ACCIDENTES NUCLEARES

En la energía nuclear nos referimos a accidente nuclear a aquellos sucesos que emiten un determinado nivel de radiación susceptibles de perjudicar a la salud pública.
Los accidentes nucleares se clasifican entre accidentes e incidentes nucleares según la gravedad. Y se incluyen tanto los accidentes nucleares como los accidentes radiactivos. para entendernos, un accidente nuclear podría ser la avería en un reactor de una central nuclear y un accidente por radiación podría ser el vertido de una fuente de radiación a un río.
A pesar de los accidentes nucleares más conocidos se han producido en centrales nucleares también pueden suceder en otros centros en los que se trabaje con energía nuclear, como hospitales o laboratorios de investigación.
Para determinar la gravedad de un accidente se ha definido una Escala Internacional de Accidentes Nucleares (más conocida por sus siglas en inglès INES).
Debido el secretismo de los gobiernos y las empresas propietarias de las centrales nucleares es difícil determinar la gravedad o la extensión y repercusiones que un determinado accidente nuclear puede suponer.

Accidentes nucleares civiles

En los años 1950 se produjeron tres accidentes nucleares destacables:

• 12 de diciembre de 1952 en Canadá se produce el primer accidente nuclear serio, en el reactor nuclear NRX de Chalk River.
• También en Canadá y en la misma central nuclear de Chalk Rriver , 24 de mayo de 1958: en el reactor NRU una varilla de combustible de uranio se incendió y se partió en dos al intentar retirarla del núcleo del reactor.
• Estados Unidos, 1959: un reactor refrigerado por sodio sufrió una fusión parcial del núcleo en el Laboratorio de Santa Susana Field, cerca de Simi Valley, California.

En marzo de 1979 la central nuclear de Three Mile Island tuvo un grave accidente nuclear después del primer año de funcionamiento. La mala interpretación de los datos provocó errores muy graves en determinadas decisiones del personal de la central. Aunque el núcleo del reactor nuclear quedó fuertemente dañado tuvo un escape limitado de productos radiactivos al exterior. El accidente fue clasificado como nivel 5 en la Escala Internacional de Sucesos Nucleares (INES).

En abril de 1986, ocurrió el accidente nuclear más importante de la história en la central nuclear de Chernobyl por un sucessión de errores humanos en el transcuros de unas pruebas plantificadas con anterioridad. Fue clasificado como nivel 7 (“accidente nuclear grave”) en la Escala INES.

En octubre de 1989, tuvo lugar el incidente de la central nuclear de Vandellós I. Un incendio en el generador eléctrico provocó un fallo mecánico, que dio lugar a una inundación de agua de mar de la cava del reactor y la inoperabilidad de algunos de los sistemas de seguridad. El incidente fue clasificado como nivel 3 (“incidente importante”) en la Escala INES, ya que no se produjo escape de productos radiactivos al exterior, ni fue dañado el núcleo del reactor y tampoco hubo contaminación dentro del emplazamiento.

En septiembre de 1999, ocurrió el accidente nuclear de la planta de tratamiento de combustible de uranio de Tokaimura, propiedad de la compañía JCO en Tokaimura. Todos los indicios apuntaron a que fue debido a un fallo humano. El accidente se clasificó como nivel 4 según la Escala INES (“accidente sin riesgo significativo fuera del emplazamiento”), ya que las cantidades de radiación liberadas al exterior fueron muy pequeñas, y dentro de los límites establecidos, pero dentro del emplazamiento, los daños producidos en los equipos y barreras biológicas fueron significativos, además de la fatal exposición de los trabajadores.

Aplicaciones médicas de la energía nuclear

Las aplicaciones de los radionucleidos relacionadas con la salud humana surgieron con rapidez después del descubrimiento de los rayos X. En la actualidad, la mayor parte de los hospitales y centros sanitarios disponen de un Departamento de Radiología y de un Departamento de Medicina Nuclear, y emplean métodos radioquímicos de laboratorio para diagnóstico e investigación de una gran variedad de enfermedades.

