Ev3 Radiobiología Biofísica

CUESTIONARIO

Explique mediante un esquema los Factores Prácticos usados en la radio-protección. Tema: Seguridad Radiológica.

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Considere el esquema acerca del LET (Linear Energy Transferred) y atienda y explique los conceptos vistos en clase mediante un esquema para determinar cuál LET es el más dañino para un ser vivo: el LET Alto o el LET Bajo. El LET es una unidad de Calidad de la Radiación.

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Si se dividiera el cuerpo humano a la mitad, ¿qué porción sería la más radiosensible? Explique su respuesta mediante un esquema y justifique.

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¿A qué factores se atribuye la alta radio-resistencia en los insectos, comparado con los vertebrados?

• La baja velocidad a la que se dividen sus células la radiación causa la mayoría de las mutaciones en aquellas células que se están dividiendo.
• No se almacena radiación debido a que no tienen huesos.
• Poca cantidad de agua en el organismo.

Problemario del tema decaimiento radiactivo

1. Describa la desintegración Beta de un radionúclido que contiene 90 protones y 144 neutrones en su núcleo.

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1.   En el caso anterior, el isótopo resultante de la reacción es también radiactivo y se desintegra asimismo por radiación Beta, lo que a su vez generará otro radioisótopo, pero este último se desintegrará por alfa. Escriba las dos reacciones.[pic 5]

1. En 1900, Ernest Rutherford descubrió las cadenas de desintegración natural, es decir la forma en cómo las sustancias radiactivas van pasando de una a otra hasta llegar a elementos estables. Un ejemplo de estas cadenas es la del actinio.  En la serie del actinio 227 para que esté consiga su estabilidad, son necesarias 5 desintegraciones alfa y 3 Beta. Escriba las reacciones.[pic 6][pic 7]

1. En 1919 Ernest Rutherford quién en 1908 recibió el premio Nobel por el descubrimiento de las cadenas de radiactividad natural, también logró establecer una reacción de transmutación artificial de elementos radiactivos. El neozelandés estudiado en Inglaterra descubrió que bombardeando nitrógeno estable con partículas Alfa de alta energía se obtenía oxígeno 17. Escriba la reacción como cuidando de que esté perfectamente balanceada y considera y que antes de formarse el producto final aparecía un intermediario sumamente inestable de inmediatamente se descomponía el producto final (oxígeno 17)[pic 8]

5.      Los primeros isótopos radiactivos que se sintetizan en el laboratorio fueron preparados de 1934 por los esposos y yo le Cure y punto lo consiguieron bombardeando aluminio estable con partículas Alfa de alta energía que provenían de una fuente de radio-226 proporcionada por el Instituto del radio de París Francia, fundado por Pierre y Marie Curie (padres biológicos de Irene Joliot-Curie). Observaron que aparte del radioisótopo formado, se generaba en esta reacción un neutrón libre. Este descubrimiento les daría un premio Nobel, a los esposos Frédéric Joliot e Irene Curie por el descubrimiento de la llamada “radiactividad artificial”. Escriba en la reacción donde deberán indicar cuál fue el radio totopo que ellos produjeron artificialmente 

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1. Una vasija contenedora de alimentos construida en aluminio se expuso por error a neutrones termales, y esto hizo que el Metal de la caja se convirtiera en un radionúclido, que decae por emisión Beta. Escribe la reacción y a conclusiones acerca de lo que le sucede al material de esta caja al suceder la reacción. [pic 10]

1. El carbono 14, el mismo que se utiliza para calcular la edad geológica de restos fósiles, es un radioisótopo cosmogénico que tiene una vida media física de 5500 años. Éste se genera en la atmósfera por interacción de neutrones cósmicos que impactan con el gas más abundante en nuestra atmósfera. Escriba Cómo se forma este carbono 14.

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1. Un inspector de seguridad radiológica encuentra que hay una mesa contaminada, ya que detecta con un monitor de radiaciones ionizantes la presencia de radiación Beta. ¿De qué radioisótopos se tratará este contaminante si el inspector sabe que el producto del decaimiento del mismo es un gas inerte y el más abundante de la atmósfera terrestre?[pic 12]

1. En zonas de plantas nucleares como la de Fukushima en Japón, las reacciones de fisión nuclear generan diversos isótopos radiactivos que de exponerse al ambiente causan diversos efectos biológicos. Uno de estos radionúclidos es el yodo-131 que tiende a acumularse en la glándula tiroides. por esta razón, es común que cuando hay accidentes radiológicos como el recientemente ocurrido en el país del sol naciente, a la población general se le suministra yoduro de potasio estable por vía oral, para que el isótopo no radiactivos sature la glándula y así el reactivo no se acumule ahí. Escriba la desintegración beta en cadena de los átomos resultantes de la fisión del uranio-235 bombardeado con neutrones. Una vez que la fisión ocurre se generan dos radionúclidos; uno de número atómico 42 y masa 103 y otro de número atómico 50 131. Cuida de balancear correctamente todas las reacciones. [pic 13]

