Interaccion De La Radiacion Ionizante Con La Materia

Interacción de la radiación ionizante con la materia

Introducción

Los dos tipos de radiación más importantes emitidas durante el decaimiento radiactivo son las partículas cargadas tales como las partículas alfa y las beta y la radiación electromagnética (fotones) tales como radiaciones gamma y rayos x. Estas radiaciones transfieren su energía a medida que atraviesan la materia. El principal mecanismo para la transferencia de energía es la ionización y excitación de átomos y moléculas. La mayoría de esta energía es finalmente disipada en calor, sin embargo el efecto de ionización tiene otras consecuencias importantes. Por este motivo, la radiación emitida durante el decaimiento radiactivo a menudo es llamada radiaciones ionizantes.

Partículas cargadas

Las partículas cargadas de alta energía, tales como partículas alfa o beta, pierden su energía y reducen su velocidad a medida que pasan a través de la materia como resultado de las colisiones con los átomos y las moléculas. Los electrones de alta energía, que también son partículas cargadas, son un subproducto de estas colisiones. Por otro lado, los electrones de alta energía también son generados en la interacción de los rayos gamma y los rayos x con la materia.
La ionización de la materia debido a las partículas cargadas se da cuando se produce una colisión (interacción de fuerzas coulombianas) de estas con los electrones de valencia transfiriéndoles una energía suficiente como para arrancar dichos electrones de sus orbitales. Parte de la energía transferida durante la colisión es utilizada para desvincular el electrón de su orbital y el remanente de energía se transforma en energía cinética del electrón desprendido.
Existen dos tipos principales de partículas cargadas:

  • Partículas beta (positivas y negativas)
  • Partículas alfa

Partículas cargadas pesadas (α++)

Cuando las partículas pesadas colisionan con los electrones orbitales debido a su relación de masas, su dirección permanece prácticamente inalterada y pierden solo una pequeña fracción de su energía. A su vez, sus colisiones con los núcleos son muy escasas con lo cual su trayectoria tiende a seguir una línea recta, experimentando solo un enlentecimiento continuo, debido a los numerosos choques con los electrones.
La distancia viajada o rango de una particula alfa depende solo de su energía inicial y de la tasa de pérdida promedio de energía en el medio. Para partículas alfa de la misma energía, el rango es casi constante de una particula a otra. Para partículas alfa emitidas en un decaimiento radiactivo (E= 4-8 MeV), una aproximación para el rango promedio en aire es:

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Partículas cargadas livianas (β- y β+)

Debido a que estas partículas tienen la misma masa que un electrón, durante las colisiones, ya sean elásticas o inelásticas, se desvían un ángulo arbitrario de su trayectoria al igual que el electrón desprendido, perdiendo en cada interacción una fracción importante de su energía. Es por esto que la trayectoria de una partícula beta es tortuosa, de forma y longitud impredecible.
Otra característica importante de estas partículas es que debido a su pequeña masa alcanzan grandes velocidades por unidad de energía en comparación con las partículas alfa. Como resultado de esto, un electrón pasa un periodo de tiempo muy breve en la vecindad de los átomos, con lo cual tiene una baja interacción con sus electrones.
A diferencia de las partículas pesadas, los rangos de las partículas beta son en promedio mucho mayores y a la vez muy variables de una partícula a otra, incluso para partículas de la misma energía, en el mismo material absorbente. Esto se debe a las características antes mencionadas.

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A partir de las graficas de numero de partículas detectadas en función del grosor del absorbente se puede determinar el rango extrapolado para partículas beta de una determinada energía en un determinado material. Dividiendo dicho rango por la densidad del material, se lo puede independizar de este, haciendo la extensión a todos los materiales. Por lo tanto a partir de las graficas de rango extrapolado en función de la energía, en agua (ρ=1g/cm3) se puede calcular el rango para cualquier material y energía.

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