CAPÍTULO 11: RADIACIONES

GENERALIDADES

Aunque el término radiación nos es familiar y solemos asociarlo a las centrales nucleares, pocas son las personas que entiende claramente lo que la palabra significa. Se empezará pues a aclarar esta cuestión.

La experiencia de nuestra vida diaria nos enseña que, cuando aportamos energía a un objeto, éste emite a continuación la energía recibida, pero esta emisión puede realizarse en forma de otra energía distinta a la que hemos comunicado al objeto. Veamos algunos ejemplos conocidos.

Un caso muy simple de este tipo de fenómenos es el que podemos ver cuando arrojamos una piedra en la superficie tranquila de un estanque. Inmediatamente observamos que se forman unas ondas circulares que se van alejando del punto en que ha caído la piedra. La energía de la piedra (energía mecánica) es emitida en forma de vibraciones del agua (energía también mecánica) que van extendiendo por la superficie del estanque.

Otro ejemplo algo más complicado. Cuando se golpea reiteradamente una plancha de hierro con un martillo la energía mecánica que los objetos transmiten al hierro es devuelta, es decir emitida, de dos formas distintas. Primero, la plancha vibra (energía mecánica) y esta vibración se transmite al aire, que vibra a su vez y transmite su vibración a nuestro oído; así oímos el ruido que se produce. Además, la plancha se calienta y transmite ese calor (energía térmica) al aire que rodea.

Un tercer ejemplo de la vida cotidiana. Cuando conectamos una bombilla, ésta emite luz y, al mismo tiempo, se calienta. La ener­gía eléctrica reci­bida se transforma en parte en energía luminosa y en parte en energía térmica.

Así pues, nuestra experiencia diaria nos confirma que, cuando se aporta energía a un objeto, éste la devuelve, al menos parcialmente, emitiendo a continuación energía de una o varias formas distintas.

Las radiaciones son una de las muchas formas en las que los objetos nos devuelven la energía que les hemos comunicado o que, a veces, tienen acumulada de forma natural.

La radiación que nos es más familiar es la luz. También nos resultan conocidas, aunque no podamos verlas, otras muchas radiaciones: las ondas emitidas por las antenas
de radio y televisión las microondas utilizadas en los hornos domésticos e industriales y en los sistemas de radar, los rayos X mediante los que se nos hacen radiografías.

Antes de continuar será preciso recordar unas cuestiones básicas. Todo material está constituido por átomos, la parte más pequeña que conserva las propiedades químicas de un elemento. A su vez, el átomo está dividido en dos partes: una exterior o corteza donde se sitúan los electrones ( de carga eléctrica negativa ) y otro central o núcleo, formada por protones ( de carga positiva ) y neutrones ( sin carga ), alrededor de la que giran los electrones.

El átomo en su conjunto es eléctricamente neutro. Por otro lado los electrones no giran alrededor del núcleo en órbitas de radio arbitrario, sino que solo existen ciertas órbitas permitidas en las que el movimiento electrónico resulta estable. Estos niveles o capas en que se agrupan los electrones se designan con las letras K, L, M, N, O, P y Q, en el orden de menor a mayor distancia del núcleo.

Los electrones se encuentran ligados en sus órbitas en estado de energía negativa, lo que se traduce en que para arrancar un electrón de un átomo se requiere aportar la llamada energía de enlace, con lo cual se separa, por una parte del electrón, quedando el resto atómico, que por su carga se denomina ión positivo. En ciertos casos, los átomos neutros tienden a captar electrones, formándose así los llamados iones negativos.

Aunque los electrones en el átomo permanecen usualmente en las órbitas más próximas al núcleo, mediante aporte de energía, los átomos pueden excitarse, esto es, desplazar los electrones a órbitas más externas, sin llegar a formar iones. Un átomo excitado resulta enérgicamente inestable y el electrón perturbado retornará en un tiempo normalmente muy corto a su órbita estable, emitiendo entonces energía en forma de radiación electromagnética.

