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Timestamp: 2019-09-20 07:27:23+00:00

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CURSO 2000/ 2001RADIACTIVIDAD
Núcleos estables e inestables
¿ Qué es la radiactividad? Fenómeno relacionado con la estructura de la materia en general.	Sólido
Existen distintos estados de la materia Líquido Estados de agregación	Gaseoso
Independientemente del estado siempre es la misma sustancia, y podemos cambiarla de estado.
Los estados no nos dicen nada de la estructura interna de la materia, de ahí sale la radiactividad.
Materia discontínua: se puede dividir y se acaba, no se obtiene la estructura original.
Materia contínua: se puede dividir y no se acaba. Siempre se mantiene la estructura original.
La idea de materia discontínua tiene su origen en la filosofía. Más tarde apareció la idea de materia contínua. Después se desarrolla la química; con Dalton a principios del s. XIX se da el concepto de átomos, que se combinan y dan lugar a los distintos elementos; eran indivisibles y no cambiaban con el tiempo.
Posteriormente se desarrolló y se observó que tenían estructura interna. Se descubrieron los electrones ( a finales del 1897) con un experimento que realizó Thompson por lo que cambió la idea.
Thompson dijo que el átomo tenía electrones y otras partículas que serían los protones, que contrarrestarían a las cargas negativas de los electrones.
Estarían distribuidos al azar y en la misma cantidad.
En 1896: Se descubre la radiactividad cuando todavía no se sabía muy bien la constitución del núcleo.
En 1910- 11: Rutherford cambia la idea del átomo ya que dijo que los protones y electrones no estaban dispuestos aleatoriamente sino de una forma ordenada.
Cuando se hable de electrones	Física atómica
Cuando se hable de núcleo	Física nuclear
La radiactividad es un proceso nuclear.
Molécula: Parte más pequeña que conserva todas las propiedades físicas y químicas de la materia.
Alrededor de un núcleo (que tiene carga positiva)
Tamaño: ~ 1 Å = 10 -10 m
- Electrones (e-)	m = 9, 11 x 10 -31 Kg	Q = - (1,602 X 10 -19 C)
- Protones (P)	m = 1,675 x 10-27 Kg	Q = +
- Neutrones (N)	m = 1,675 x 10-27 Kg Q = 0
Los protones y los neutrones están en el núcleo.
No hay carga menor que la del electrón.
1 u.m.a. unidad de masa atómica
Se toma el átomo más abundante (12C) y decimos que tiene una masa de 12 u.m.a.
1 átomo- gramo: la masa de cualquier átomo expresada en gramos es igual a la expresada en átomo- gramo.
Ejemplo: 12C = 12 u.m.a = 12 gramos.
Está relacionado con el número de Abogador = 6'022 x 1023, que es el número de átomos que hay en un átomo gramo.
Relaciona la masa en u.m.a con la masa en gramos.
12C: la masa de un átomo de carbono es m = 12 u.m.a
H = 12 g, en 12 g hay 6'022 x 1023 átomos de carbono.
1 g = 6'022 x 1023
El número de átomos necesarios para que su masa en gramos coincida con la masa en u.m.a de cada uno de sus átomos es el NA.
Z = número atómico, es el número de protones que hay en el núcleo. El nº de protones es = al nº de electrones.
N = nº de neutrones
A = nº másico, es el número de protones (Z) más el número de neutrones (N).
A ZX : Representa el elemento químico (C, H, S...)
El electrón es la partícula cuya carga es -1, es la mínima. e = 1'602 x 10-19 C
Los electrones se distribuyen en distintos niveles denominados por letras que representan niveles de energía. La línea o nivel más bajo es el estado fundamental porque es el nivel de energía más bajo, donde hay más estabilidad. Cualquier estado superior se denomina estado excitado.
Ionización: uno de los electrones del átomo se expulsa de éste por lo que ya no es neutro sino que se convierte en una partícula cargada positivamente. Es un ión.
Desescitación: Es el proceso contrario a la excitación. Al volver a su estado se desprende energía que lleva ese nombre y es la emisión de rayos X o luz.
1 fm (fermi) = 10-15 m 1 Å = 105 fm
El ángstrom es 5 órdenes de magnitud fermi. Å se introduce para el núcleo y el fm para el átomo.
Cuanto más número de protones haya dentro del núcleo mayor se irá haciendo, mayor será su diámetro.
R = ro x A 1/3 ro = 1'4 fm
Especie nuclear: Es un elemento caracterizado por un Z y un A determinados. El elemento químico (X) viene determinado por Z.
Isótopos: Elementos que tienen el mismo número de protones (Z) pero distinto número másico (A).
11H : Hidrógeno con 1 protón, 1 electrón y 0 neutrones.
21H: Deuterio
31H: Tritio
Son elementos radiactivos los isótopos y son abundantes.
14 Mg 25 Mg 26 Mg
78'6% 10'1% 11'2%
Isóbaro: Núcleos isóbaros son aquellos en los que el nº másico es el mismo pero Z es distinto, así que el elemento químico es diferente.
Isómero: El núcleo con el mismo nº de protones y neutrones pero se encuentra en un estado mayor de energía que el estado fundamental en el que está A ZX, que es aquel en el que la energía es la mínima por lo que tiene mayor estabilidad. Es un estado excitado en el que el núcleo permanece cierto tiempo y vuelven al estado fundamental, por lo que son menos estables. Se representan:
A mZX
Es la fuerza que hace que los protones y neutrones estén todos juntos dentro del núcleo, que es un espacio pequeño. No es la fuerza eléctrica.
Es una fuerza fuerte, es mucho más intensa que la eléctrica llamada también interacción fuerte.
Es de muy corto alcance para que desaparezca fuera del núcleo, aquí se hace 0. Para 2 fm " ya se anula. (<< eléctrica).
Defecto másico: "m, diferencia entre la masa de los constituyentes (protones y neutrones) y la masa real del núcleo y siempre es positiva por definición.
El electrón es casi 4 órdenes de magnitud de protón, es mucho menor que éste.
E = M x c2 Fórmula de Einstein: convierte la masa en energía
- Energía que se libera al formarse un núcleo a partir de sus constituyentes (p + n).
- Energía que hay que comunicar a un núcleo para romperlo en sus constituyentes (p + n).
c2: m / s2 Julios : energía. Es muy pequeña así que se introduce el eV
1 eV = 1'602 x 10-19 J
E = q x V : Energía con la que se mueven los electrones.