Medicina Nuclear

En medicina nuclear, un determinado radionucleido es administrado al paciente, con el objetivo de investigar un fenómeno fisiológico específico por medio de un detector especial, generalmente una cámara gamma, ubicada fuera del cuerpo. El radionucleido inyectado se deposita selectivamente en ciertos órganos (tiroides, riñón, etc.) pudiendo verse desde la cámara gamma el tamaño, la forma y el funcionamiento de dichos órganos. La mayoría de estos procedimientos son de diagnóstico, aunque en algunos casos se administran radionucleidos con fines terapéuticos. Los radionucleidos útiles en medicina nuclear son los siguientes:

• Diagnóstico “in vivo”: emisores gamma de vida media corta (tecnecio-99 metaestable, indio-111, yodo-131, xenon-133 y talio-201) y emisores de positrones de vida media ultracorta (carbono-11, oxígeno-15. flúor-18 y rubidio-82).
• Diagnóstico “in vitro”: emisores gamma (yodo-125, cromo-51 y cobalto-57) y emisores beta (tritio y sodio-24).
• Terapia: emisores beta (yodo-131, ytrio-90 y estrocio-90).

Medicina nuclear in vivo: Uso de radiofármacos

Los radiofármacos son sustancias susceptibles de ser administradas al organismo vivo con fines diagnósticos o terapéuticos, investigando el funcionamiento de un órgano. En la actualidad, se utilizan con fines diagnósticos de 100 a 300 radiofármacos.
Los isótopos utilizados tienen una vida media corta de minutos, horas o días y se preparan en laboratorios de radiofarmacia garantizando así sus propiedades y su pureza.
Suelen administrarse formando parte de moléculas sencillas o unidos a moléculas más complejas para ser distribuidos en los órganos que se quieren explorar.
Los radionucleidos emisores de positrones se utilizan en la técnica denominada tomografía de emisión de positrones (PET). Los positrones emitidos por estos radionucleidos se aniquilan con los electrones atómicos, dando lugar a dos rayos gamma que se propagan en direcciones opuestas y son detectados con una gammacámara que tiene detectores ubicados a ambos lados del paciente. Este método se emplea para evaluar, entre otros, el funcionamiento del corazón y del cerebro.
La calidad de las imágenes obtenidas con estos equipos es superior a la de los equipos convencionales, pero actualmente, debido a su alto coste y alta tecnología, ya que para producir estos isótopos hay que disponer de un ciclotrón, sólo existen equipos comercializados en países con alto nivel de tecnología médica. España dispone de varios equipos de estas características en sus unidades de oncología, cardiología y neurología.
Otra técnica importante es la gammagrafía, que detecta la radiación gamma emitida por el radiofármaco fijado al órgano que se desea estudiar, en un equipo denominado gammacámara, cuyo detector se sitúa sobre el órgano, recibiendo los fotones procedentes del radiofármaco.
Estas señales se transforman en impulsos eléctricos que serán amplificados y procesados por medio de un ordenador, lo que permite la representación espacial sobre una pantalla o placa de rayos X, sobre papel o la visualización de imágenes sucesivas del órgano para su posterior estudio.
En la actualidad, las gammacámaras permiten obtener cortes tridimensionales del órgano, mejorando la calidad de los estudios y la sensibilidad diagnóstica.
La gammagrafía tiroidea consiste en la obtención de la imagen de la glándula tiroides, administrando al paciente un isótopo, como puede ser yodo-131 y tecnecio-99, que se fija en las células de esta glándula. Se emplea para diagnosticar la presencia de alteraciones de la forma, volumen o función tiroidea, como bocios, hipertiroidismo, cánceres de tiroides, etc.
La gammagrafía suprarrenal permite obtener información sobre la forma y la función de las glándulas suprarrenales, cuyas disfunciones pueden provocar la aparición de enfermedades como la Enfermedad de Addison, el Síndrome de Cushing, etc.
Con diferentes isótopos y formas de administración pueden estudiarse enfermedades cardiovasculares (anginas de pecho e infartos de miocardio), digestivas (desde quistes o tumores a trastornos digestivos o de absorción intestinal) y pulmonares (afectación tumorosa de los pulmones).
La gammagrafía ósea permite diagnosticar infecciones y tumores en los huesos, mediante la detección de la acumulación del radiofármaco inyectado al paciente en las zonas afectadas.
Los estudios del sistema nervioso central (SNC) con estas técnicas de gammagrafía son de gran utilidad para evaluar los diversos tipos de demencias, epilepsias y enfermedades vasculares o tumorales, que no pueden detectarse por resonancia magnética nuclear o por tomografía axial computerizada (TAC).