1. El 26 de abril de 1986 ocurrió el peor desastre nuclear de la historia moderna (Aunque están aún pendientes de evaluar los efectos del accidente de la central nucleoeléctrica de Fukushima, Japón del 11 de marzo del 2011 debido al terremoto-tsunami que azotó región, esta planta japonesa tiene seis reactores de los cuales se dañaron 4). En Chernóbil, el reactor número 4 de esta planta nucleoeléctrica ucraniana colapsó debido a fallas en los sistemas de enfriamiento. Las consecuencias fueron devastadoras, ya que las barras moderadoras de grafito (carbón) del núcleo del reactor se incendiaron y esto ocasionó la fuga de diversos radioisótopos a la atmósfera. Explique mediante una reacción cómo se formaría carbono 14 por interacción de neutrones termales dentro de este reactor.[pic 14]

1. En la República Mexicana, existe una planta nuclear (Laguna Verde) que genera energía eléctrica y es operada por la CFE. Se localiza en el municipio de Alto-Lucero, Veracruz, en las costas del Golfo de México. A diferencia del reactor de Chernóbil, el reactor de la Laguna Verde utiliza agua como moderador de los neutrones, aunque esta agua circula por tuberías herméticas y no escapa, debe considerarse que también se calienta para generar vapor que más tarde moverá las turbinas del generador eléctrico. No deberá entonces de haber escape alguno de este vapor ya que es radiactivo, es decir por acción de los neutrones el agua se vuelve agua tritiada. Expliqué mediante una reacción Cómo se puede formar tritio (H-3) en esta agua.

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1. Los neutrones, al no tener carga neta no son repelidos por los núcleos de los átomos que impactan. De hecho, no requieren acelerarse para llevar a cabo reacciones de bombardeo. Para generar neutrones se utilizan varios métodos como uno de los más comunes es bombardeando berilio-9 con partículas Alfa de alta energía proveniente de una fuente de radio 222. Escriba esta reacción de producción de neutrones mediante este método.[pic 16]

1. Hay dos elementos sintéticos con número atómico por debajo de 83 que son radiactivos como el tecnecio y el prometio. Este último elemento, se sintetizó mediante el bombardeo de neodimio 142 con neutrones rápidos, lo que generó el Pm-143. Escriba la reacción.

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1. El primer elemento transuránido descubierto fue el Neptunio. Se obtuvo por bombardeo de U-238 con neutrones lentos.  Esto generaba un intermediario más fotones gamma. Este intermediario, altamente inestable, posteriormente era el que producía el Neptunio-239 más una partícula Beta. Escriba la reacción.[pic 18]

1. En algunos rectores como el de Fukushima, Japón se genera plutonio, un elemento transuránido altamente tóxico y radiactivo en extremo. En noticias recientes se comentó que este transuránido había contaminado el agua de algunas regiones en Japón, lo que la hacía inadecuada para beber. En el problema anterior se mencionó al Neptunio-239 como el primer transuránidos, y resulta que a partir de este mismo cómo se origina el plutonio por emisión de una partícula Beta. Escriba la reacción.
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1. El bismuto es un elemento que se utiliza en una variedad de fármacos sobre todo en la farmacopea antigua. no tiene isótopos estables, lo que significa que sólo hay radioisótopos de este elemento. El 100% del bismuto presente en nuestro planeta es BI-209. Aunque su decaimiento es muy lento, en grandes cantidades puede ser peligroso, ya que el decaimiento del Bismuto por rayos Alfa produce una sustancia venenosa que incluso se utiliza como raticida en altas concentraciones. Escriba la reacción que indique cuál es la sustancia venenosa que ocasionará el decaimiento Alfa del Bismuto.[pic 20]

1. La llamada “radiactividad artificial” como la que se mencionó en el problema número cinco, se lleva a cabo bombardeando núcleos estables con diversas partículas energéticas tales como electrones, deuterones, neutrones protones o rayos Alfa. Los rayos Gamma de muy alta energía también son capaces de producir átomos excitados (otra forma de referirse a un radionúclido). Las primeras partículas usadas para bombardear fueron las Alfa. El reciente desarrollo de aceleradores lineales de partículas, ciclotrones y betatrones, así como de reactores que producen flujos de neutrones, han proveído del medio para así tener una variedad de partículas para bombardear. La mayoría de los radioisótopos comúnmente usados en investigación y medicina son producidos artificialmente. Por ejemplo, el Fósforo-32, se produce exponiendo azufre estable a neutrones en un reactor. Escriba esta reacción.