Electrón voltio: Energía que adquiere 1 electrón cuando se le somete a una diferencia de potencial de 1 voltio.
Sirve para medir energías en reacciones químicas. Se suele hablar de megaelectrón voltio: MeV para trabajar con menos cifras, ya que:
La energía de ligadura (B) aumenta con (A) el número de protones + neutrones.
Todos los núcleos tienen un valor de B/A de aproximadamente entre 8 - 9 MeV.
Hay una zona máxima y lo toma el 56 Fe, este es el núcleo más estable.
Fisión: Paso de un núcleo pesado a dos núcleos más ligeros. Ocurre en las centrales nucleares.
Fusión: Paso de dos núcleos ligeros hasta un núcleo más pesado. Ocurre en las estrellas.
Cuantos más protones hay en el núcleo, más energía posotiva hay, por lo que hay más repulsión; por esto se introducen más neutrones (mirar gráfica).
La zona del centro es la más estable.
Es un proceso radiactivo; el núcleo tiende a la mayor estabilidad, por lo que se desintegra.
Z = N sólo se verifica en núcleos muy ligeros.
Un núcleo radiactivo es aquel que se modifica porque no es totalmente estable; se desintegra para ser más estable.
TEMA 2. RADIACTIVIDAD: CONCEPTOS BÁSICOS
Este proceso no se puede dar porque el núcleo pasa de un estado estable a dos inestables y la energía no se construye.
M1 >M2 + M3 si ocurre porque la masa que se pierde se transforma en energía (en movimiento de Y a Y').
Núcleo radiactivo: es un núcleo que se desintegra, sufre una modificación de manera natural o artificial porque no es totalmente estable. Sufre el cambio para pasar a una mayor estabilidad.
Lo descubrió en 1896 Henri Becquerel accidentalmente. Trabajó con sales de U, Th y Ac, tratando con el problema de la fluorescencia y fosforescencia. Para que estos materiales emitan luz tienen que haber estado expuestos previamente a la luz solar o a cualquier otro tipo de onda, de fuente. Accidentalmente descubrió que las sales emitían radiación y ésta era capaz de traspasar el papel de aluminio y de impresionar las placas fotográficas.
Ernest Rutherford, y Marie y Pierre Curie también trabajaron en este fenómeno (la radiactividad). El matrimonio descubrió, además de con las sales, con la ionización del aire con Po y Ra que son átomos mucho más activos que U.
La radiactividad no depende de las propiedades FQ de las sales. De ahí se dedujo que el origen debía estar en el núcleo, es decir, este fenómeno está ligado a los núcleos.
= - N N: nº de núcleos que hay en una sustancia radiactiva
: cte de desintegración, es propiedad exclusivamente nuclear. Depende únicamente del núcleo.
La variación del nº de núcleos por unidad de tiempo es proporcional la nº de núcleos existentes.
La cte de desintregración es independiente del tiempo y de los agentes externos físicos y químicos. Es la misma para todo los núcleos de la misma especie y en iguales estados de energía. Se pone negativo porque el cociente dN/dt va disminuyendo, se van desintegrando núcleos así cada vez quedan menos.
= -  N = -  dt = - dt , como  es una constante que no depende del tiempo la sacamos de la integral:
; N y No van en función de los núcleos que existen en una muestra radiactiva. N < No porque el número de núcleos va disminuyendo.
ln N - ln No = -  (t - 0)
ln donde N es el nº de núcleos que quedan cuando ha transcurrido un cierto tiempo.
Es una ecuación estadística. Funciona bien porque el número de núcleos es enorme.
 se mide en t-1 (min-1, seg-1...).
Cuanto mayor sea  el cociente dN / dt es mayor, más rápidamente se desintegra una sustancia radiactiva.
N N/2 Cuanto mayor es el período T, más lentamente se desintegra
Cuando el tiempo que transcurre es 1 período el número de núcleos se reduce a la mitad:
, tomamos ln en ambos lados :
ln e = 1, ln ex = x
Conforme aumenta  el tiempo va disminuyendo y así se desintegra más rápidamente.
Actividad radiactiva (A): Es la velocidad de desintegración de una sustancia radiactiva.
A = , negativo porque el nº de núcleos va disminuyendo y así A es positiva.
A =  N A = A =  No A (t)= Ao
Las unidades que describen la actividad serán:
Bq = Bequerelio. 1 Bq = KBq (103), MBq (106)
Ci = Curio 1 Ci = 3'7 x 1010 Bq
1 Ci es aproximadamente la A del radio de un gramo de Ra.
A= nº másico
ae = (Ci/g, Bq/Kg...) ae= en Ci/g T1/2 va en seg
Una misma sustancia se puede desintegrar de distintas formas, cada una de las cuales viene caracterizada por una  por lo que cada una viene caracterizada por un período T. La cte de desintegración total es la suma de todas:
Intensidad de la radiación:
Ii = i /  Es la probabilidad de que se desintegre en un camino específico.
Por dos caminos: r = , razón de bifurcación
Cadenas radiactivas: Conjunto de núcleos que se van desintegrando unos en otros.
Equilibrio secular: Concepto que para tener lugar tiene que verificar lo siguiente:
Si Ta >> Tb y t >> Tb entonces a << b
Ta necesita mucho tiempo para desintegrarse o B se desintegra mucho más rápido que A. Es mucho mayor que el T que B necesita para desintegrarse.
El equilibrio secular implica Aa =Ab
Ej: Ta = 106 años
Tb = 1 hora Aa = Bb
A se desintegra cada millón de años, se forma B y en 1 hora se desintegra y tiene que esperar 1 millón de años para que se vuelva a formar B, ya que ese tiempo es el que tarda A en desintegrarse.
Esto sirve para que muchos núcleos que no deberían existir se vayan formando continuamente.
Tres formas de desintegración de los núcleos:
1) RADIACTIVIDAD :
Consiste en la emisión de partículas alfa. Una partícula alfa es un núcleo de He, .
Ocurre para núcleos muy pesados, por ejemplo .
La energía con que sale alfa son valores específicos discretos, es el espectro de la radiación alfa.
2) RADIACTIVIDAD :
Es la emisión de electrones. Hay tres tipos:
# - (e-):
El antineutrino es una partícula necesaria y no tiene prácticamente masa.
