Por Nikko Médici el 23 de enero de 2021. Editado el 16 de febrero de 2021.

Los seres vivos conviven con las radiaciones desde sus orígenes. Sin la radiación del sol no habría existido vida en la tierra y sin la radiación infrarroja no podríamos calentarnos. Además de estas fuentes naturales de radiación, el ser humano ha sido capaz de desarrollar distintos aparatos que se basan en o utilizan las radiaciones. Utilizamos la radiación cuando escuchamos la radio, hablamos con el móvil, calentamos el desayuno en el microondas, tostamos el pan o nos hacen una radiografía (1).

Tanto la radiactividad como la radiación que produce existían en la tierra mucho antes de que surgiese la vida. De hecho, han estado presentes en el espacio desde el comienzo del universo y el material radiactivo forma parte de la tierra desde su origen. Pero la humanidad no descubrió este elemental fenómeno universal hasta finales del siglo XIX, y todavía estamos aprendiendo nuevas formas de utilizarlo (2).

La radiación está por doquier, es parte de nuestro entorno cotidiano; vivir en este planeta significa estar expuesto a la radiación natural. La radiación artificial se ha utilizado con éxito durante los últimos siglos para el diagnóstico y el tratamiento médico de patologías como el cáncer (3) (4).

En esta publicación se presentarán los conceptos fundamentales relacionados, en publicaciones posteriores se detallarán algunos tipos o forma de radiación.

1. ¿Qué es la radiación?

Física: acción y efecto de irradiar. [Irradiar: a) Dicho de un cuerpo: despedir rayos de luz, calor u otra energía. b) Someter algo a una radiación. c) Transmitir, propagar, difundir.] (5).

Física: energía ondulatoria o partículas materiales que se propagan a través del espacio (5).

Física: forma de propagarse la energía o las partículas (5).

Radiación: emisión de partículas (alfa, beta, neutrones…) o de ondas electromagnéticas (rayos gamma, rayos X…), y también de haces de estas partículas y ondas. Emisión y transferencia de energía en forma de ondas electromagnéticas o partículas, dicho de otra forma, energía emitida o transferencia en forma de ondas electromagnéticas o partículas subatómicas. En termodinámica: proceso de propagación de calor mediante ondas electromagnéticas sin necesidad de ningún medio material (vacío). (6) (2)

La radiación es la emisión, propagación y transferencia de energía en cualquier medio en forma de ondas electromagnéticas o partículas (1).

Es decir, que en palabras llanas se puede decir que la radiación es energía. Proviene de átomos inestables, producidas por máquinas, etc. La radiación se desplaza desde su fuente en forma de ondas de energía (ondas electromagnéticas) o partículas energizadas (7).

Hay diferentes formas de radiación con propiedades y efectos distintos. Hay dos tipos de radiación: radiación ionizante y radiación no ionizante (1)(4)(7).

La radiación ionizante tiene tanta energía que destruye los electrones de los átomos, proceso que se conoce como ionización. La radiación ionizante puede afectar a los átomos en los seres vivos, de manera que presenta un riesgo para la salud al dañar el tejido y el ADN de los genes (puede romper las cadenas de ADN y causar mutaciones que pueden conducir al cáncer). La radiación ionizante proviene de máquinas de rayos X, partículas cósmicas del espacio exterior y elementos radiactivos (elementos químicos, los que están en la tabla periódica, ej. uranio). Los elementos radiactivos emiten radiación ionizante al desintegrarse los átomos radiactivamente. Tipos de radiación ionizante: partículas alfa, partículas beta, rayos gamma, rayos X. (1)(4)(7) (8)

Si la energía (radiación) es lo suficientemente potente como para romper enlaces moleculares (enlaces químicos), ionizando así la materia (el proceso durante el cual un átomo o una molécula neutros pierden o ganan electrones para formar iones, es decir, quedar cargado eléctricamente), recibe el nombre de “radiación ionizante”. Los enlaces moleculares pueden producirse en cualquier material, incluso en los elementos esenciales de la vida, ej.: el ADN. La radiación ionizante puede penetrar profundamente objetos sólidos. Esta característica es la base para la radiología de diagnóstico y la radioterapia. (3) (6) (8)

La ionización es el proceso mediante el cual los átomos pasan a estar cargados positiva o negativamente debido a la ganancia o pérdida de electrones. La radiación ionizante tiene suficiente energía para desplazar a los electrones fuera de su órbita dando lugar a átomos cargados denominados iones (2) (6).

La radiación no ionizante tiene suficiente energía para mover o desplazar los átomos de una molécula o hacerlos vibrar, pero no es suficiente para eliminar los electrones de los átomos, es decir, no tiene energía suficiente para causar ionización. Ejemplos de este tipo de radiación son las ondas de radio, la luz visible, infrarroja, ultravioleta y las microondas. Ejemplos: dispositivos eléctricos como los transmisores de radio, los teléfonos celulares, líneas eléctricas, medidores inteligentes, antenas de transmisión. (1)(4)(7)

La radiación no ionizante también abarca ondas mecánicas como el infrasonido y ultrasonido (4).

