¿Qué es y cuál es el origen de la radiación natural
Actualizado: 24 sept
Radiactividad natural, acompaña a la Tierra desde su origen
La palabra radiación suele asociarse inmediatamente a hospitales, centrales nucleares, accidentes o situaciones que parecen alejadas de la vida cotidiana.
Sin embargo, la realidad es muy diferente y nos enfocaremos en el origen de la radiación natural.
La radiación forma parte del entorno natural desde mucho antes de que existiera el ser humano. Está presente en las rocas, en el suelo, en el agua, en los alimentos, en el aire e incluso en el propio organismo. También llega desde el espacio en forma de radiación cósmica.
Cada persona está expuesta diariamente a una combinación de estas fuentes naturales. A ellas se suman determinadas exposiciones producidas por actividades humanas, especialmente las relacionadas con el diagnóstico y tratamiento médico.
Por tanto, vivir en un mundo con radiación no es una situación excepcional: es la situación normal.
La cuestión importante desde el punto de vista de la protección radiológica no consiste en intentar eliminar toda radiación (algo imposible), sino en comprender de dónde procede, cómo interactúa con el organismo, qué niveles de exposición pueden producirse y qué situaciones pueden ser controladas o reducidas.
Entre todas las fuentes naturales existe una especialmente importante para la población: el gas radón.
Para comprender por qué el radón puede acumularse en el interior de una vivienda, una escuela o un lugar de trabajo, primero es necesario entender qué es la radiación, qué significa que un átomo sea radiactivo y por qué la propia Tierra es una fuente natural de radiación.
¿Qué es realmente la radiación?
En términos generales, la radiación es energía que se desplaza de un lugar a otro en forma de ondas electromagnéticas o partículas.
La luz visible, las ondas de radio, las microondas, los rayos X o las partículas emitidas por determinados núcleos atómicos son ejemplos de fenómenos que pertenecen al amplio concepto de radiación.
No toda radiación tiene las mismas características ni produce los mismos efectos.
Una primera clasificación fundamental distingue entre:
radiación no ionizante;
radiación ionizante.
La diferencia está relacionada con la energía que transporta la radiación y con su capacidad para producir ionización en la materia.
Radiación ionizante y no ionizante: no son lo mismo
La radiación no ionizante no dispone, individualmente, de energía suficiente para ionizar átomos o moléculas en las condiciones habituales de interacción.
Dentro de este grupo se encuentran, entre otras, las ondas de radio, las microondas, la radiación infrarroja y la luz visible.
La radiación ionizante, en cambio, posee suficiente energía para producir la ionización de átomos o moléculas, es decir, puede arrancar electrones de ellos y modificar su estructura electrónica.
La Organización Mundial de la Salud define la radiación ionizante como una forma de energía liberada por los átomos que se desplaza en forma de ondas electromagnéticas o partículas. Entre ellas se encuentran los rayos X y gamma y las partículas alfa, beta y los neutrones.
Esta capacidad de ionización es la razón por la que la radiación ionizante puede producir cambios químicos y biológicos en los tejidos.
Cuando la radiación ionizante atraviesa materia viva puede producir ionizaciones y excitaciones que, directa o indirectamente, pueden afectar a moléculas biológicas, incluido el ADN.
Eso no significa que toda exposición produzca necesariamente un daño apreciable.
Los efectos dependen, entre otros factores, del tipo de radiación, de la cantidad de energía depositada, del tejido afectado y de la magnitud y distribución de la exposición.
¿De dónde procede la radiación ionizante?
Las fuentes de radiación ionizante que afectan a las personas pueden clasificarse, de forma sencilla, en dos grandes grupos:
Fuentes naturales
Son aquellas que existen en el entorno sin necesidad de una actividad humana que las genere.
Entre ellas se encuentran:
la radiación cósmica;
los radionucleidos presentes en el suelo y las rocas;
los materiales radiactivos presentes en el agua;
los radionucleidos incorporados a los alimentos;
los radionucleidos presentes de forma natural en el organismo;
y el radón y sus productos de desintegración.
Fuentes artificiales
Son aquellas asociadas a actividades humanas.
Entre las más importantes para la población se encuentran las aplicaciones médicas de la radiación ionizante:
radiografías;
tomografía computarizada (TAC);
medicina nuclear;
determinados tratamientos médicos.
También existen aplicaciones industriales, científicas y tecnológicas.
La OMS señala que las personas están expuestas diariamente tanto a fuentes naturales como a fuentes artificiales y que, entre estas últimas, las aplicaciones médicas constituyen actualmente la principal fuente de exposición para la población.