Medicina nuclear in vitro 

La técnica analítica denominada radioinmunoanálisis, permite detectar y cuantificar las sustancias existentes en sangre y orina, y que son difíciles de detectar por técnicas convencionales. Se realiza a través de la combinación de la unión anticuerpo-antígeno con el marcado con un isótopo, generalmente yodo-125, de uno de estos dos componentes, habitualmente el antígeno.
Para realizar este tipo de análisis, el paciente no entra en contacto con la radiactividad, ya que los análisis se efectúan en la sangre extraída del paciente.
Es una técnica de gran sensibilidad, especificidad y exactitud, que se aplica a diversos campos:

• Endocrinología: determinaciones de hormonas tiroideas, suprarrenales, gonadales y pancreáticas con test dinámicos de estímulo y frenado.
• Hematología: determinaciones de vitamina B12, ácido fólico, etc.
• Oncología: determinaciones de marcadores tumorales para el diagnóstico y seguimiento de tumores.
• Virología: determinaciones de marcadores de hepatitis B y C.
• Farmacología y toxicología: determinaciones de fármacos en sangre, detectando posibles sensibilizaciones del organismos ante las alergias.

Medicina nuclear terapéutica 

La especialidad de medicina nuclear que emplea radiaciones ionizantes para el tratamiento de tumores malignos se conoce como radioterapia.
Cuando se emplean fuentes radiactivas no encapsuladas se habla de la radioterapia metabólica, que consiste en inyectar o hacer ingerir una dosis relativamente grande de una sustancia radiactiva en forma líquida, para que se acumule en el órgano que se quiere tratar, donde actúa por medio de la radiación emitida sobre los tejidos en contacto con ella, produciendo los efectos deseados de destrucción de las células tumorales.
Este tipo de terapia se emplea para el tratamiento de hipertiroidismo, cáncer de tiroides, metástasis óseas de tumores de próstatas y mama, pudiendo utilizarse sola o asociada a otros medios terapéuticos como la cirugía o la quimioterapia.
En el caso del cáncer de tiroides se emplea yodo-131, que por ser emisor gamma, se ingresa al paciente en unidades especiales que disponen de unidades de radioprotección y atención de personal médico especializado. Una vez que el paciente ha sido dado de alta, se efectúa de manera periódica un control dosimétrico para vigilar y verificar que, por sus bajas dosis de radiación gamma, el paciente puede convivir con su familia y el resto de la población.
Entre las aplicaciones de la radioterapia pueden citarse las siguientes:

• Teleterapia: es una técnica en la que la fuente radiactiva no está en contacto directo con el tumor objeto del tratamiento. Entre las fuentes emisoras gamma utilizadas, destaca la fuente encapsulada de cobalto-60, contenida en la denominada bomba de cobalto, que impide la salida de la radiación excepto por un orificio que proporciona una radiación dirigida. Produce radiación de alta energía (1,2 MeV) capaz de irradiar grandes tumores de localización profunda. La teleterapia también puede administrarse con fuentes emisoras de haces electrónicos y neutrónicos.
• Braquiterapia: es una técnica en la que la fuente radiactiva se encuentra en contacto directo con el tumor. Cuando las placas de material radiactivo se colocan sobre la zona tumoral se denomina braquiterapia superficial, si se introduce esta fuente temporalmente en el paciente, en cavidades naturales, se habla de braquiterapia intracavitaria y suelen emplearse fuentes encapsuladas de cesio-137, y si se colocan las fuentes radiactivas en determinados tejidos se conoce como braquiterapia intersticial. Uno de los problemas de esta terapia, también conocida como Curieterapia, es la posible exposición innecesaria del paciente y del personal sanitario a la radiación de las fuentes, por lo cual, se colocará la fuente en la posición correcta en el paciente, y el personal sanitario empleará mandos de control a distancia para preparar, transportar y manipular las fuentes radiactivas.

