Ondas electromagnéticas y radiactividad
Leyes básicas de las radiaciones electromagnéticas interesantes en medicina
LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS
Se crean como resultado de las vibraciones entre un campo eléctrico y un campo magnético.
James Clerk Maxwell: en 1864, demostró que tanto la electricidad como el magnetismo eran expresiones de un mismo concepto físico: el electromagnetismo.
¿Por que se caracteriza?
Por la velocidad, la longitud de onda, la frecuencia y la fase de los campos eléctrico y magnético que la componen, así como de sus amplitudes.
La velocidad (c), la longitud de onda (A) y la frecuencia (v) son inversamente proporcionales y se relacionan de la siguiente manera:
La velocidad de propagación de una onda electromagnética en un medio de constante dieléctrica e y con permeabilidad magnética ¡x viene dada por:
Max Karl Ernest Ludwig Planck: en 1900, planteó la hipótesis de que la energía radiante no podía ser emitida tomando cualquier valor, sino debía hacerlo en forma de pequeños paquetes o cuantos, de manera que la energía irradiada debía ser un múltiplo entero de esos cuantos de energía.
Esta hipótesis, posteriormente comprobada, le supuso el Premio Nobel de Física en 1918, con lo que nació la Física cuántica y con ella la cuantización de la energía.
La energía de un cuanto es proporcional
a su frecuencia, de manera que:
Donde h es la denominada constante de Planck, cuyo valor es: h = 6,63ˆ10-34 J-s.
En 1902 Albert Einstein explicó el efecto fotoeléctrico, lo que le supuso el premio Nobel de Física en 1921, admitía que la luz no sólo se emitía de manera discontinua, sino que también se propagaba de manera discontinua, de modo que el intercambio de energías entre el fotón incidente y el electrón del material emisor venía dado por:
Ley del inverso del cuadrado de la distancia
La intensidad de la radiación electromagnética decrece con el cuadrado de la distancia entre la superficie sobre la que incide y el foco emisor.
Esta ley puede aplicarse a los rayos X, de tal manera que, si duplicamos la distancia entre el paciente y la fuente emisora, la radiación se reduce a la cuarta parte.
Ley del coseno de Lambert
La intensidad máxima de una radiación se obtiene cuando la radiación incide perpendicular a la superficie. Si incide formando un cierto ángulo con la normal, es proporcional al coseno del ángulo de incidencia y se aplica tanto a la
radiación absorbida como a la emitida.
Ley de Bunsen-Roscoe
Establece que la intensidad de la onda por una potencia del tiempo es constante (I . 1 = constante). Por tanto, si se reduce la intensidad a la mitad habrá que aumentar el tiempo de exposición al doble para producir el mismo efecto biológico sobre el paciente.
Ley de Grotthus-Draper
Establece que, desde el punto de vista biológico, sólo es útil la radiación absorbida. Por tanto, una persona que está expuesta a las ondas de radio, de televisión, de telefonía móvil o a cualquier otro tipo de radiación, al no ser absorbidas éstas de forma significativa no sufre ningún efecto biológico.
EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO
Es el conjunto de todos los tipos de radiación que se desplazan en ondas, es decir, al conjunto de todas las ondas electromagnéticas.
Abarca desde frecuencias de 103 hertzios (Hz) hasta frecuencias de incluso 1023 Hz, por lo
que se representa en una escala logarítmica.
Las radiaciones electromagnéticas que conforman el espectro electromagnético se pueden dividir en dos grandes grupos:
Radiaciones ionizantes
Radiaciones no ionizantes
Son aquellas ondas o partículas que no es capaces de arrancar electrones de la materia que ilumina produciendo, como mucho, excitaciones electrónicas.
Son un tipo de energía que liberan los átomos en forma de ondas electromagnéticas o partículas (partículas alfa y beta o neutrones).
Tipos
Rayos X: de 3x10ˆ16 a 3x10ˆ19 Hz, se utilizan en radiología debido a que los huesos absorben mucho más la radiación de rayos X que los tejidos blandos que los rodean. Por su gran energía, los rayos X son muy peligrosos para los seres vivos.
Rayos gamma: de 3x10ˆ19 a 3x10ˆ23 Hz, son emitidos por elementos radiactivos y reacciones atómicas. Se utilizan en Medicina Nuclear porque la enorme energía de los fotones gamma los hace especialmente útiles para destruir células cancerosas, pero son peligrosos para los tejidos sanos y por ello su manipulación requiere un buen blindaje de protección.
Tipos
- Radiofrecuencia: de 3x10ˆ3 a 3x10ˆ8 Hz, utilizadas en la emisión de radio AM (amplitud modulada) y FM (frecuencia modulada) y de televisión.
- Microondas: de 3x10ˆ8 a 3x10ˆ11 Hz, se utilizan para la transmisión de información en los teléfonos inalámbricos y en los móviles, la televisión digital, los radares y los hornos microondas.
-Radiación infrarroja: de 3x10ˆ11 a 3x10ˆ14 Hz, es emitida por cualquier cuerpo caliente. Tiene muchas aplicaciones en Medicina, en Astronomía y en la industria. - Luz visible: de 3x10ˆ14 a 8x10ˆ14 Hz. Dentro de la zona visible podemos distinguir seis intervalos, de menor a mayor frecuencia, que definen los colores básicos (rojo, naranja, amarillo, verde, azul y violeta).
- Radiación ultravioleta: de 8x10ˆ14 a 3x10ˆ16 Hz (con longitudes de onda inferiores a 400 nm); la emitida por el Sol, por ejemplo. La radiación ultravioleta (UV) se obtiene sometiendo a los átomos y moléculas a descargas eléctricas.
Se distinguen tres bandas (o tipos) de rayos UV, de menor a mayor frecuencia:
- UVA, no absorbida por la capa de ozono.
- UVB, absorbida en gran parte por la capa de ozono.
- UVC, completamente absorbida por la capa de ozono.