Radiación natural: la exposición que acompaña a la vida
La denominada radiación de fondo natural es la exposición permanente que procede del entorno.
No depende de que una persona viva cerca de una instalación industrial ni de que haya realizado una prueba médica.
Existe porque la Tierra contiene materiales radiactivos naturales y porque el planeta recibe continuamente radiación procedente del espacio.
La OMS estima que la exposición media mundial a fuentes naturales de radiación ionizante es aproximadamente de 2,4 mSv al año, aunque esta cifra es una media y puede variar considerablemente entre regiones. En determinados lugares del mundo, las diferencias pueden ser muy importantes debido principalmente a las características geológicas y a la altitud.
En otras palabras:
no todas las personas reciben exactamente la misma dosis de radiación natural.
La geología del lugar donde se vive, la altitud, los materiales de construcción y las características de los edificios pueden modificar la exposición.
Y existe un componente especialmente relevante: el radón.
¿Por qué la Tierra es radiactiva?
La respuesta se encuentra en la propia composición del planeta.
Cuando se formó la Tierra quedaron incorporados a sus minerales determinados elementos cuyos núcleos atómicos son inestables y se desintegran muy lentamente.
Entre los principales radionucleidos naturales se encuentran:
uranio-238;
uranio-235;
torio-232;
potasio-40.
Algunos de ellos tienen vidas medias de miles de millones de años.
El uranio-238, por ejemplo, tiene una vida media de aproximadamente 4.470 millones de años, comparable a la edad de la Tierra.
Esto explica por qué todavía existe una cantidad significativa de uranio en la corteza terrestre.
Los radionucleidos naturales pueden emitir radiación directamente o transformarse mediante sucesivas desintegraciones en otros radionucleidos.
Estas transformaciones forman las denominadas cadenas o series radiactivas.
Y es precisamente dentro de una de estas cadenas donde aparece el radón.
Un átomo puede ser estable o inestable
Para comprender la radiactividad es necesario acercarse durante un momento a la estructura del átomo.
Un átomo está formado por:
un núcleo compuesto por protones y neutrones;
electrones que se encuentran alrededor del núcleo.
Los protones tienen carga eléctrica positiva, mientras que los neutrones no tienen carga eléctrica.
El número de protones determina qué elemento químico es.
Por ejemplo:
1 protón → hidrógeno;
6 protones → carbono;
8 protones → oxígeno;
86 protones → radón.
Pero un mismo elemento puede tener diferentes cantidades de neutrones.
Estas variantes se denominan isótopos.
Algunos isótopos son estables.
Otros son inestables.
Cuando un núcleo es inestable, tiende espontáneamente a transformarse en otro núcleo más estable mediante un proceso denominado desintegración radiactiva.
Durante ese proceso puede emitirse radiación.
¿Qué significa que un núcleo sea radiactivo?
Un núcleo radiactivo no necesita una causa externa para comenzar a desintegrarse.
La desintegración es un proceso espontáneo.
Un núcleo concreto puede desintegrarse en cualquier momento, pero no es posible predecir exactamente cuándo lo hará.
Lo que sí puede describirse estadísticamente es el comportamiento de una enorme cantidad de núcleos.
Esta propiedad permite definir la vida media o periodo de semidesintegración de un radionucleido.
¿Qué es la vida media?
La vida media o periodo de semidesintegración es el tiempo necesario para que se desintegre aproximadamente la mitad de los núcleos radiactivos inicialmente presentes en una muestra.
No significa que después de ese periodo haya desaparecido toda la radiactividad.
Por ejemplo, si se parte de 1.000 núcleos de un determinado radionucleido:
después de una vida media quedarían aproximadamente 500;
después de dos vidas medias, unos 250;
después de tres, unos 125;
después de cuatro, unos 62;
y así sucesivamente.
La actividad disminuye progresivamente.
Cada radionucleido tiene su propia vida media, que puede ser extremadamente corta o extremadamente larga.
Algunos radionucleidos tienen vidas medias de fracciones de segundo.
Otros permanecen durante millones o miles de millones de años.
Esta diferencia es fundamental para comprender el comportamiento de las distintas fuentes naturales de radiación.
¿Qué tipos de radiación pueden emitirse?
Las desintegraciones radiactivas pueden producir diferentes tipos de radiación.
Entre las más importantes desde el punto de vista de la protección radiológica se encuentran las partículas alfa, las partículas beta y la radiación gamma.