( n0 p + 1 + e-1 + )
La energía es contínua, por eso aparece el neutrino.
# + (e+):
(p n + e+ + )
# Captura electrónica (EC):
Va unida a emisión de radiación electromagnética (rayos X).
(p + e- n + )
3) RADIACTIVIDAD :
No hay cambio de núcleo, se emite gamma: fotón de radiación electromagnética.
Va unida a ya que este proceso está excitado y al pasar a otro estado se emite radiación gamma.
Un mismo nucleón se puede desintegrar de distintas formas:
Diagramas de desintegración:
En el eje X se representa Z y en el eje Y se representa la energía que interviene en el proceso:
Cada línea horizontal se llama nivel de energía.
A través de las líneas se dice que tipo de desintegración tiene.
Cuando se emite e- Z aumenta
Cuando se emite e+ Z disminuye.
La energía sería (n1 - m1) y la desintegración es - donde Z aumenta.
Natural: Existe en la naturaleza sin que el hombre la halla producido.
Radionucledos primigenios: Existen en la tierra desde que se formó. La
T ½ Edad de la Tierra. Existen porque se desintegra muy lentamente.
Radionucledos cosmogénicos: Tienen períodos muy pequeños, incluso de minutos u horas.
Otros primigenios sí forman cadenas radioactivas y son 4: la del Torio, Neptunio, Uranio - Radio y Uranio - Detino. Dan lugar a cadenas muy largas. Están en equilibrio secular.
Los cosmogénicos existen porque se forman en la atmósfera debido a la radiación del cosmos.
Artificial: Es aquella que el hombre ha producido. Son elementos que el hombre es capaz de crearlos.
Algunos se utilizan el medicina para los diagnósticos.
TEMA 3. INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CON LA MATERIA
Cuando se produce una interacción se obtienen una serie de partículas. Se produce una cesión de energía al medio material y esta energía da lugar a diferentes efectos y entre ellos está la ionización de un átomo, con lo cual se consigue expulsar electrones, se modifica la estructura.
# Primaria: Producida directamente por la partícula radioactiva (directa)
# Secundaria: Producida por otros efectos (indirecta)
Dividimos la interacción de la radiación con la materia en:
Partículas cargadas (alfa, protones, beta)
Neutrones (n), es el caso más peligroso
Fotones (gamma)
Partículas cargadas:
Cuando una partícula cargada entra en un organismo se produce interacción electrónica. La fuerza eléctrica actúa a distancia.
1). Ionización:
Una partícula interacciona con los electrones y salen del átomo y se produce ionización (no interviene el núcleo).
E transferida a un átomo > E enlace de un electrón : Se produce ionización
Ionización primaria: Llega + y choca con el electrón y éste sale del átomo.
Ionización secundaria: El electrón que ha salido se encuentra con otro átomo y hace que salga un electrón de otro átomo.
Ionización específica: Números de pares de iones producidos por unidad de recorrido de la partícula radiactiva incidente. Capacidad que tiene una partícula para crear interacción.
La importancia de la ionización es porque tiene efectos biológicos y por la detección de la radiación.
2). Excitación:
E transferida a un átomo < E enlace de un electrón
Este proceso va acompañado de la emisión de fotones porque el átomo se desexcita.
3). Radiación de frenado:
Es un proceso fundamentalmente para electrones no para partículas alfa. Es el proceso en el cual la partícula radiactiva ha interaccionado directamente con el núcleo.
Es ionizante porque produce radiación electromagnética, siempre de manera secundaria.
Tras este proceso salen fotones que podrán ionizar a otros átomos.
Poder de frenado: Es la pérdida de energía de la partícula radiactiva por unidad de longitud recorrida.
Alcance: Es la máxima distancia de penetración, no es la longitud de la trayectoria.
PARTÍCULAS CARGADAS PESADAS () (PROTONES)
Producen ionización y excitación en casi el 100% de los casos. Casi nunca produce radiación de frenado al chocar.
Produce ionización predominantemente primaria en el 80% de los casos aproximadamente.
Tiene ionización específica muy elevada, porque es muy pesada y choca mucho.
La trayectoria que sigue es prácticamente recta. Por esto el alcance está muy bien definido.
Ejemplo: E = 6 MeV
- Aire: 5 cm
- Tejido biológico: 60 m, es la más peligrosa por radiación interna.
PARTÍCULAS BETA (ELECTRONES)
Producen ionización, excitación y radiación de frenado.
A velocidad baja del electrón incidente se produce ionización y excitación predominantemente. A velocidad alta es capaz de llegar al núcleo, por lo que produce radiación de frenado.
Ionización secundaria >~ primaria
La ionización específica es baja.
Las trayectorias no son lentas, por lo que el alcance no está bien definido.
Las partículas beta son más peligrosas por radiación externa que por interna, al revés que las alfa.
Para el caso de positrones se produce la aniquilación, es decir, desaparecen transformándose en energía, o sea en fotones de aniquilación. Ocurre al chocar un e+ con un e-.
1 e+ + e- fotón
Son las partículas más peligrosas porque están cargadas.
Puesto que no tienen carga no tienen interacción eléctrica. Interaccionan con el núcleo, y para ello deben chocar con él, es una colisión no eléctrica, por lo que es una radiación muy penetrante.
Formas de interaccionar:
Un neutrón interacciona con un núcleo y le da parte de su energía cinética. De esta manera el neutrón va perdiendo su velocidad.
La máxima pérdida de Ec de un neutrón se produce cuando choca con un núcleo de hidrógeno porque es un átomo muy ligero. Son los elementos más eficaces para frenar neutrones.
La ionización que se produce es secundaria porque no interacciona con los electrones.
Cuando el neutrón se frena son capturados por los átomos del medio, son neutrones lentos o térmicos.
Captura radiactiva:
En este caso el neutrón al final deja de existir. El átomo con el que choca lo absorbe y se convierte en otro átomo, quedando excitado y emitiendo radiación gamma (electromagnética).
El nuevo núcleo también puede emitir radiación -.
Se produce ionización secundaria.
Excepciones notables:
Reacciones de transmutación:
Y + 
Y + P (protón)
El neutrón desaparece porque es absorbido.
El caso más conocido es el boro:
N + 10B 7Li + 
INTERACCIÓN DE LOS FOTONES
No lo consideramos porque aquí el fotón no cede energía al medio.
