésticas:

  • Detectores de humo en sistemas antiincendios. Consta de un emi­sor (que suele contener americio-241, T1/2 = 432 años) y de un detector de las emisiones; si hay humo, éste se interpone entre el emisor y el detector modificando las características de la emisión que recibe el detector, el cual acciona el sistema para combatir el fuego.
AV - Pregunta Verdadero-Falso
Todos los isótopos de un elemento tienen las mismas propiedades químicas, por este motivo se utilizan como trazadores.



Verdadero Falso
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Tomografía por emisión de positrones, PET (Positron Emission Tomography)

Imagen 18. Jens Langner. Dominio público.

 

La tomografía de emisión de positrones (TEP) es un sistema de producción de imágenes utilizado en Medicina, que re­sulta muy útil en estudios metabólicos. En dicho siste­ma, se suministran al paciente compuestos marcados con radionúclidos emisores de positrones ( 11C, 13N, 15O y el 18F ).

Estos positrones recorren una distancia muy corta antes de aniquilarse al chocar con electrones, dando lugar a dos fotones de rayos gamma de 511 KeV que viajan en di­recciones casi opuestas. Estos fotones se observan me­diante un anillo de detectores que rodea al paciente y un ordenador construye, a partir de los datos acumulados, una imagen de la distribución de los radionúclidos absorbidos en el órgano de interés.

Las ventajas de este tipo de trazadores ( 11C, 13N, 15O y el 18F ) son múltiples.

  • Los isótopos resultantes son todos estables.
  • Los emisores son sustancias comunes en el cuerpo humano, lo que permite incorporarlas a gran canti­dad de procesos fisiológicos, permitiendo observar en tiempo real fenómenos como la respiración, la irrigación sanguínea, procesos cerebrales, metabolismo de carbohidratos, etc.

 

Animación 2. Jens Langner.
Dominio público.

Imagen 19. Jens Langner. Dominio público.

Un ejemplo claro es el diagnóstico de la existencia de células cancerosas antes de que se produzca una prolife­ración excesiva. Estas células absorben una cantidad anormal de glucosa pues necesitan energía para multipli­carse.

Utilizando una glucosa marcada radiactivamente (con 11C o 18F ) se pueden determinar áreas con consumo anormal de glucosa antes de que la proliferación de las células produzcan anomalías con un tamaño mínimo para ser detectadas por otras técnicas.

Un inconveniente de estos isótopos es que su vida media varía entre 2 horas y 75 segundos, por lo que es imposible almacenarlos previamente al tratamiento. Sin embargo desde un punto de vista físico esto hace la técni­ca más atractiva, pues los isótopos deben ser «creados» en el momento del tratamiento mediante reacciones nu­cleares en un acelerador nuclear de tipo ciclotrón. Son reacciones típicas las siguientes: