Download Distintas aplicaciones de la tecnología nuclear

APLICACIONES DE LA
TECNOLOGÍA NUCLEAR
Almudena Real Gallego
Doctora en Ciencias Biológicas
¿QUÉ ENTENDEMOS POR TECNOLOGÍA NUCLEAR?
Todas aquellas tecnologías que
hacen uso de radiaciones
nucleares (radiaciones ionizantes).
ORIGEN DE LAS RADIACIONES NUCLEARES
Algunas sustancias poseen en su núcleo atómico una configuración
inestable de protones y neutrones.
neutrón
protón
C-9
C-10
C-11
Déficit de neutrones
C-12
C-13
C-14
C-15
C-16
Exceso de neutrones
Los núcleos inestables tienden a estabilizarse emitiendo el exceso de
energía (se transforman): Emiten RADIACIÓN
TIPOS DE RADIACIONES NUCLEARES
Elementos pesados (U, Ra, Rn)
2p+ + 2no
Constituida fundamentalmente por e-
Energía electromagnética
RADIACIONES ELECTROMAGNÉTICAS
LA RADIACIÓN IONIZANTE ES NATURAL
“La vida en la tierra se ha desarrollado en presencia de radiación. No es nada nuevo,
inventado por el hombre, la radiación siempre ha estado aquí”
Eric J Hall. Profesor de la Universidad de Columbia. NY.
EH!!
¿Cuál es el
nivel de
radiación
D.C?
¿Qué son
los rayos
gamma y
beta?
Pregunta al
de atrás, es
griego
Radiación y vida
Muy
similar
al de
A.C
DOSIS ANUALES DE RADIACIÓN NATURAL
3
FUENTES NATURALES
2,5
mSv
2
1,5
2,4
1
0,5
1,2
0,5
0
Dosis media Radiactividad
total anual natural en el
por causas
aire
naturales
Suelo y
edificios
0,3
0,4
Comidas y
bebidas
Rayos
Cósmicos
Contribución de las diferentes fuentes de radiación natural, a la dosis
media total anual recibida por la población mundial (UNSCEAR, 2008)
DOSIS ANUALES DE RADIACIÓN ARTIFICIAL
2,5
FUENTES ARTIFICIALES
mSv
2
1,5
1
0,5
0,417
0,400
0,008
0,007
0,002
0
Dosis media
total anual
por causas
artificiales
Aplicaciones Otras causas
Lluvias
médicas
(usos
radiactivas de
pruebas
industriales,
viajes en
nucleares y
avión, etc.)
Chernobyl
Energía
Nuclear
Contribución de las diferentes fuentes de radiación artificial a la dosis
media total anual recibida por la población mundial (UNSCEAR, 2008)
RIESGOS Y BENEFICIOS DE LA RADIACIÓN
Desde que se descubrieron los rayos X en
1895, se observó que éstos podían
producir efectos nocivos para la salud.
Para poder protegernos de manera
adecuada es importante conocer, tan en
detalle como sea posible, todos los
riesgos de la radiación ionizante.
Las radiaciones ionizantes aunque pueden producir efectos
perjudiciales para la salud de las personas y el medio ambiente,
tienen muchas aplicaciones beneficiosas.
RELACIÓN ENTRE DOSIS Y EFECTOS
Dosis (mSv)
Causas y Efectos (valores típicos)
10.000
Muerte en días o semanas (100% casos)
4.000
Muerte en días o semanas (50% casos)
250
No produce efectos observables de tipo inmediato
100
No hay evidencia de efectos sanitarios en seres
humanos
3,5
Dosis media anual por persona en España
2,5
Dosis media anual por persona en el mundo
0,02
Una radiografía de tórax
0,002
3 horas en avión. Dosis anual debida a la industria
nuclear
Fuente: E. Gallego (Univ. Polit. Madrid)
Industria
Medicina
Medio ambiente
Agroalimentación
Producción de energía
Conservación
del patrimonio
CUALIDADES DE LA RADIACIÓN IONIZANTE
Fácil de detectar
Cantidades mínimas detectables
Aportan energía
Estimulan radiaciones secundarias
Atraviesan/penetran la materia
Neutró
n
APLICACIONES INDUSTRIALES
APLICACIONES INDUSTRIALES
Ensayos no destructivos: radiografía
Medidores
Polimerización
Esterilización
Prospección
Trazadores
APLIC. INDUSTRIALES: ENSAYOS
NO DESTRUCTIVOS
Radiación beta (poco penetrante)
MEDIDORES:
Sondas de espesor: Papel,
plástico, chapa, acero, etc.
RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL
Los materiales atenúan o absorben parte
de la energía de radiación (proporcional al
espesor y densidad del material).
Más oscuro= menor espesor, densidad o
“burbuja de gas”.
APLICACIONES INDUSTRIALES: ESTERILIZACIÓN
¿Por qué la radiación esteriliza?
Ventajas frente a otras técnicas (calor, productos químicos)
SUMINISTROS MÉDICOS,
BIOLÓGICOS Y FARMACEÚTICOS
• Jeringuillas, agujas, suturas, guantes,
tubos y catéteres, batas, material y
campos quirúrgicos
• Contenedores, placas, tubos, pipetas,
filtros, botellas.
•Envoltorios, dosificadores, tubos y
contenedores, talcos
PRODUCTOS FARMACEÚTICOS
• Colirios
• Productos para quemaduras
• Vitaminas
• Agua
COSMÉTICOS Y PRODUCTOS
SANITARIOS
• Cremas, mascarillas, maquillajes
• Tetinas de bebés, toallitas
sanitarias, envases
APLICACIONES INDUSTRIALES: ESTERILIZACIÓN
Instalación
Llegada mercancía
Recepción y control
de material
Carga cinta transportadora
Descarga
Control de calidad
Control del proceso
Celda del acelerador
de electrones
Laboratorio dosimétrico
(medida de dosis)
Certificación (dosis)
(Tarancón, Cuenca)
Almacén mercancía
Salida mercancía
APLICACIONES
AGROALIMENTARIAS
MEJORAR LA PRODUCCIÓN DE ALIMENTO
PRODUCCIÓN PECUARIA
Mejora de la capacidad reproductora y el rendimiento ganadero.
Tratamiento de los búfalos en Indonesia
Bloque multinutritivo: ganan 3 kg/semana, reduce de
35 a 10 Kg de pienso para ganar 1 kg de peso
CULTIVOS
Mutaciones inducidas por radiación en semillas: variedades
de cultivos de alto rendimiento y mejor adaptadas al medio
1.500 variedades mejoradas:
Algodón en Pakistán; Arroz en China (25 días de
maduración y mayor cantidad de proteína); sorgo
EUROPA: Cebada, trigo, arroz, mandarinas, albaricoques
NO BASTA CON AUMENTAR LA PRODUCCIÓN, HAY
QUE SABER CONSERVAR LOS ALIMENTOS
• SEGÚN LA FAO (Food and Agriculture Organization)
SE PIERDE EL 25% de los alimentos producidos
• SEGÚN LA OMS (Organización Mundial de la Salud)
Las enfermedades de origen alimentario están aumentando de forma
alarmante (consumo de alimento en mal estado)
¿SE HACE NECESARIA LA IRRADIACIÓN DE
ALIMENTOS?
El 70% de los 3,2 millones de defunciones de menores de 5 años se
debe a enfermedades diarreicas trasmitidas por los alimentos
INTOXICACIONES DE ORIGEN ALIMENTARIO
Año
País
Alimento
Bacteria
2000
España
Salchichas
E. coli
220
Japón
Leche
E. coli
15.000
1997
Afectados
Canadá Agua envasada
S. aureus
2.000
EE.UU.
E. coli
2.000
Hamburguesas
La salmonelosis es una de las enfermedades
de transmisión alimentaria más comunes y
ampliamente extendidas, y cada año provoca
decenas de millones de casos en todo el
mundo.
HISTORIA DE LA TECNOLOGÍA DE
IRRADIACIÓN DE ALIMENTOS
1954- Primeros estudios de investigación.
1956- Se comienza en la URSS la irradiación de patatas y cebollas
1958- Europa Occidental abre las primeras plantas de irradiación
1980- Reunión del JECFI en Ginebra donde se concluye que “ la
irradiación de alimentos con dosis <10 kGy no presenta ningún
peligro toxicológico, ni son necesarias más pruebas”
1986- La FDA legaliza la irradiación
1988- La CE aprueba esta tecnología.
Logotipo de
alimento irradiado
CONSERVACIÓN DE ALIMENTOS POR IRRADIACIÓN
Dosis de 0,05-0,15 KGy
Dosis de 1,0-7,0 KGy
4 meses
Dosis de 1,5-3,0 KGy
Fresas conservadas 15 días
Eliminan bacterias en:
Especias: pimienta negra, azafrán
Tisanas; manzanilla, poleo, tila, etc.
Hierbas medicinales
ACEPTACIÓN DE LA IRRADIACIÓN DE ALIMENTOS
Preguntas de los consumidores
¿Son radiactivos los alimentos irradiados?.
Aunque se aplicara a los alimentos dosis 1.000 veces mayores que los 10 kGy
autorizados, la radiactividad inducida sería 200.000 veces inferior al nivel de
radiactividad natural existente en los alimentos.
¿Son nutritivos?.
Respecto a otros métodos utilizados (congelación; calor) la irradiación de los
alimentos no reduce el contenido vitamínico.
¿Pueden producir cáncer?.
Los estudios de toxicidad y carcinogenicidad muestran que los alimentos
irradiados con dosis inferiores a 10 kGy no tienen riesgo toxicológico.
APLICACIONES
MEDIOAMBIENTALES
APLICACIONES MEDIOAMBIENTALES
Contaminación del medio ambiente.
Erradicación de plagas de insectos.