Partículas alfa
Las partículas alfa están formadas por dos protones y dos neutrones.
Son relativamente pesadas y tienen una capacidad de penetración muy baja.
Una hoja de papel o la capa superficial de la piel puede detenerlas.
Pero existe una particularidad fundamental:
una radiación con poca capacidad de penetración externa puede ser muy relevante cuando la fuente se encuentra dentro del organismo.
Las partículas alfa depositan su energía en distancias muy pequeñas y producen una ionización intensa a lo largo de su recorrido.
Esta característica será especialmente importante cuando se estudie el radón y sus descendientes radiactivos.
Radiación beta
La radiación beta está formada por partículas, generalmente electrones o positrones, emitidas durante determinados procesos de desintegración.
Tiene mayor capacidad de penetración que la radiación alfa, aunque inferior a la de la radiación gamma.
Dependiendo de su energía, puede atravesar una cierta cantidad de materia y requiere medidas de protección adecuadas cuando las exposiciones son significativas.
Radiación gamma
La radiación gamma es una radiación electromagnética de alta energía.
A diferencia de las partículas alfa y beta, no está formada por materia expulsada del núcleo, sino por fotones.
Tiene una capacidad de penetración considerablemente mayor y puede atravesar el cuerpo humano.
Por ello, la protección frente a radiación gamma puede requerir materiales de blindaje adecuados.
La IAEA describe los rayos gamma como fotones de muy alta energía emitidos por núcleos inestables y destaca su capacidad de penetración.
¿Y los rayos X?
Los rayos X también son radiación electromagnética ionizante.
Físicamente tienen características similares a los rayos gamma, pero su origen es diferente.
Los rayos X utilizados en radiología médica se generan mediante equipos que producen radiación a partir de procesos relacionados con electrones.
La radiación gamma, en cambio, procede de transformaciones del núcleo atómico.
Por tanto:
rayos X y rayos gamma son ambos radiación electromagnética ionizante, pero no tienen necesariamente el mismo origen.
Las radiografías médicas constituyen uno de los ejemplos más conocidos de exposición artificial a radiación ionizante.
Radiación cósmica: la radiación que llega desde el espacio
La Tierra no está aislada de la radiación procedente del universo.
El espacio está atravesado por partículas y radiación de alta energía conocidas como radiación cósmica.
Una parte importante procede del Sol y otra de fenómenos astrofísicos mucho más energéticos.
Cuando estas partículas llegan a la atmósfera terrestre interactúan con sus componentes y generan cascadas de partículas secundarias.
La atmósfera actúa como una protección natural frente a una parte importante de esta radiación.
Por eso la exposición aumenta con la altitud.
Una persona que vive a gran altitud recibe, en general, más radiación cósmica que otra que vive al nivel del mar.
Lo mismo ocurre durante los vuelos comerciales: al encontrarse el avión a varios kilómetros de altura, existe una mayor exposición a radiación cósmica que en tierra.
No se trata de una situación extraordinaria.
Forma parte de la exposición normal asociada a viajar a gran altitud.
El suelo también es una fuente de radiación
La corteza terrestre contiene cantidades variables de radionucleidos naturales.
El uranio, el torio, el potasio-40 y otros radionucleidos se encuentran distribuidos en diferentes proporciones en rocas y suelos.
La composición geológica es, por tanto, importante.
No todas las regiones presentan la misma concentración de radionucleidos naturales.
El Consejo de Seguridad Nuclear indica que la dosis procedente de la radiación gamma terrestre depende del tipo de rocas que forman el suelo y de los materiales utilizados en los edificios. Para España, recoge una dosis media anual debida a la radiación gamma terrestre de aproximadamente 0,48 mSv, con valores que pueden llegar a unos 1,4 mSv/año en determinadas zonas con mayor presencia de uranio.
Esto permite comprender una idea fundamental:
La geología puede influir directamente en la exposición radiológica natural de una población.
Y esa misma geología también está relacionada con la generación de radón.
También existe radiactividad dentro del cuerpo humano
La radiactividad natural no termina en el suelo.
Algunos radionucleidos naturales entran en el organismo a través de los alimentos, el agua y el aire.
Uno de los ejemplos más conocidos es el potasio-40.
El potasio es un elemento esencial para la vida y forma parte de los tejidos humanos. Una pequeña fracción del potasio natural corresponde al isótopo radiactivo potasio-40.
Esto significa que todas las personas contienen pequeñas cantidades de radionucleidos naturales.