Toda o parte de la energía del fotón se convierte en Ec de partículas cargadas. Hay tres procesos:
1. Efecto fotoeléctrico:
El fotón es absorbido por uno de los electrones de los átomos y el electrón sale, produciendo ionización principalmente secundaria.
La energía del fotón es: h x 
La energía con la que sale el electrón es la que tenía el fotón menos la de ligadura.
Ec = h - Ee
Si ho > Ee implica que hay ionización. El efecto fotoeléctrico va acompañado de la emisión de rayos X.
Va acompañado de emisión de rayos X, que es producida por el salto de electrones de un nivel a otro. Cuando sale un electrón queda un hueco y los electrones que están por encima tienden a bajar y emite un fotón.
Generalmente el electrón que absorbe al fotón es interno.
Es un proceso que se produce generalmente cuando la energía del electrón es baja y cuando Z es alto.
Es un proceso de dispersión eléctrica entre el electrón y el fotón.
Tiene lugar con los electrones más
externos, que son los que tienen
una energía de ligadura muy pequeñas,
son electrones muy poco ligados, casi libres.
Hay una posible emisión de rayos X pero son menos energéticos que en el proceso anterior, por lo que son menos peligrosos.
E intermedios, si el fotón tiene E pequeña se da el efecto fotoeléctrico y si es un poco más alta se da el Compton.
Se da ionización secundaria.
3. Producción de pares
La energía se convierte de pronto en masa. Interviene de alguna forma el núcleo. El fotón interacciona con el núcleo sin haber chocado con un electrón, entonces desaparece en fotón y aparecen un par de partículas idénticas salvo en la carga: e- y e+.
La energía mínima que debe tener el fotón para que se de este proceso debe ser igual la que tiene en el estado inicial a la que tiene en el final.
E = Ec e- + Ec e+
Para que el fotón se pueda dividir en un electrón y un positrón debe tener una energía igual a la suma de las energías del e- y del e+, la mínima es la suma de la energía que procede de la masa del e- y del e+.
E > Z x 0'511 MeV = 1'022 MeV donde 0'511 es mc2
E y el número atómico (Z) deben ser altos.
La ionización producida por los fotones es prácticamente toda indirecta.
TEMA 4. DETECCIÓN DE LA RADIACIÓN
La detección de la radiación está basada en como interacciona la radiación con la materia.
A partir de la ionización (producir pares de iones) se construyen detectores.
Detector: Es un aparato que permite saber si existe radiación y que cantidad de radiación existe. En algunos casos también permite saber cúal es el efecto que tiene esa radiación en los organismos, es decir, con qué energía llega.
# Eficiencia: Cociente entre el nº de partículas que el aparato mide dividido por el nº de partículas que se desintegran.
# Resolución temporal: Mínimo tiempo que debe transcurrir para que el detector sea capaz de medir 2 partículas diferentes. Cuanto más pequeña sea mejor. Suele ser del orden de 10-4 - 10-6 s.
# Resolución energética: Mínima diferencia de energía que un detector es capaz de determinar.
DETECTORES DE IONIZACIÓN DE GAS
# Detector Geiger - Müller o contador:
En el interior del cilindro hay un gas. Entre el hilo metálico, que está en el centro del cilindro, y lo que lo recubre que es una placa metálica hay una diferencia de potencial.
Cuando el electrón entra se encuentra con el gas, que son miles de átomos por lo que cuando interaccione con éstos se producirán pares de iones (+ y e-).
Si la parte central está cargada negativamente respecto al exterior los electrones van a ir hacia la placa metálica, se desplazan hacia el exterior mientras que los + van hacia el interior.
# Detector proporcional:
Se denomina así porque la señal eléctrica medida es proporcional a la energía de la partícula incidente radiactiva.
El primer detector (G -M) no es proporcional, lo único que permite es contar.
Dependiendo de la energía de la partícula incidente vemos más o menos electricidad.
Curva característica del detector Geiger - Müller:
Para realizar la curva característica hay que observar cuántas partículas existen entre el hilo y la parte externa del cilindro.
Es representar el número de partículas que se detectan frente a la diferencia de potencial aplicado.
Si la diferencia de potencial es pequeña no se produce señal eléctrica, no mide ninguna porque la velocidad de los electrones es pequeña y se recombinan formando átomos neutros.
Plateau: Es la zona en la cual el Geiger funciona. En esta zona V está aumentando pero el número de partículas es prácticamente cte.
A partir del plateau si subimos el potencial el nº de partículas se dispara enormemente porque el V es tan grande que aunque no entren electrones en el gas se ioniza, es decir, V produce la ionización de partículas que no son radiactivas. Por eso esta zona no es importante para trabajar con ella porque algunos son ionizados por la enorme diferencia de potencial.
El inconveniente es que el detector no puede medir en la resolución a tiempo muerto.
El detector Geiger no necesita amplificación porque la carga que se produce es tan grande que podemos medirla sin amplificarla.
Es un cilindro más grande que el anterior en cuyo interior también hay un gas. Se diferencia con el otro en que se basa en procesos de excitación, no de ionización.
Las partículas radiactivas se encuentran con electrones pasándolos de un nivel a otro superior, produciendo energía en forma de rayos (centelleos). No se recoge la carga sino que se utiliza la desexcitación de las cargas.
Con estos detectores además de contar las partículas se sabe con qué energía llegan.
i) La sustancia luminescente que está dentro del cilindro es el NaI, que produce centelleos al interaccionar con los fotones.
Para estos detectores la resolución en energía es del 7 - 8 %. La resolución temporal de Z x 10-9 - Z x 10-8 s.
Es un tiempo mucho más pequeño que el anterior. Estos detectores nos permiten hacer la:
Espectroscopia de radiación gamma:
Consiste en observar el comportamiento de los fotones en función de su energía.
Se representa la energía que el fotón cede a los átomos del NaI con los que choca (E).
E1 = Energía del fotón. En este punto da igual donde se produce el efecto fotoeléctrico.
Compton: La energía que se le da al medio es igual que la que tiene.
: En este espacio no aparece nada porque no hay fotones que cedan al medio esa energía media entre los 2 niveles energéticos.
La anchura del pico nos dice cuanta resolución energética tiene el aparato. Cuanto más estrecho sea mejor es el detector.
Las líneas deberían ser rectas pero no lo son porque es un detector no perfecto.
Si aparecen dos picos quiere decir que la muestra emite 2 fotones.