Radiodiagnóstico
Las técnicas de radiodiagnóstico consisten en la obtención de imágenes del organismo por medio de equipos de rayos X, que atraviesan el campo exploratorio que se desea estudiar. En la actualidad, son numerosos los avances realizados en este campo destacando las técnicas de ecografía, que emplean ultrasonidos, o la resonancia magnética nuclear que no emplea radiaciones ionizantes.
Gracias a la radiología X, pueden realizarse estudios de esqueleto, tórax, abdomen, sistema nervioso, tubo digestivo, aparato urinario, corazón, etc. La imagen radiológica se consigue al atravesar el haz de rayos X la zona a explorar y ser absorbidos los rayos X de manera distinta según los tejidos, obteniéndose un haz emergente que presenta variaciones de intensidad, visibles en una pantalla, que al revelarse da lugar a una radiografía.

Otra técnica de radiodiagnóstico importante es la tomografía axial computerizada (TAC), que consiste en obtener en un ordenador la proyección tridimensional a partir de los cortes superpuestos del órgano a estudiar, producida por un fino haz de rayos X colimados que giran alrededor del mismo.
La mamografía, es la técnica radiológica empleada para la exploración de las mamas, permitiendo estudiar los tejidos blandos con mucho contraste y diagnosticar las lesiones mamarias benignas o malignas, incluso de pequeñas dimensiones.
La radiología dental, emplea equipos especiales como películas intraorales o pantomografías (radiografías panorámicas de la boca) que permiten mejorar el diagnóstico del estomatólogo.

Energia nuclear en la industria

El uso de la energía nuclear en la industria moderna de los países desarrollados es muy importante para la mejora de los procesos, para las mediciones y la automatización, y para el control de calidad.
El uso de las radiaciones se aplica en un amplio campo de actividades, ya sea en el control de calidad de las materias primas de procesos industriales (cementeras, centrales térmicas, refinerías petrolíferas, etc.), o en el control de calidad de productos fabricados en serie, como requisito previo para la completa automatización de las líneas de producción de alta velocidad.
La irradiación con fuentes intensas es considerada como una operación para mejorar la calidad de determinados productos (plásticos especiales, esterilización de productos de “usar y tirar”, etc.).
Además, también se realizan experimentos con trazadores para obtener una información exacta y detallada del estado de los equipos industriales para optar a la prolongación de su vida útil.
Las fuentes de uso industrial no suelen producir residuos radiactivos en el país que las utiliza, porque, una vez inservibles, la firma comercial del país proveedor las retira cuando procede a su reposición.

 USO DE LOS RADIOISÓTOPOS COMO TRAZADORES

El hecho de que pequeñas cantidades de sustancias radiactivas puedan medirse rápidamente y con precisión, hace que los radioisótopos se utilicen para seguir procesos o analizar las características de dichos procesos. Estas sustancias se denominan trazadores.
Los trazadores se emplean para la investigación de procesos, pudiendo controlar los parámetros de los sistemas de ventilación (caudales, eficacia de ventilación), para las mezclas, comprobando el grado de homogeneidad, el tiempo de mezcla y el rendimiento del mezclador, para procesos de mantenimiento, estudiando el transporte de materiales por tuberías (fugas o escapes y flujos), y para sistemas de detección de desgaste y corrosión, determinando el grado de desgaste de materiales (motores) y la corrosión de equipos procesadores.

 CONTROL DE CALIDAD POR GAMMAFRÍA

La radiografía gamma constituye una técnica de control de calidad indispensable para la verificación de soldaduras en tuberías y para la detección de grietas en piezas de aviones.
Es la aplicación más importante de las fuentes de iridio-192, que por sí solas llegan a cubrir el 95% de los ensayos no destructivos que se realizan en el control de calidad de productos de fundición, soldaduras de construcciones metálicas, etc. El resto de estos controles se realiza con fuentes de cobalto-60 (para grandes espesores, hasta decenas de centímetros de acero) o con tulio-170 (para pequeños espesores, del orden de milímetros).