No es una anomalía.
Es parte de la propia naturaleza de la materia.
UNSCEAR identifica el potasio-40 como una de las fuentes importantes de irradiación interna natural y señala que los radionucleidos primordiales incluyen también las series del uranio-238, uranio-235 y torio-232.
Radiación externa y radiación interna
Desde el punto de vista de la exposición, también es importante distinguir entre irradiación externa y exposición interna.
Irradiación externa
La fuente de radiación se encuentra fuera del organismo.
Por ejemplo:
radiación gamma procedente del terreno;
radiación cósmica;
una radiografía médica.
La persona recibe radiación procedente de una fuente externa.
Exposición interna
El radionucleido entra en el organismo.
Puede producirse mediante:
inhalación;
ingestión;
incorporación a través de determinadas vías biológicas.
En este caso, la fuente radiactiva puede encontrarse dentro del organismo y emitir radiación desde el interior.
El radón introduce una combinación especialmente interesante: el gas puede ser inhalado, mientras que sus productos de desintegración pueden depositarse en las vías respiratorias.
La OMS distingue igualmente entre exposición externa e interna, y utiliza el radón como ejemplo de una situación de exposición existente que puede ser objeto de control.
¿Cómo se mide la radiactividad?
Aquí aparecen dos conceptos que posteriormente serán fundamentales para comprender el radón:
Actividad y dosis.
No significan lo mismo.
Becquerel: ¿cuánta actividad radiactiva existe?
La actividad se expresa en becquerelios (Bq).
Un becquerelio equivale a:
una desintegración radiactiva por segundo.
Por ejemplo, una sustancia con una actividad de 1.000 Bq experimenta estadísticamente unas 1.000 desintegraciones por segundo.
Cuando se habla de radón en edificios, normalmente se utiliza:
Bq/m³
es decir, becquerelios por metro cúbico de aire.
Esta unidad expresa la concentración de actividad radiactiva asociada al radón en el aire.
Pero no expresa directamente la dosis que recibe una persona.
El becquerelio no es el milisievert
Esta distinción será fundamental en todos los artículos posteriores de esta serie.
Bq/m³ = concentración de radón.
mSv = magnitud relacionada con la dosis recibida.
No son unidades intercambiables.
Por ejemplo, decir que un edificio presenta 300 Bq/m³ no significa por sí mismo que una persona reciba automáticamente una determinada dosis anual.
Para estimar la dosis es necesario considerar, entre otros factores:
concentración;
duración de la exposición;
tipo de radiación;
energía depositada;
características de la exposición;
y los modelos dosimétricos utilizados.
La OMS explica que la dosis absorbida se expresa en gray (Gy), mientras que el sievert (Sv) se utiliza para expresar magnitudes de dosis que tienen en cuenta el efecto biológico relativo de los distintos tipos de radiación.
Por eso, en protección radiológica, un número aislado nunca cuenta toda la historia.
¿Qué es un gray?
El gray (Gy) es la unidad del Sistema Internacional utilizada para expresar la dosis absorbida.
Un gray equivale a la absorción de un julio de energía de radiación por kilogramo de materia.
En términos simplificados:
1 Gy = 1 J/kg
Pero la energía absorbida no describe por sí sola todo el efecto biológico.
Dos tipos de radiación que depositen la misma cantidad de energía pueden producir efectos biológicos diferentes debido a la distinta densidad de ionización que generan.
Por eso se utilizan otras magnitudes dosimétricas.
¿Qué es un sievert?
El sievert (Sv) se utiliza en protección radiológica para expresar magnitudes relacionadas con el efecto biológico de la radiación.
En la práctica cotidiana se emplea frecuentemente el:
milisievert (mSv)
donde:
1 Sv = 1.000 mSv
El sievert permite tener en cuenta factores relacionados con el tipo de radiación y la sensibilidad de los diferentes tejidos y órganos.
Esto convierte al mSv en una unidad especialmente útil para comunicar y comparar determinadas exposiciones radiológicas.
Sin embargo, las comparaciones de dosis siempre deben realizarse con criterio, porque exposiciones con la misma dosis efectiva pueden producirse mediante mecanismos físicos y distribuciones temporales diferentes.
Entonces, ¿cuánta radiación recibe una persona?
La respuesta depende de la persona, del lugar donde vive y de sus circunstancias.
Existe una exposición natural inevitable.
A ella pueden añadirse:
radiación médica;
vuelos;
exposición laboral;
características geológicas del lugar;
materiales de construcción;
radón;
y otras fuentes.