TEMA 5. DOSIMETRÍA DE RADIACIONES IONIZANTES
Dosimetría: Es la ciencia que cuantifica la radiación existente y sus efectos en el material sobre el que incide. Es el estudio de la energía que las radiaciones depositan en un medio material por unidad de masa.
La actividad no tiene en cuenta el medio con el que interacciona la radiación.
Exposición (X):
Inicialmente la dosimetría estaba ligada a la radiología. Es la ionización producida en aire por rayos X y  de E < 3 MeV
Carga producida, mismo signo
Masa de aire seca
La unidad de la exposición en el sistema internacional es C / Kg.
La exposición es la cantidad de carga que se produce, en aire, por unidad de masa al interaccionar con rayos X.
La unidad especial de la exposición es:
Raentgen, 1 R = 2'08 x 10-4 C / Kg
Dosis absorbida (D):
Tiene un concepto parecido a la exposición; es la cantidad de energía absorbida dividida entre la unidad de masa de un volumen elemental.
Sirve para cualquier tipo de radiación y para cualquier medio material (aire, tejido...).
La unidad de la dosis en el sistema internacional es:
D = 1 Gray
La unidad especial es 1 rad.
Hay una relación entre el roentgen y el rad: en un tejido blando (humano)
La tasa de dosis absorbida es ():
Dosis absorbidas idénticas de reacciones distintas producen diferentes efectos. Por eso se introduce:
DOSIS EQUIVALENTE. FACTOR DE CALIDAD
Para tener en cuenta los efectos se introduce lo que se denomina:
Eficiencia biológica relativa (EBR):
Para saber si una radiación es más o menos peligrosa se refiere a un patrón determinado de medida.
El patrón es el numerador.
Si EBR > 1 significa que la dosis de la radiación problema es menor que la dosis del numerador, que es la que se utiliza como referencia, por lo que la radiación problema es más peligrosa que la del fotón y será más peligrosa mientras EBR sea mayor, porque produce el mismo daño que los fotones con menor dosis.
En la gráfica, cuando aumenta la dosis la supervivencia baja; depende de que tipo de radiación se utilice. La radiación de neutrones es más peligrosa porque cae más rápidamente ya que con menos dosis produce el mismo efecto.
EBR (n) = = 3'8, quiere decir que los neutrones son aprox. 4 veces más peligrosos que los fotones.
Para cada radiación es diferente. Es introducido a nivel de una radiación generalizada.
Dosis equivalente (H):
Unidad en el sistema internacional: Si D se mide en Gy, H se mide en Sievert, 1 Sv = 1 Gy
Si D se mide en rad; H se mide en rem, 1 rem = 1 rad
Q para los rayos X es igual a 1
Q para los neutrones > 1 (aprox. 4)
Dosis equivalentes iguales producen el mismo efecto aunque sean radiaciones distintas.
Dosis equivalente efectiva:
Msv : milisievert : 10-3
Rayos X (60 Co): aprox. 0'7
 : aprox. 1'0
Protones : aprox. 2'0
Neutrones : - 2 - 10, depende de la energía de los neutrones. A mayor energía más peligroso es.
: -10 - 20
1 Ci = 3'7 x 1010 Bq
A Bq (SI)
1 R = 2'58 x 10-4 C / Kg
X (Exposición)
D 100 rad = 1 Gy
(Dosis absorbida) Relacionados con la dosimetría
1 Sv = 1 Gy x Q
H 100 rem = 1 Sv
(Dosis equivalente)
Recta de regresión: Es determinar la ecuación de la recta que se ajuste a una serie de puntos.
Y = ax + b donde: a es la pendiente (m)
B es ordenada en el origen. Es igual a y en el eje de las ordenadas (cuando x = 0)
Para calcular a y b se utilizan unas fórmulas:
N: Nº de puntos
: valores medios
Primero se calculan los valores medios:
Hacemos una tabla con todos los valores que vamos a determinar:
Cuando ya tenemos a y b dibujamos la recta.
TEMA 6. EFECTOS BIOLÓGICOS DE LAS RADIACIONES
Cuando la radiación interacciona con la materia produce modificaciones.
1. Absorción de la radiación
2. Modificación bioquímica elemental
3. Modificación molecular
4. Modificación celular
5. Modificación tisular (a nivel de tejidos)
6. Modificación del organismo
Se distinguen dos fenómenos: ionización y excitación, que comienzan la cadena de todas las posibles alteraciones. La ionización se produce con más frecuencia y se le conoce como radiaciones ionizantes.
La primera especie es el número de pares de iones, suponemos que el principal efecto es la ionización.
La ionización específica puede ser más grande.
# Transferencia lineal de energía (LET): Indica cómo de peligrosa es una radiación. Se utiliza en cardiología.
# DEF: La cantidad de energía que se absorbe en el organismo por unidad de recorrido de la partícula radiactiva incidente.
LET = W x ionización específica
Energía necesaria para crear un par de iones (+ y e-)
LET bajo: e, : partículas ligeras
LET alto: n, p, : partículas más pesadas.
Al aumentar I. específica aumenta LET
Al aumentar pesados aumenta I. específica y aumenta LET
Al aumentar el peligro aumenta la radiación
Ionización y excitación producen alteraciones musculares.
a) Ionización: e- + x+
Consiste en romper un átomo en dos partes; x+ tiende a capturar un ^m e- en el estado químico.
Algunos procesos que pueden tener lugar son:
Disociación espontánea: el x+ se rompe en 2 iones +.
Reacción con ión negativo
Reacción con molécula neutra.
En los tres casos se producen en el organismo “efectos extraños”.
b) Excitación:
La energía de excitación se transmite al medio de modos diversos.
Al desexcitarse emiten energía.
Por ejemplo la ionización de una molécula próxima (menos probable).
En el organismo humano hay varios tipos básicos de moléculas:
a) H de C
b) Lípidos - grasos
Actúa de forma más grave
En los ácidos nucleicos, concretamente en el ADN se produce:
Cambio o pérdida de una base nitrogenada
Ruptura de un enlace de hidrógeno
Ruptura del esqueleto de una o ambas hélices
- Otras más complicadas
Puede que se reparen o no las modificaciones. El daño en un cromosoma puede llevar consigo consecuencias especialmente graves. Normalmente no se repara y se transmite.
Mutación: Fenómeno por el cual se define cualquier tipo de interacción de ácido nucleico, de genes o de cromosomas por cualquier razón.