2. Diferencia entre radiación y radiactividad

La mayoría de los elementos químicos (los de la Tabla Periódica) que se encuentran en la naturaleza poseen núcleos estables cuya constitución, es decir el número de protones (carga positiva) y de neutrones (carga neutra) que contienen, no varía con el tiempo a no ser que artificialmente se le someta al bombardeo de otras partículas nucleares (partículas que están en el núcleo del átomo, ej.: protones, neutrones). Los elementos naturales, desde el hidrógeno (H) de número atómico Z = 1 hasta el plomo (Pb) de número atómico Z = 82 están compuestos por uno o varios isótopos con núcleos estables. (El número atómico es el número de orden en la Tabla Periódica e indica la cantidad de protones que hay en el núcleo de un átomo).(2)(8)

Los elementos naturales con Z superior al del plomo hasta llegar al uranio (U) tienen núcleos más o menos inestables que tienden, a lo largo del tiempo y con mayor o menor rapidez, a modificar su composición mediante la emisión espontánea de algunas de las partículas que los constituyen. A este fenómeno de transformación nuclear espontánea se le llama radiactividad. La estabilidad o inestabilidad de los núcleos depende únicamente de la estructura del núcleo, siendo independiente de factores externos a éste como pudieran ser la temperatura, la presión... Muchos núcleos son inestables y alteran su composición espontáneamente mediante la emisión de partículas; este proceso implica una desintegración nuclear. Cuando un núcleo inestable experimenta un proceso de desintegración radiactiva, se transforma en otro núcleo que posee o que conducirá a una configuración más estable. (2)(8)

La radiactividad es un fenómeno que se produce de manera espontánea en núcleos de átomos inestables emitiendo, mediante su desintegración en otro estable, gran cantidad de energía en forma de radiaciones ionizantes (2) (9).

Radiactividad, propiedad que presentan algunos elementos químicos de transformarse espontáneamente en otros elementos o en un estado menos energético que el del elemento inicial por la emisión de algún tipo de radiación (6). A los elementos con radiactividad se les llama radioactivos.

Las radiaciones ionizantes generadas en la desintegración radiactivas pueden ser de tres tipos (9):

·         Alfa (rayos o radiación alfa), es un flujo de partículas positivas constituido por dos protones y dos neutrones.

·         Beta (rayos o radiación beta), es un flujo de electrones producido por la desintegración de neutrones en los núcleos radiactivos.

·         Gamma (rayos o radiación gamma), es un flujo de ondas electromagnéticas de alta energía si proviene de la reestructuración del núcleo o de mucha energía si proviene de la reestructuración de capas profundas del átomo (rayos X).

La penetración de la radiación alfa en la materia es muy baja, pudiendo ser detenida por una simple hoja de papel. La radiación beta es más penetrante, necesitándose unos milímetros de espesor de aluminio o metacrilato. Por el contrario, la radiación gamma es muy penetrante por lo que se hacen necesarios espesores importantes de plomo u hormigón para absorberla (9).

Es decir, que en la radiactividad un material se transforma en otro desprendiendo energía o solo hay emisión de muy alta energía (rayos Gamma). Mientras que la radiación se refiere a la transferencia, emisión y propagación de la energía. De modo que, en toda radiactividad hay radiación emisión de energía), pero en toda radiación no hay radiactividad (cambio de material o emisión de muy alta energía). Esta energía que viene de los núcleos atómicos es que le llama radiación nuclear. 

3. ¿Por qué a la radiación también se le llama o se le conoce como onda electromagnética o radiación electromagnética?

En Física, se le llama onda, a la propagación de una perturbación de alguna propiedad de un entorno, por ejemplo, densidad, presión, campo eléctrico o campo magnético. En la que no se produce transporte ni de masas ni de partículas, únicamente se transmite cantidad de movimiento y energía. El entorno perturbado puede contener materia (aire, agua, etc.) o no (vacío). (6)(10)

Un ejemplo claro de onda: se produce cuando se deja caer una gota de agua sobre un estanque. Al hacerlo, se producen una serie de pequeñas olas (ondas) que se propagan desde el punto en que se dejó caer la gota. Aunque parece que el agua se desplazan en la dirección y sentido de las ondas, esto no es así ya que tan solo oscilan hacia arriba y hacia abajo. (10)

Figura 1. Onda en el agua.

Fuente: Roger McLassus. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:2006-01-14_Surface_waves.jpg

Si para la propagación de la onda se necesita materia (un medio) entonces se llaman ondas mecánicas. Si la propagación se realiza en un entorno sin la necesidad de materia (un medio) entonces se llaman ondas electromagnéticas. Por lo tanto, las ondas electromagnéticas pueden propagarse en el vacío. (6) (8)

Por ejemplo: si la propiedad perturbada en un entorno con masa es la presión entonces se genera sonido, ondas sonoras (acústica). Si la propiedad perturbada es la temperatura se genera calor, onda térmica (Termodinámica, radiación térmica o calorífica). Mientras que las propiedades perturbadas en las ondas electromagnéticas son los campos eléctricos y magnéticos, de ahí su nombre “electromagnético”; en el caso de la radiación electromagnética, los campos son producidos por las partículas cargadas en movimiento (8)(11).