Los electrones situados en la órbita más externa, llamadados electrones de valencia; desempeñan un papel esencial en la unión de átomos para formar moléculas. Esta capacidad de formación de compuestos se basa en que la reactividad química de los átomos (avidez de formación de moléculas ) depende del número de electrones de valencia, siendo mínima cuando la capa más externa tiene configuración de gas noble, es decir, contiene 8 electrones (ó 2 en el caso particular de la capa K).

Veamos este concepto aplicado en un ejemplo, el caso del agua de fórmula H20. El oxigeno tiene en su capa L 6 electrones, por lo que necesitará 2 más para alcanzar el número estable de 8. El hidrógeno tiene un único electrón y necesita otro más para alcanzar la máxima estabilidad. Esta posibilidad se logra compartiendo electrones ambos tipos de átomos, con uno de H y dos de 0. Al compartir dos electrones, ambos elementos se quedan con estructura externa de gas noble, lo que le confiere al compuesto (el agua) una gran estabilidad.

En los elementos menos pesados, los núcleos de los átomos estables contienen aproximadamente el mismo número de protones que de neutrones (número másico = n° protones + n° neutrones). De igual forma, en el átomo estable, el número de electrones es igual al número de protones. Al número de protones de un átomo se le denomina número atómico. Los átomos caracterizados por su número atómico y el másico se denominan nucleidos. Los nucleidos con el mismo número de protones pero diferente número de neutrones reciben el nombre de isótopos.

Todos los isótopos de un elemento particular tienen casi idénticas propiedades químicas. Algunos nucleidos son radiactivos, es decir que sus átomos eventualmente, sufren una desintegración espontánea, con la correspondiente emisión de radiación.

El espectro electromagnético. Campos estáticos. Radiaciones de ELF.

Las radiaciones electromagnéticas son una forma de energía cuya propagación no precisa de un soporte material, sino que pueden avanzar en el vacío a la velocidad de la luz. La fuente natural de radiación electromagnética más importante para la vida es el sol. También el ser humano emite radiaciones electromagnéticas al disipar calor por radiación, el tipo de radiación que emite se encuentra en la banda del infrarrojo.

Una radiación está compuesta por ondas electromagnéticas que se forman por la existencia simultánea de un campo magnético «H» y un campo eléctrico «E», perpendiculares entre sí y perpendiculares ambos a la dirección de propagación de la onda. En las ondas, el campo magnético inicial, que varía con el tiempo, genera un campo eléctrico, que también varía con el tiempo, este campo eléctrico genera otro campo magnético similar al inicial. A medida que ese proceso se repite, la energía se propaga a la velocidad de la luz.

Así pues, las intensidades de los campos eléctricos y magnéticos varían sinusoidalmente, con una frecuencia (f), característica de la onda. El ciclo de estas variaciones se repite cada cierto tiempo (T), que es el período de la onda. La longitud de un ciclo se denomina longitud de onda (l). Estas variables se relacionan entre sí de la siguiente forma:

I =c/f

T= I/f

c = la velocidad de la onda en el medio en que se propaga.

La energía W, de la onda, es proporcional a la frecuencia según la siguiente expresión:

W = h x f

h = la constante de Planck que vale 6,63×10-34 Julios por segundo.

Se considera que la energía necesaria para alterar estructuras moleculares (ionización) es 1’986×10-18 julios, por lo que las ondas electromagneticas que no poseen esa energía, suficiente para ionizar ( no ionizantes ), son aquellas cuya frecuencia es menor de 2’996×1015 hercios.

La magnitud utilizada para conocer la importancia cuantitativa de la radiación es la densidad de potencia de la onda o irradiancia «S».

Cuando se tratan los campos eléctrico y magnético por separado, se utilizan la intensidad de campo eléctrico «E» y la intensidad de campo magnético «H». Para campos magnéticos, sobre todos generados por ondas de extremadamente baja frecuencia (ELF), el parámetro utilizado frecuentemente es la densidad del campo magnético «B».