Puntiformes: alteraciones que afectan a pocos genes. Suelen repararse.
Cromosomiales: son irreparables, afectan a los cromosomas.
Un efecto de las mutaciones es el cáncer. Todo ser vivo presenta mutaciones espontáneas.
La cantidad de mutaciones es tanto mayor cuanto mayor es la dosis absorbida.
Existe una dosis umbral por debajo de la cual no puede producirse una mutación. Es importante establecer unos limites para que se desarrolle una mutación.
En general, a mayor LET se produce mayor numero de mutaciones para una dosis dada.
A una mayor dosis hay una mayor probabilidad de mutación.
4. ALTERACIONES CELULARES
De menor a mayor gravedad tenemos:
Retardo en la división
Muerte en interfase
Si la radiación afecta a la parte externa de la célula puede repararse pero si llega al núcleo es muy complicado.
Una célula que se divide cada cierto tiempo necesita mas energía para dividirse. Se esta alterando.
Que la célula indirectamente no se reproduzca
Muerte directa de la célula. Destrucción de la célula.
Radiosensibilidad: Modificación de las condiciones celulares inducidos por las radiaciones. Suele referirse a la muerte de la célula. (Al tercer efecto).
Una célula radiosensible es aquella que con una dosis baja se muere o le afecta. Si es aun mas radiosensible la radiación le afecta mas pronto.
LEYES DE BERGONIE Y TRIBONDEAU
Una célula es tanto mas radiosensible cuanto:
Mayor sea su actividad reproductiva
Mas divisiones necesite para adoptar su forma y funciones definitivas
Menos diferenciada sea la célula, que son células que realizan labores menos especificas (no neuronas...)
Agentes radiosensibilizadores y radioprotectores
Hay un mayor efecto si la dosis administrada se hace de una vez o de forma fraccionada
5. ALTERACIONES TISULARES
Son diferentes según los tejidos:
Piel: epidermis radiosensible, resto no
Aparato digestivo: radiosensible. Intestino delgado
Aparato reproductor: mas radiosensible. Las alteraciones son hereditarias
Órganos de los sentidos: muy variables. Son cristalinos
Sistema nervioso central: moderadamente radiosensible
Agudas e inmediatas: aparecen de forma inmediata cuando aparece una radiación. Pueden o externas o internas. Producen enfermedades.
Tardías: producen al cabo de meses, días años de que se produzca la radiación. La persona recibe mas radiación pero en mas tiempo.
6. ALTERACIONES EN EL ORGANISMO
Producen síntomas denominados síndromes. Pueden ser:
Síndrome agudo: efectos inmediatos. Alteración fuerte por radiación de dosis elevada
Síndrome crónico: enfermedad de modo continuado por dosis pequeña durante mucho tiempo.
Factor de riesgo: Es la probabilidad de que se produzca un determinado problema debido a la radiación. Cuanto mas grande es el numero de individuos que sufren radiación mayor es el factor de riesgo.
Numero de individuos que sufren efecto
Numero de individuos irradiados por dosis recibida
El factor de riesgo es la probabilidad d que se produzca un determinado problema debido a la radiación. Cuanto mas grande es el numero de individuos que sufren radiación mayor es el factor de riesgo.
Por ejemplo: si de 100000 personas que han estado sometidas a una radiación de 4 Sv solo 200 tienen cáncer:
f = 200 / 100000 x 4 = 5 x 10-4 Sv-1
DL m /n (Gy), siendo:
m = % de mortalidad
n = tiempo durante el que se produce la mortalidad
Ambos pueden ser variables.
Ejemplo: DL 50 / 30 : 50% de mortalidad en 30 días.
La dosis que tiene que recibir una población de bacterias para que se produzca el 50% de su muerte en 30 días debe ser mayor de 100.
Bacterias > 10 Algunos peces 20 Mono 4
Dosis equivalente (Sv)
Sin efectos apreciables. Solo análisis clínicos especiales
Pequeñas alteraciones en el hemograma
Nauseas y fatiga acentuadas
Nauseas y vómitos 20%
50% de mortalidad en 30 días
Mortalidad = 100%
20% de mortalidad en 30 días. Recuperación del 80% restante en 90 días.
Tejido Por Sv	Sv-1
Gónadas	1 / 260	4 x 10-3
Senos	1 /400	2'5 x 10-3
Medula ósea	1 / 500	2 x 10-3
Pulmón	1 / 500	2 x 10-3
Tiroides	1 / 2000	5 x 10-4
Huesos	1 /2000	5 x 10-4
TEMA 7. APLICACIONES MEDICAS DE LAS RADIACIONES
Radiación ionizante Medicina
Deben representar un beneficio bueno para el paciente, comparados con otras alternativas.
Deben realizarse en recintos específicos
Dosis recibidas mínimas posibles; en particular, en órganos y tejidos distintos al que recibe tratamiento
Se minimizara las dosis en gónadas con protección adecuada
Precauciones adicionales en practicas ginecológicas y pediátricas
Minimizar las dosis recibidas por personas distintas al paciente
Hospitales Unidad de protección radiológica
Fundamento: Diferentes propiedades de absorción de los distintos órganos
Diferentes densidades en la placa radiográfica
Rayos X (fotones): Intervienen solo los electrones de los átomos.
Mejora del contraste: Uso de CO.
Radiación característica : Controla la radiación de frenado y se puede saber a que energía salen los rayos X.
Radiación de frenado: No interesa en los rayos X porque no se puede controlar la energía.
Efectos de penumbra: A mayor distancia el foco del paciente menor penumbra y viceversa.
Antidifusor: Laminillas para la eliminación de la difusión de los rayos X.
Intensidad: Número de rayos X producidos
Calidad: Poder o energía de penetración de los rayos X. Es importante porque si los rayos salen con demasiada velocidad la radiografía sale oscura, y si sale con demasiada poca velocidad sale muy calara, sin distinguir en ninguno de los casos lo que se quiere apreciar.
Inconvenientes de las radiografías:
Que un objeto de 3D se representa en 2D.
# Tomografía: Radiografía por cortes, es un sistema que permite hacer radiografías de distintos planos del individuo eliminando los planos que no interesen, quedando solo el plano requerido.
# Tac: (tomografía axial computalinada): Es igual a la anterior pero se sustituye la placa de impresión por un detector.
Se puede hacer un tac con una dosis absorbida similar a la de la radiografía tradicional, pero obteniendo una imagen tridimensional.