La OMS utiliza como referencia una exposición media mundial de aproximadamente 2,4 mSv/año procedente de fuentes naturales, aunque existen variaciones geográficas importantes.
Pero esta cifra es una media.
Una media mundial no permite conocer la exposición de una vivienda concreta.
Tampoco permite conocer la exposición de un trabajador concreto.
Y mucho menos permite saber cuánto radón existe dentro de un edificio.
Para eso es necesario medir.
La radiación no siempre significa peligro
Este punto merece especial atención.
La existencia de radiación no implica automáticamente que exista una situación peligrosa.
La radiación ionizante tiene aplicaciones fundamentales en medicina, investigación e industria.
Una radiografía puede proporcionar información diagnóstica esencial.
La medicina nuclear permite diagnosticar y tratar determinadas enfermedades.
La radioterapia utiliza dosis mucho mayores de radiación con un objetivo terapéutico.
La cuestión no es simplemente:
“¿Existe radiación?”
La pregunta correcta es:
“¿Qué radiación, qué dosis, durante cuánto tiempo y en qué circunstancias?”
La protección radiológica se basa precisamente en comprender y gestionar estas exposiciones.
La OMS reconoce las importantes aplicaciones beneficiosas de la radiación ionizante, al mismo tiempo que señala que las dosis elevadas pueden producir efectos agudos y que las exposiciones bajas pueden incrementar el riesgo de efectos a largo plazo, incluido el cáncer.
La Tierra es radiactiva... y eso es normal
La radiactividad natural no apareció con la tecnología nuclear.
No comenzó con las centrales nucleares.
No comenzó con las radiografías.
No comenzó con la industria moderna.
La Tierra ya era radiactiva antes de que existiera la vida.
Los radionucleidos primordiales quedaron incorporados a los materiales que formaron nuestro planeta y algunos continúan desintegrándose miles de millones de años después.
La radiación cósmica llega constantemente desde el espacio.
Los minerales del suelo contienen radionucleidos.
Los alimentos contienen radionucleidos naturales.
El propio cuerpo humano contiene pequeñas cantidades de materiales radiactivos naturales.
Y dentro de las cadenas de desintegración naturales aparece un elemento especialmente singular:
el radón.
Del interior de la Tierra al aire que respiramos
El radón ocupa una posición muy particular dentro de este fenómeno.
Es un elemento químico.
Es un gas.
Es un gas noble.
Y, a diferencia de los gases nobles estables que se encuentran en la atmósfera, sus núcleos son radiactivos.
El radón-222 se genera en la cadena de desintegración del uranio-238, a partir del radio-226.
Una vez producido, puede escapar de los minerales y desplazarse por los poros y fracturas del terreno hasta alcanzar el aire.
En espacios abiertos se diluye rápidamente.
En determinadas condiciones, sin embargo, puede introducirse en los edificios y acumularse.
La OMS señala que el radón se produce por la desintegración natural del uranio presente en rocas y suelos, que puede escapar al aire y que tiende a alcanzar concentraciones superiores en espacios interiores poco ventilados.
Y aquí comienza una historia diferente.
Porque comprender el radón requiere seguir el proceso desde el núcleo atómico hasta el edificio:
uranio → radio → radón → progenie → exposición.
A tener en cuenta
La radiación no es algo extraordinario que aparezca únicamente en situaciones excepcionales.
La radiación forma parte de la naturaleza.
La Tierra contiene radionucleidos naturales, el espacio aporta radiación cósmica y nuestro propio organismo contiene pequeñas cantidades de radionucleidos.
La cuestión no es vivir en un mundo sin radiación.
Eso no es posible.
La cuestión es conocer las fuentes, comprender las exposiciones y controlar aquellas que pueden ser controladas.
Y entre las fuentes naturales de exposición existe una que merece una atención especial porque puede entrar en los edificios y permanecer durante largos periodos de tiempo:
el gas radón.
Fuentes de referencia (origen de la radiación natural)
Consejo de Seguridad Nuclear (CSN) — información sobre dosis y radiación de origen natural.
Organización Mundial de la Salud (OMS) — efectos en la salud de las radiaciones ionizantes.
Organización Mundial de la Salud (OMS) — radiación y salud.
Organización Mundial de la Salud (OMS) — radón y efectos sobre la salud.
International Atomic Energy Agency (IAEA) — fundamentos de radiación ionizante.
UNSCEAR — fuentes naturales de radiación y radionucleidos primordiales.
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