La relación entre B y H, es tal que la 1 tesla = 7’96 A7m. Se emplea frecuentemente el gauss ( G ) como unidad de densidad de flujo magnético, siendo 1 tesla = 104 gauss.

Técnicamente se conocer a las radiaciones electromagnéticas con diferentes nombres según su frecuencia o longitud de onda.

Las radiaciones por tanto, son fenómenos físicos consistentes en la emisión, ropagación y absorción de energía por parte de la materia, tanto en forma de ondas (radiaciones sonoras o electromagnéticas) como de partículas subatómicas (corpusculares). Las radiaciones electromagnéticas vienen caracterizadas por:

Frecuencia(ϑ), número de ondas que pasan por un punto del espacio en la unidad de tiempo; se mide en hercios (Hz) o ciclos por segundo.

Longitud de onda (λ), distancia medida a lo largo de la línea de propagación entre dos puntos en fase de ondas adyacentes; se mide en unidad de longitud desde nm a Km.

Energía (E), proporcional a la frecuencia; se mide en energía por fotón y su unidad es el eV.

Tabla 11-1: ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

 

TIPOS DE RADIACIONES

Las radiaciones pueden ser no ionizantes o ionizantes, siendo estas últimas las que tienen capacidad o energía suficiente para expulsar a los electrones de la órbita atómica, alterando los átomos y moléculas de la materia.

Radiaciones no ionizantes

Radiación no ionizante (RNI) es un término de amplio significado que se utiliza para denominar a todas las radiaciones que, al interaccionar con la materia biológica no poseen suficiente energía para provocar una ionización, englobando a las radiaciones ultravioletas, visible, infrarroja, láser, microondas y radiofrecuencias.

Se suele incluir en las RNI a los ultrasonidos debido a que, desde el punto de vista de la prevención, los riesgos planteados por las vibraciones acústicas no audibles son muy similares a los de las RNI debido a su naturaleza ondulatoria y baja frecuencia.

En los últimos años se ha incrementado considerablemente la población trabajadora expuesta a las RNI: cada vez es mayor la utilización de lámparas UV de alta intensidad, con fines germicidas o cosméticos, en arcos de soldadura abiertos, etc…, pero el grupo de riesgo más numeroso lo componen los trabajadores al aire libre que están expuestos a la luz solar durante gran parte de la jornada laboral; los órganos dañados son los ojos y la piel, y puede desarrollarse un cáncer de piel con el paso de los años.

La radiación infrarroja (IR) se utiliza en muchas industrias como fuente directa de calor, siendo afectados por ella los trabajadores de hornos, fundiciones, etc. Un ejemplo clásico son las cataratas del soplador de vidrio, producidas por exposiciones prolongadas a radiación IR.

Las radiaciones de microondas y radiofrecuencia son las menos conocidas por el hombre. Al riesgo procedente de su posibilidad de penetración en el cuerpo humano se une la dificultad de controlarlas, ya que la contaminación electromagnética se distribuye por todo el ambiente.

Los ultrasonidos se usan cada vez con más frecuencia en operaciones tales como control de soldadura, limpieza de piezas, etc.; sus efectos sobre el organismo humano son poco conocidos, yendo desde dolores de cabeza, calentamientos locales a cambios de tipo psicológico.

La legislación que regula el uso de las RNI es muy escasa; sin embargo se dispone de recomendaciones de valores límite umbral (TLVs) establecidos por la Conferencia Americana de Higienistas Gubernamentales (ACGIH) para láseres, ultravioleta, microondas/radiofrecuencias y ultrasonidos, y hay también intentos para establecer un TLV para radiación visible e infrarroja, que fijan los límites de exposición para la evaluación de los puestos de trabajo.