Uso de radiaciones ionizantes en el tratamiento de tumores malignos (también algunas enfermedades benignas).
# Bases físicas biológicas:
Radiosensibilidad: Células cancerígenas son más sensibles que las demás.
Radiocurabilidad
Principales tipos de radiaciones usadas:
Radiación e- y 
Neutrones, protones,  en menor medida
Fundamentos de los principales equipos usados actualmente en radioterapia:
# Terapia superficial: Tubos de rayos X de baja energía (10 - 50 KeV).
Tratamiento de tumores de piel. Son de baja energía porque se indican para enfermedades superficiales de la piel.
# Terapia profunda: Rayos X de alta energía (200 - 300 KeV)
No suelen dañar la superficie.
Unidades de Co - 60 (Bomba de Co): Es una máquina muy grande con una pastilla de Co muy pequeña pero con una radioactividad de 103 Ci (prácticos 10-6 Ci).
60Co 60 Ni
Emite electrones convirtiéndose en Ni, este queda en un estado excitado, que al estabilizarse emite fotones con dos energías distintas, de 1'17 MeV y 1'33 MeV (no son rayos X).
Es una térmica que se utiliza para terapia profunda por su elevada energía.
T1/2 = 3'3 años
El resto de la máquina es un recubrimiento de Pb
La radiación  es la que se utiliza porque los electrones los retiene el Pb.
Aceleradores de electrones:
- Aceleradores lineales (30 - 40 MeV): tubo lineal
- Betatrón (20 - 50 MeV): es una aceleración circular
Modalidades de aplicación de la radioterapia:
Irradiación de contacto
# Fuentes  encapsuladas
# Rayos X de baja energía
Implantación en el interior del organismo con carácter temporal de una parte radiactiva. Se aplican en forma de hilos, agujas o esferas en dispositivos de carga retardada.
Iridio -192 (T = 74 días) Co - 60, Cs - 137
Implantación metabólica:
Se mete un elemento radiactivo dentro de la ruta metabólica (parecido a un fármaco).
T - 131 (tiroides): porque este se encuentra en el tiroides.
Incorporación de sustancias radiactivas al organismo humano para fines diagnósticos y en ocasiones, terapéuticos (se introduce por vía metabólica).
Ejemplo: Uso de Na 24 (emisión ) para localizar obstrucciones en los vasos sanguíneos.
No hace falta hacer análisis químicos, sólo se utilizan detectores.
Trazadores (o radiofármacos):
Vitamina B - 12 marcada con Co - 57
Hematíes marcados con Cr - 51
# Gammagrafía:
Es la técnica para detectar la presencia de sustancias radiactivas incorporadas al organismo humano por vías metabólicas mediante detectores de centelleo de cristales inorgánicos.
Escintilógrafo de barrido: Es un pequeño tubo parecido al Geiger.
Gammacámara: Es una cámara cubierta de detectores de centelleo donde se mete el paciente y se obtiene en un instante la imagen completa del organismo humano.
Radionúclidos usados ( T ½ - cortos. E ~ 100 - 200 KeV)
Obtienen aceleradores o “generadores de radionúclidos”
# Trazadores radiactivos
Producción: Si son períodos de vida cortos hay que producirlos justo antes de utilizarlos, mediante aceleradores o mediante el uso de generadores: son los padres de los radiofármacos.
Sólo se almacena A porque este siempre está generando B continuamente, y cuando B se necesita ya está fabricado.
T1/2 y t eliminación cortas
E adecuada (ni grande ni pequeña)
Fácil obtención, coste razonable.
Algunos radionúcledos usados:
Núcleo E (KeV) T1/2
99mTc 140 6 h
131I	364	8'04 días
123I	159	13 h
99mTc (T = 4h) 99Mo (T = 67 h)
Es el que más uso tiene en medicina Es el que se almacena
TEMA 8. FUENTES DE RADIACIÓN
Rayos cósmicos (radiación que procede del espacio exterior)
Origen: Solar + no solar
Depende de la actividad Uniforme, constante
Dosis variable:
# Campo magnético terrestre dosis mayor cerca de los polos ~ 3 Sv / º de latitud
# Altitud:
D (10 Km) = 70 D (nivel del mar)
D (20 Km) = 400 D ( “ “ “ )
# Promedio cada español: 250 Sv / año. Inevitable.
Destacan 232Th, 235,238U, 40K (T1/2 109 s)
U: Concentraciones muy bajas
Si es 1500 partes por millón rentable su extracción para combustible
222Rm (producto del u), gas, se difunde en la atmósfera.
40K: 120 partes por millón en el K natural. Este constituye el 24% en peso de la corteza terrestre.
Irradiación en el exterior y en el interior de los edificios (materiales de construcción).
Promedio cada español: 400 Sv/ año. Puede cambiar mucho dependiendo de la composición del terrenoenormes variaciones.
Desintegración del Rn
Productos inmediatos, 218Po y 214Pb, son emisores de  y  de T1/2 muy cortos (se desintegran muy rápidamente).
Concentración de Rn en la atmósfera muy baja.
Dosis promedio: 800 Sv/año
Pero hasta x10 en edificios poco ventilados con materiales de construcción ricos en U.
Radionúclidos en alimentos , agua y aire
210Pb y 210Po, emisores  (series de U y Th).
40K, emisor de 
14C (interacción rayos cósmicos - atmósfera). Se usa para datar la fecha de la muerte de un ser vivo.
Dosis promedio: 400 Sv/año (40K = ½)
Cierto control (ejemplo: radiactividad en agua potable).
Dosis de origen natural
Hnat. = 1850 Sv depende de la situación geográfica, puede haber una diferencia de miles de Sv.
# Rayos X:
En los aparatos actuales las dosis son reducidas (200 Sv )ya que hay precauciones adicionales.
# Radioterapia:
Dosis altas en zonas muy localizadas del cuerpo.
Contribución a que la dosis promedio sea muy pequeña.
# Medicina nuclear:
Nuevos radiofármacos donde la dosis es reducida
Ejemplo: 123I en vez de 131I
10 mGy 1 Gy en tiroides
Dosis promedio: 500 Sv/año, casi toda de rayos X.