En consecuencia, como ya se ha dicho anteriormente, la radiación es energía que también se puede transmitir y propagar en el vacío (aparte de transmitirse por partículas o medio material); y se describe como una onda porque dicha propagación también se lleva a cabo perturbando los campos eléctricos y magnéticos transportando solo energía sin masa ni partículas, debido a esto la radiación puede ser descrita como una onda electromagnética y se le llama radiación electromagnética. Mientras que la radiación transmitida en forma de partículas es llamada radiación corpuscular.

Es decir, de forma llana y simple, que la radiación electromagnética es la energía que se puede transferir y propagar en el vacío (sin la necesidad de un medio material).

Recuerda que la radiación también es energía que se transfiere y propaga de otra forma diferente (por partículas, materia…), pero que solo a la que también se puede transferir en el vacío se le llama radiación electromagnética porque comparte las características de las ondas electromagnéticas. Por ejemplo, el sonido no se puede propagar en el vacío solo se puede propagar en un medio material, por eso el sonido no entra dentro de la radiación electromagnética. Mientras que la luz y el calor se pueden propagar en un medio material y también en el vacío, por eso la luz y el calor entran dentro de la radiación electromagnética.

4. Espectro electromagnético

Como se describió anteriormente, la radiación puede ser radiación electromagnética, la cual puede ser descrita como una onda. Por lo tanto, los distintos tipos de radiación electromagnética dependen directamente de las características de la onda, que son (11):

·         Frecuencia. se define como el número de máximos que pasan por un punto en un tiempo determinado. Sus unidades son los hercios (Hz), de forma que 1 Hz equivale a un ciclo por segundo.

·         Longitud de onda. es la distancia entre dos máximos consecutivos de la onda. Se mide en unidades de distancia.

·         Amplitud o intensidad. Es la distancia que hay entre el punto de inflexión de la onda y el máximo.

Figura 2. Parámetro de una onda.

Fuente: https://partner.cab.inta-csic.es/index.php?Section=Curso_Fundamentos_Capitulo_1

En realidad la frecuencia y la longitud de onda están directamente relacionadas, por lo que para describir completamente una onda, (la radiación electromagnética en nuestro caso) basta con dar información acerca de su amplitud y frecuencia (o longitud de onda). (11)

Las ondas electromagnéticas transportan energía siempre a la misma velocidad en el vacío: 299 792 kilómetros por segundo, lo que se conoce como velocidad de la luz (c). (8)(11)

La energía de una onda electromagnética está directamente relacionada con su frecuencia. De esta forma, tendremos que las ondas con una frecuencia alta serán muy energéticas (longitud de onda corta o pequeña): alta frecuencia, alta energía; mientras que aquellas cuyas frecuencias sean bajas (y, por tanto, su longitud de onda larga o grande) transportarán menos energía: baja frecuencia, baja energía. (1)(11)

El espectro electromagnético es el conjunto de la radiación electromagnética de todas las longitudes de onda. La luz, por ejemplo, no es más que radiación electromagnética en un rango de frecuencias a las que el ojo humano (y el de la mayoría de las especies dotadas de visión) es sensible. El hecho de que estemos dotados para la visión en el rango visible nos permite aprovechar el máximo de emisión del Sol que se produce en este rango. (8)(11)

Pero el espectro electromagnético no tiene una frecuencia máxima o mínima, sino que se extiende indefinidamente, más allá de los estrechos límites de sensibilidad del ojo humano. En orden creciente de frecuencias (y por tanto, de energía) el espectro está compuesto por las ondas de radio, microondas, el infrarrojo, la luz visible, el ultravioleta, los rayos X y los rayos Gamma. Estos nombres distinguen distintas frecuencias de un mismo fenómeno: la radiación electromagnética. (8)(11)

Figura 3. Espectro electromagnético.

Fuente: https://partner.cab.inta-csic.es/index.php?Section=Curso_Fundamentos_Capitulo_1

La energía de la radiación que se muestra en el espectro a continuación aumenta de izquierda a derecha con la intensificación de la frecuencia. (7)

Figura 4. Dispositivos con diferentes longitudes de ondas.

Fuente: Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA).

De lo expuesto anteriormente es que puedes escuchar otros nombres tales como: radiación solar (energía que viene del sol), radiación nuclear (energía desde el núcleo de los átomos inestables, ver radiactividad), radiación de cuerpo negro (radiación electromagnética térmica dentro o alrededor de un cuerpo en equilibrio termodinámico con su entorno, o emitida por un cuerpo opaco y no reflectante [cuerpo negro]), radiación cósmica (energía [partículas subatómicas] que proceden desde el espacio exterior), radiación infrarroja o radiación IR (ver espectro electromagnético), radiación ultravioleta (UV) (ver espectro electromagnético), etc.