Radiaciones microondas y radiofrecuencias

El gran desarrollo en los últimos años de los sistemas de comunicación ha dado lugar a la contaminación electromagnética debida a las radiaciones electromagnéticas. Estas radiaciones artificiales, en el caso de que alcancen altas potencias pueden ser peligrosas en determinadas circunstancias. Las microondas tienen dos aplicaciones fundamentales: como fuente de calor y como transporte de información.

a) Como fuente de calor

  • Hornos de microondas domésticos
  • Secaderos de patatas fritas
  • Secado de papel
  • Secado de chapas de madera
  • Cocción de pollos
  • Pasteurización
  • Cerámica, Etc.

b) Como transporte de información

  • Radio
  • Teléfono
  • Televisión
  • detectores de radar, Etc.

En cuanto a los estudios existentes sobre la población trabajadora expuesta a MO y RF no se dispone de datos, no pudiendo establecerse una relación causal entre las condiciones y grados de exposición y los efectos biológicos observados. Falta todavía mucha información.

Existe no obstante en EEUU normas de protección contra MO y un plan de protección contra RF. En todo caso debe consultarse con un especialista los límites para los campos eléctricos y magnéticos admisibles teniendo en cuenta la frecuencia de las radiaciones y la densidad de potencia recibida.

Radiaciones infrarrojas

Las fuentes de exposición directa a RI pueden estar en muchas industrias, ya que la radiación proviene no sólo de los cuerpos incandescentes sino también de las superficies muy calientes: es el caso de los trabajos con metales en caliente, fabricación de vidrio, fotograbado, secado de pinturas y esmaltes y soldadura entre otros.

La RI no reacciona fotoquímicamente con la materia viva debido a su bajo nivel de energía. Las lesiones que ocasionan suelen ser de naturaleza térmica y afectan a la piel y ojos.

a) Ojos: Existen unos mecanismos de protección naturales como son el parpadeo y reflejo pupilar, de gran eficacia ya que la radiación infrarroja se acompaña generalmente de intensa radiación visible.

De todas maneras se pueden producir lesiones y opacidades en el cristalino (cataratas) y en ocasiones lesiones en retina.

b) Piel: Se produciría un calentamiento superficial y el riesgo de que se supere la capacidad de termorregulación del organismo, como ocurre en ciertos trabajos (fundiciones, hornos).

En general las lesiones, capilares, en terminaciones nerviosas, en piel, etc. vendrán condicionadas por diversidad de factores como características individuales, condiciones ambientales de temperatura, humedad, velocidad del aire, área corporal expuesta, protección mediante ropa, etc.

Radiaciones ultravioletas

Las fuentes de radiación ultravioleta se dividen en dos tipos: de baja intensidad (lámparas de vapor de mercurio de baja presión, tubos fluorescentes, lámparas de descarga, llamas de corte) y de alta intensidad (lámparas de vapor de mercurio de alta presión, arcos de cuarzo y mercurio, antorcha de plasma, arcos de carbono, arco de soldadura eléctrica, etc.).

La exposición ocupacional a radiación ultravioleta es muy amplia ya que sus usos industriales son muy variados, entre ellos:

  • Lámparas germicidas para esterilización y mantenimiento de material quirúrgico.
  • Lámparas de fototerapia y solares, utilizadas en dermatología, odontología, bronceado con fines estéticos, etc.
  • Arcos de soldadura y corte y arco eléctrico en procesos de metalizado.
  • Arco eléctrico en hornos de fundición
  • Fotocopiadoras de oficinas y artes gráficas
  • Reflectores de alta intensidad, de usos militares y en espectáculos, que utilizan el arco de carbono, emisor de niveles peligrosos de UV
  • Procesado químico de la superficie de algunos materiales, etc.

Efectos de las radiaciones ultravioleta sobre el hombre

Como consecuencia de su limitada penetración, los efectos de las radiaciones ultravioleta sobre el hombre están restringidos a piel y ojos. Los efectos agudos pueden ser:

a) Piel

  • Oscurecimiento, bronceado de la piel
  • Eritema: pueden llegar a producirse edemas y ampollas
  • Interferencias con el crecimiento celular de la piel: de forma casi inmediata a la exposición, 24 horas, cesa el crecimiento de algunas células basales y epidérmicas produciéndose a continuación un aumento de la tasa de crecimiento,

Tabla 11-2: CARACTERÍSTICAS DE ALGUNOS TIPOS DE RNI

 

máxima a las 72 horas, que ocasiona trastornos celulares (hiperplasia epidérmica de cinco a seis días de duración).