Numerosas en 1945 - 1963
3 toneladas 234Pu. También 14C, 90Sr y 137Cs
Actual - 10 Sv/año
Años 60 (máxima) - 80 Sv/año
Producción de energía nuclear:
Descarga de radiactividad al medio ambiente por:
Funcionamiento de los receptores
Dosis media en España: 1 Sv/año, pero existen grandes diferencias. Individuos más expuestos 100 - 1000 Sv/año.
Países con más centrales mayor dosis.
Usos profesionales de la radiación:
Utilizada ampliamente en:
Dosis media en España:
Trabajadores profesionalmente expuestos - 2 mSv/año
Público en general - 2 Sv/año
DOSIS DE ORIGEN ARTIFICIAL
Usos médicos - 500 Sv
Pruebas nucleares - 10 Sv
Producción energía nuclear - 1 Sv Hartf. = 520 Sv
Usos profesionales - 2 Sv
Otros (no mencionados) - 7 Sv
Fuentes naturales: ~ 80% del total
Fuentes artificiales: aplicaciones médicas son el principal componente.
TEMA 9. RESIDUOS RADIACTIVOS
Residuo: Material o producto de deshecho que contiene radionúclidos en concentraciones superiores a las permitidas para uso no restringido.
# Problema a partir de aplicación de fisión nuclear como fuente de energía.
Un reactor nuclear actual: > 106 veces radiactividad utilizada en medicina e investigación en 1938.
# - Vertido y dispersión en el medio ambiente
- Almacenamiento provisional / definitivo
Descargas radiactivas al medio ambiente
# Riesgo potencial para la salud humana
# Rutas de exposición. Cadenas tróficas
Agua Plancton Peces Humanos
# Rutas y grupos críticos
Segregación y recogida de residuos radiactivos
# Clasificar según: A, T1/2...
# Manejados exclusivamente por personal autorizado y debidamente preparado
# Sólidos Líquidos
# A veces, almacenamiento provisional (por ejemplo, hasta que A disminuya a nivel aceptable; o para estudio radiológico de la nocividad):
Evacuación al medio ambiente
# Reglamentación y supervisión (autoridad competente)
# Instalaciones que trabajan con pequeñas cantidades de radionúclidos: vertido directo l medio ambiente
# Instalaciones pequeñas: dilución. Residuos radiactivos entre grandes cantidades de deshechos no radioactivos) Permitido sólo si A 3 Ci.
# Inhumación (a profundidad 1 m), incineración, vertido en fosas marinas (sólo si es baja), ...
# Precauciones y control. Evitar dispersión accidental
# Baja actividad: Vertido directo al alcantarillado o a río, lago o mar.
- Deben disolverse o dispersarse en el agua.
- Autorización y control por parte de personal competente.
# Grandes instalaciones nucleares: Severos controles y limitaciones
# Rutas de exposición más directas que los otros.
# Reducción y dispersión mediante:
# Residuos de A alta o T1/2 prolongado tratamiento en instalación especializada
TEMA 10. RADIOPROTECCIÓN. NORMATIVA
# Radiación:
Riesgo de efectos nocivos (enfermedades malignas, defectos hereditarios)
Fijar límites. Protección
# Ejemplo: Radiografía dental. Dosis en las gónadas:
Tubo de rayos X sin blindar 2'2 mGy
Tubo blindado 65 Gy
Tubo blindado + 0'25 mm Pb 0'1 Gy
PRINCIPIOS GENERALES DE RADIOPROTECCIÓN
Recomendaciones de la Comisión Internacional de Protección Radiológica (ICRP)
Legislación. 3 principios esenciales:
Sólo adoptar prácticas que supongan un beneficio claro.
Exposición de los individuos tan baja como sea posible (teniendo en cuenta factores socioeconómicos).
Siempre H < Límites ICRP en cada situación
Aceptabilidad de una práctica determinada: Evaluar efectos nocivos / beneficios
Ejemplo: Producción de energía.
# Estudiar consecuencias radiológicas (dosis recibidas, residuos, posibles accidentes.)
# Examinar otras fuentes de energía
# Factores: reservas, coste, calidad...
Minimización de la dosis: Las dosis recibidas deben ser netamente inferiores a los límites establecidos.
# Trabajadores profesionalmente expuestos: lím. 50 mSv/año
# Público en general: lím. 5 mSv/año
# Diseño de blindajes, protección, planificación del trabajo...
# Análisis coste - beneficio (difícil)
Garantizar que ni lo individuos ni su descendencia sufran un riesgo inaceptable.
No es aceptable que alguien reciba cada año una dosis ~ límite. Hay que aplicar el principio anterior (minimización).
Organismos actuales en España: CSN, consejo de Seguridad Nuclear. Organismo del Ministerio de Industria.
Es el único competente en seguridad nuclear. Informa semestralmente a Congreso y Senado. Concede y deniega licencias, autorizaciones...
CIEMAT, Centro de investigaciones energéticas, medio ambientales y tecnológicas
ENUSA, Empresa Nacional del Uranio
ENRESA, Empresa Nacional de Residuos
PROTECCIÓN CONTRA IRRADIACIÓN EXTERNA
B /A: Ligadura por nucleón. Es la energía que hay que suministrar a un núcleo para arrancarle un nucleón, que es un protón o un neutrón (denominación general).
56 Fe es el núcleo más estable. Es la mayor energía de ligadura, para arrancarle al núcleo un nucleón, para romperlo totalmente en sus nucleones.
T 1/2: Es el tiempo necesario para que el número de núcleos existentes se reduzca a la mitad. Se denomina semivida o período de semidesintegración. Depende únicamente de cada núcleo radiactivo.
Neutrino: positrones
Se diferencian unos de otros según el % que nos den.
Esta es la partícula alfa
El boro o barra de grafito absorben a los neutrones
Energía de ligadura o de enlace.
Dosis equivalente para cada tejido
Sumatorio de los factores peso de cada tejido. Depende cuánto sea sensible el órgano a la radiación.
Esto no es una recta así que hago lo siguiente para representarlo:
ln N = ln No - x
Sobre estos elementos no es tan grave porque el organismo tiende a reparar los daños producidos por la radiación y generalmente no se transmite, a no ser que sea una elevada dosis.
Estas ya no se reparan
Menor para organismos mas complejos
Es el que tiene uso en medicina
Interacción radiaciónProtonesElectronesFotonesDetectoresDosimetría radiaciones ionizantesAplicaciones médicas

References: Resolución 
 Resolución 
 resolución 
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