Aplicaciones hidrológicas (recursos hídricos)
Conservación del patrimonio histórico.
Datación de restos arqueológicos.
PLAGAS DE INSECTOS
Los insectos hacen que se pierda el 10% de la
cosecha total. Equivale a perder la producción
de todo un país como EE.UU.
Métodos tradicionales (pesticidas insecticidas):
Problemas para el medio ambiente y para la salud. Los
insectos desarrollan resistencia
NECESIDAD DE NUEVAS ESTRATEGIAS
ERRADICACIÓN DE PLAGAS DE INSECTOS:
TÉCNICA DE INSECTOS ESTÉRILES (TIE)
¿En que consiste la técnica?
Características únicas de la TIE.
Sólo afecta al insecto de la plaga.
Más eficaz a menor densidad de la
plaga.
Compatible con otros métodos.
Campos de aplicación de la TIE.
¡¡Chicas, sólo
un apareamiento esta
semana, que a este
ritmo pronto estaremos
extinguidas !!
ERRADICACIÓN DE PLAGAS DE INSECTOS:
APLICACIÓN DE LA TIE
Gusano barrenador del Nuevo Mundo.
Mosca mediterránea de la fruta.
Mosca tsé-tsé: enfermedad del sueño en
humanos y tripanosomiasis en animales.
Afecta a 3 millones de animales y ½ millón de personas
al año, produciendo pérdidas de 4.000 millones de €
Mosquitos de la malaria.
- Afecta a 300-500 millones de personas al año.
- Mueren 2 millones de personas al año.
APLICACIONES HIDROLÓGICAS
Información que pueden aportar los isótopos:
Origen, edad, distribución, calidad, conexión entre acuíferos,
dinámica de lagos y embalses, filtración de las represas, etc
Ciclo del agua:
Isótopos Naturales:
Hidrógeno (Tritio)
y Carbono (C-14).
Isótopos Artificiales:
I-131.
CONSERVACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO
Obras pictóricas: Detectar falsificaciones.
Instrumentos musicales.
- Reparaciones, alteraciones o falsificaciones.
- Daño interno por insectos.
- Alteraciones en su composición estructural.
Esculturas.
- Eliminar insectos xilófagos y hongos.
- Consolidar piezas (monómeros + radiación).
Libros y documentos de archivos.
CONSERVACIÓN DEL PATRIMONIO HISTÓRICO
Neutrones:
Conocer el origen de una pieza.
APLICACIONES EN
INVESTIGACIÓN BIOMÉDICA Y
EN MEDICINA
APLICACIÓN EN INVESTIGACIÓN
BIOMÉDICA Y MEDICINA
Investigación Biómédica
- Técnicas in vitro
- Técnicas in vivo
Medicina
- Diagnóstico
- Terapia
TÉCNICAS RADIOISOTÓPICAS EN BIOMEDICINA
Técnicas “in vitro”
Marcaje de macromoléculas
en un tubo de ensayo
Técnicas “in vivo”
Administrar una sustancia
radiactiva “trazador” a un
organismo vivo
Fuente: MªT. Macias (CSIC. Madrid)
TÉCNICAS “in vivo”
Cultivos celulares
Animales de experimentación
Fuente: MªT. Macias (CSIC. Madrid)
MARCAJE RADIACTIVO DE CULTIVOS CELULARES
•
Fosforilación de proteínas con 32P
•
Valoración de síntesis de proteínas con 35SMetionina
•
Estudios de proliferación celular con 3H-Timidina
•
Ensayos de citotoxicidad con 51Cr
Fuente: MªT. Macias (CSIC. Madrid)
APLICACIONES MÉDICAS
Diagnóstico: detectar enfermedades
Terapia: tratamiento de enfermedades
PERIODO DE SEMIDESINTEGRACIÓN
El periodo de semidesintegración o de transformación es el tiempo en
el que se transformará la mitad de los núcleos inestables.
Es característico de cada sustancia
Periodo de
semidesintegración
Exploración con Tc-99m.
(periodo semidesintegración 6h)
APLICACIONES MÉDICAS:
DIAGNÓSTICO
MEDICINA NUCLEAR
Administración de un isótopo radiactivo para
detectar una enfermedad.
Cáncer
Sistema endocrino
Sistema cardio-vascular
Huesos y articulaciones
Aparato respiratorio
Sistema nervioso
Ga-67
F-18
RADIODIAGNOSTICO
Obtención de imágenes mediante
un equipo de rayos X.
APLICACIONES MÉDICAS:
TERAPIA
MEDICINA NUCLEAR
Administración de un isótopo radiactivo para
destruir células malignas.
RADIOTERAPIA
- Teleterapia, utiliza la radiación procedente de un
equipo generador situado a cierta distancia de la
zona a irradiar (tele: lejos).
- Braquiterapia: Utiliza fuentes cerradas de material
radiactivo que se colocan en contacto con el tumor o se
introducen en el mismo (braqui: corto, próximo).