Se han constatado también procesos de fotosensibilización química, fotoalergias, e incluso efectos crónicos: Carcinoma basocelular, melanoma, etc.

No se ha podido establecer cuantitativamente la relación dosis/respuesta. Se puede concluir de ellos que no deberían producirse exposiciones innecesarias a radiaciones UV y en el caso de una exposición profesional, la exposición debería realizarse con las precauciones necesarias.

b) Ojos

La mayoría de las radiaciones UV son absorbidas por la córnea y regiones adyacentes (esclerótica y conjuntiva). El cuadro clínico más común es la fotoqueratitis o fotoqueratoconjuntivitis.

Aparece de dos a 24 horas de la exposición, dolorosa, se acompaña de lagrimeo, fotofobia; el pronóstico es benigno y no suele dejar lesiones residuales.

El grado de la lesión es función del total de energía absorbida y de la duración de la exposición.

Se han descrito también otras lesiones en el cristalino e incluso existen algunas evidencias de daños en retina.

Protección y control de las radiaciones infrarrojas y ultravioleta

Los medios de protección serán:

  1. – Actuar sobre la fuente. Puede hacerse mediante:

Diseño adecuado de la instalación

  • Cerramientos (cabinas y cortinas)
  • Pantallas y atenuadores.
  • Aumento de la distancia.
  1. – Actuar sobre el ambiente que rodea a la fuente, por medio de:

Recubrimiento antireflectante de las paredes

  • Señalización
  • Limitando el acceso a personas autorizadas
  • Ventilación adecuada para UV de longitud de onda corta, ya que se desprende ozono.
  • Limitando el tiempo de exposición.
  1. – Actuar sobre las personas
  • Utilizando protecciones oculares.
  • Utilizando protecciones de la piel. Hay que advertir que la ropa de fibras artificiales no protege o protege parcialmente de las radiaciones UV, puesto que las absorbe. Puede ser origen de quemaduras por lo que deben utilizarse prendas de lino o algodón.
  • Informando a los trabajadores de los riesgos de una exposición excesiva a radiaciones ópticas y las precauciones a adoptar.

Aunque cada vez la extensión en el uso de las radiaciones UV es mayor, las diferentes instituciones dedicadas a su estudio recomiendan «evitar cualquier exposición innecesaria aún con los ojos y la piel cubiertos».

Laser

Los láseres son sistemas que emiten radiación electromagnética en una estrecha banda de longitud de onda ( monocromatismo ), correspondiente a las radiaciones ópticas ( ultravioleta, visible o infrarrojo ). Las ondas que forman la radiación láser están en fase viajan en una determinada dirección ( dirección del haz ), con muy poco ángulo de divergencia. Estas características de los láseres hacer posible concentrar una gran densidad de energía en las superficie deseadas.

La cantidad de energía que es capaz de transmitir un láser está en función de la potencia del láser. Tanto ésta como la longitud de onda de emisión dependen del medio activo, que es un conjunto de átomos o moléculas con determinados niveles de energía, de modo que si se excitan sus electrones con una fuente de energía externa (sistema de bombeo), emiten posteriormente una cierta cantidad de energía al volver a sus niveles originales.

Esta técnica es emitida a través de ondas electromagnética cuya longitud de onda es característica de los átomos del medio, es decir, de los elementos químicos que caracterizan al láser y que sirven para identificarlo. El monocromatismo de los láseres depende además del medio activo, de la cavidad óptica que lo contiene y del sistema de bombeo. Esto hace posible que un láser con un determinado medio activo pueda emitir en más de una longitud onda si varían, por ejemplo, las condiciones de la cavidad óptica.