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1. Escriba la reacción de cómo se genera el Sodio-22 un radiofármaco muy utilizado para diagnóstico de enfermedades relacionadas con la circulación sanguínea. Este se produce bombardeando magnesio estable con deuterones acelerados en un ciclotrón.[pic 22]

1. Hay dos radioisótopos muy frecuentemente utilizados en biomedicina; el cobalto-60 y el Fierro-59. Ambos se producen a partir del mismo elemento, el cobalto estable. El primero, mediante bombardeo con neutrones termales y el segundo mediante neutrones energéticos o rápidos. Escriba las dos reacciones. [pic 23]

1. En el organismo humano de peso promedio 70 kilogramos, hasta unos 100 g puede haber de potasio-40, que se obtiene principalmente del agua que se debe. Este radionúclido decae por emisión Gamma Captura-K. Diga cuál será el producto de este decaimiento y qué consecuencias tiene esto para el organismo de acuerdo con el producto generado.

Puede ocasionar asfixia, mareos y dolores de cabeza[pic 24]

1.  El magnesio-23 se utiliza en investigación médica, por esto es un radioisótopo muy común en radio-farmacias. Se prepara a partir de Sodio estable impactado con núcleos de Hidrógeno. Escriba la reacción y luego escriba el producto del decaimiento de este emisor de positrones. [pic 25]

1. Una caja metálica muy especial, fabricada para resguardo de sustancias tóxicas altamente reactivas, está construida de una aleación que primordialmente está conformada por Molibdeno. Por un error de manejo, esta caja es impactada por una fuente de radiación Alfa. Esto ocasiona que este elemento se transforme en un radioisótopo peligroso, más la emisión de un positrón. Escriba la reacción. [pic 26]

1. Como ya se mencionó, los elementos por arriba del uranio se llaman transuránidos Y son sustancias altamente tóxicas y radiactivas. Algunos de estos se obtienen bombardeando con deuterones acelerados. Escriba cómo es posible informar curio-220 y considere que en esta reacción se genera demás 4 neutrones libres.                                                 
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1. Un elemento es bombardeado con protones (o sea con núcleos de hidrógeno) acelerados, y esto genera Silicio-29 más fotones gamma. ¿Cuál es el elemento que se bombardea? Escriba la reacción. [pic 28]

1. El polonio es un elemento radiactivo como el primero que descubrieron los esposos Pierre y Marie Curie en 1988, lo que les valió para obtener el segundo Premio Nobel de física que compartieron con Henri Becquerel por el descubrimiento de una nueva propiedad de la materia; la radiactividad. Actualmente, este Polonio se puede producir a partir de bismuto. ¿Con que debería tratarse o bombardearse el bismuto para obtener el polonio 210 más un neutrón libre? Escriba la reacción.[pic 29]

1. El isótopo natural del uranio puede reaccionar con oxígeno y producir así un transuránidos altamente inestable + 5 neutrones libres puntos. ¿Cuál es el transuránidos en cuestión? Escribe la reacción.

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1. El uso de la energía nuclear para la generación de electricidad ha sido muy cuestionado sobre todo a partir de los accidentes de Chernóbil y Fukushima. Los reactores nucleares emplean radioisótopos llamados fisionables con uno de estos es el uranio-235 que es muy poco común en la naturaleza (<0.7% del total mientras que el uranio-238 es el 99.3% del uranio insistente en el planeta). Sin embargo, como se ha logrado producir otro elemento fisionable, el plutonio-239, a partir de uranio 238 impactado con neutrones en el mismo reactor. Incluso hay algunos reactores llamados de “generación” que están produciendo su mismo combustible de plutonio, y éste se produce pérdida de uranio 238 impactado por neutrones del mismo reactor. Escriba la reacción. 

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1. Uno de los reactores de la planta de Fukushima, Japón, utiliza barras de control (como lo menciona el problema número 10) construida de cadmio y acero-borado. El Boro, en particular, absorbe muy bien los neutrones lo que en un momento dado detendría la reacción de fisión nuclear en cadena. Escriba la reacción donde el Boro-10 es impactado con neutrones y generan isótopo estable no peligroso más una partícula alfa.[pic 32]

1. El uranio 233 es otros isótopos fisionables y es una especie artificial y muy rara del Uranio se produce por bombardeo neutrónico de Torio-232. Escriba esta reacción. 

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1. Un elemento común en la llamada precipitación radiactiva (fallout), que se produce cuando hay accidentes nucleares por fuga de radiactividad o en explosiones de bombas atómicas, es el estroncio-90. Este suele comportarse como calcio, y se incorpora en los ciclos biogeoquímicos de la naturaleza. Este radionúclido artificial se desintegra mediante la emisión Beta ¿Cuál será el producto de su decaimiento?

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