EMPLEO DE RADIACIONES EN OTROS PROCESOS INDUSTRIALES 

 La radiación gamma ioniza la materia y crea radicales libres, que son las especies intermediarias de muchas reacciones químicas. Aplicada la radiación (fuentes de cobalto-60) a los monómeros con los que se fabrican los plásticos se induce la formación de grandes cadenas poliméricas, y si se continúa la irradiación del material, se forman plásticos especiales de alto grado de entrecruzamiento catenario, que mejora considerablemente sus propiedades como aislante térmico y eléctrico. Así, la degradación de algunos polímeros inducida por radiaciones, constituye una útil propiedad para ciertos tipos de embalajes.
La producción de alambre y cables aislados con cloruro de polivinilo degradado con radiaciones gamma, da lugar a un aumento de la resistencia a las agresiones térmicas y químicas.
Otro producto importante es la espuma de polietileno degradado con radiaciones, empleada en aislamientos térmicos, acolchados contra impactos, chalecos de flotación y compuestos de madera y plástico solidificados con radiación gamma.

Aplicaciones de la energia nuclear

Aunque la energía nuclear se utiliza principalmente para la producción de energía eléctrica en las centrales nucleares ésta no es la única utilidad de la energía nuclear.
Este tipo de energía aparece en muchos otros aspectos de nuestra vida quotidiana y en el campo científico.
La energía nuclear tiene otras aplicaciones en diversos campos:

• Aplicaciones industriales: con fines de análisis y control de procesos.
• Aplicaciones médicas: en diagnóstico y terapia de enfermedades.
• Aplicaciones agroalimentarias: en la producción de nuevas especies, tratamientos de conservación de los alimentos, lucha contra las plagas de insectos y preparación de vacunas.
• Aplicaciones medioambientales: en la determinación de cantidades significativas de sustancias contaminantes en el entorno natural.
• Otras aplicaciones: como la datación, que emplea las propiedades de fijación del carbono-14 a los huesos, maderas o residuos orgánicos, determinando su edad cronológica, y los usos en Geofísica y Geoquímica, que aprovechan la existencia de materiales radiactivos naturales para la fijación de las fechas de los depósitos de rocas, carbón o petróleo.

Aspectos de la energía nuclear que desarrollamos más extensamente en los siguientes apartados.

EL DESCUBRIMIENTO DE LA FISION NUCLEAR

A finales de 1938, en los umbrales de la Segunda Guerra Mundial, un equipo de investigadores alemanes en el Kaiser Wilhem Institut de Berlín, integrado por Otto Hahn, Fritz Strassmann, Lisa Meitner y Otto Frisch, interpretó el fenómeno de la fisión nuclear, a través de la identificación del elemento bario como consecuencia de la escisión del núcleo de uranio.

 Los primeros estudios sobre la fisión nuclear fueron llevados a cabo por Otto Hahn y Lise Meitner, basándose en los resultados obtenidos por el matrimonio Joliot-Curie, que mediante análisis muy cuidadosos, encontraron un elemento de número atómico intermedio en una muestra de uranio bombardeado con neutrones.
Lise Meitner y Otto Frisch pudieron deducir que al bombardear el uranio con neutrones el uranio, éste capturaba un neutrón y se escindía en dos fragmentos, emitiendo de una gran cantidad de energía. Se había descubierto la fisión nuclear.

EL DESCUBRIMIENTO DE LA RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

El matrimonio formado por Frédèric Joliot e Irene Curie fueron los descubridores de la radiactividad artificial.
Las conclusiones a las que llegó el matrimonio Joliot-Curie, se basaban en la idea de que la radiactividad, hasta entonces de carácter natural, podía ser producida por el hombre, construyendo elementos radiactivos mediante el bombardeo con partículas alfa de algunos elementos químicos.

EL DESCUBRIMIENTO DEL NEUTRÓN

El descubrimiento del neutrón fue realizado por James Chadwick en 1932. Chadwick “midió” la masa de la nueva partícula deduciendo que era similar a la del protón pero con carga eléctricamente neutra. Así, se observó que el núcleo atómico estaba compuesto por neutrones y protones, siendo el número de protones igual al de electrones.
Con su descubrimiento, Chadwick consiguió un “proyectil” de características ideales para provocar reacciones nucleares.