La utilización es extensa, lectores de código de barras, cirugía, terapia, industria metalúrgica o aplicaciones militares.

Los riesgos para la salud debidos a la exposición a láseres dependen de la longitud de onda de la radiación óptica, de la zona del cuerpo donde incida (piel u ojos), de la potencia del láser y del tiempo que dure la exposición.

La longitud de onda fija el tipo de lesión perjudicial que puede generar el láser, según se produzca la exposición sobre la piel o ojo.

Figura 11-7: VALOR TLV PARA LA OBSERVACIÓN DEL INTERIOR DEL HAZ (DIRECTA) DEL RAYO LÁSER DE ONDA CONTINUA (400-1400NM)

La magnitud de la exposición depende de la densidad de potencia que recibe el individuo ( irradiancia ) y del tiempo de exposición. El nivel máximo de exposición a radiación láser al que puede estar sometido un individuo en la piel o los ojos, se denomina exposición máxima permitida ( EMP ).

La filosofía de prevención de riesgos por exposiciones a láseres es más acorde con los sistemas de prevención de accidentes que con los de prevención de enfermedades; esto se debe en gran parte a que se pueden producir daños reversibles o irreversibles en muy poco tiempo de exposición.

Los láseres que alcanzan la EMP en menos tiempo son los que tienen gran potencia de emisión. Debido a las diferentes características de los láseres y por tanto el diferente nivel de riesgo que conlleva su manipulación, se clasifican según establece la UNE EN 60825 de marzo de 1993.

Dicha Norma establece cinco clases de láseres, denominadas 1, 2, 3A, 3B y 4. Cada clase tiene asignado un nivel accesible de emisión máximo permitido que se denomina límite de emisión accesible ( LEA ). Estos niveles LEA varían según la longitud de onda y el tiempo de duración de la emisión:

  • Los láseres de Clase 1, son intrínsecamente seguros. El valor de la EMP no puede ser sobrepasado en ningún momento.
  • Los láseres de Clase 2, tienen poca potencia de salida y su longitud de onda está entre 400 y 700 nm, en la banda del visible. Aunque no son intrínsecamente seguros, la protección ocular se lee por reflejos de aversión, incluyendo el parpadeo.
  • Los láseres de Clase 3A, son los que tienen una potencia máxima de salida de hasta 5mW para emisión continua o cinco veces el límite de los de clase 2 para pulsos entre 400 y 700 nm. La visión directa del haz con la ayuda de instrumentos ópticos ( telescopios, binoculares, etc. ) puede ser peligrosa.
  • Los láseres de Clase 3B, de emisión continua ( EC ) no puede sobrepasar 0,5 W y para los láseres pulsados, la exposición radiante debe ser inferior a 105 J x m-2.
  • Los láseres de Clase 4, son láseres de gran potencia que superan los LEA. Son capaces de producir reflexiones difusas peligrosas ( no solo es peligrosa la visión directa del haz sino también la radiación proveniente de una reflexión sobre superficies especulares o difusas ).

Los láseres deben estar etiquetados con etiquetas visibles colocadas de forma que puedan leerse sin que sea necesaria la exposición humana a una radiación que exceda el LEA de la Clase 1.

El fabricante del láser es responsable de clasificar el producto y procurarle el etiquetado correspondiente, según establece la UNE EN 60825.

La misma Norma recoge las medidas preventivas operativas organizativas o individuales, que deberían incorporarse al láser en su fabricación o servicio.

Son medidas de control de la exposición, entre otras, la sala controlada que es un espacio delimitado de acceso restringido, la carcasa protectora, el control remoto de cierre y los protectores oculares, que como equipos de protección individual ( EPI ), debe poseer la correspondiente certificación de la UE, que garantice cumplimiento de lo dispuesto en las Normas Europeas EN-207 «Protección ocular frente a radiación láser» o EN-208 «Protección ocular para trabajos de ajuste láser». La elección de las gafas de protección debe estar en función del tipo de láser y de las condiciones de la exposición.