Las fronteras de la física del siglo XX están basadas en conseguir compatibilizar la teoría de la relatividad, la cual da una explicación científica del universo a grandes distancias y la teoría cuántica la cual da una imagen del universo a distancias atómicas.
Con los conocimientos actuales de física cuántica y relatividad general nos valemos para tener una explicación del universo bastante aproximada. Pero en aquellos objetos donde la gravedad es inmensa, como los agujeros negros, no tenemos una explicación científica de qué sucede en ellos, a menos que consigamos una teoría física unificada que una la teoría cuántica y la de la relatividad.
Bibliografía: mi padre.
sábado, 18 de mayo de 2019
6.20.2: Explica la teoría del Big Bang y discute las evidencias experimentales en las que se apoya, como son la radiación de fondo y el efecto Doppler relativista.
La teoría del Big Bang es el modelo cosmológico predominante para los períodos conocidos más antiguos del universo y su posterior evolución a gran escala. Afirma que el universo estaba en un estado de muy alta densidad y temperatura y luego se expandió. Si las leyes conocidas de la física se extrapolan más allá del punto donde son válidas, encontramos una singularidad. Mediciones modernas datan este momento aproximadamente 13.800 millones de años atrás, que sería por tanto la edad del universo. Tras la expansión inicial, el universo se enfrió lo suficiente para permitir la formación de las partículas subatómicas y más tarde simples átomos.
En 1964 se descubrió la radiación de fondo cósmico de microondas, lo que es una prueba crucial en favor del modelo del Big Bang, ya que esta teoría predijo la existencia de la radiación de fondo en todo el universo antes de ser descubierta. Trata de que el plasma inicial se fue expandiendo y enfriando hasta que llegó el momento en el que se pudo formar materia y antimateria, como resultado de esto se aniquiló la materia con antimateria (quedando más materia que antimateria por una asimetría de la naturaleza) y se produjeron una inmensa cantidad de fotones que con el paso del tiempo y por la expansión del universo aumentaron su longitud de onda hasta convertirse en el fondo de microondas que hoy podemos observar con una simple antena de televisión.
Bibliografía: https://es.wikipedia.org/wiki/Big_Bang, mi padre.
En 1964 se descubrió la radiación de fondo cósmico de microondas, lo que es una prueba crucial en favor del modelo del Big Bang, ya que esta teoría predijo la existencia de la radiación de fondo en todo el universo antes de ser descubierta. Trata de que el plasma inicial se fue expandiendo y enfriando hasta que llegó el momento en el que se pudo formar materia y antimateria, como resultado de esto se aniquiló la materia con antimateria (quedando más materia que antimateria por una asimetría de la naturaleza) y se produjeron una inmensa cantidad de fotones que con el paso del tiempo y por la expansión del universo aumentaron su longitud de onda hasta convertirse en el fondo de microondas que hoy podemos observar con una simple antena de televisión.
Bibliografía: https://es.wikipedia.org/wiki/Big_Bang, mi padre.
6.20.1: Relaciona las propiedades de la materia y antimateria con la teoría del Big Bang.
Las hipótesis científicas aceptadas suponen que en el origen del universo existían materia y antimateria en iguales proporciones. Sin embargo, el universo que observamos aparentemente está compuesto únicamente por partículas y no por antipartículas. Se desconocen los motivos por los que no se han encontrado grandes estructuras de antimateria en el universo. En física, el proceso por el que la cantidad de materia superó a la de antimateria se denomina bariogénesis, y baraja tres posibilidades:
Pequeño exceso de materia tras el Big Bang: Especula con que la materia que forma actualmente el universo podría ser el resultado de una ligera asimetría en las proporciones iniciales de ambas. Se ha calculado que la diferencia inicial entre materia y antimateria debió ser tan insignificante como de una partícula más de materia por cada diez mil millones de parejas partícula-antipartícula.
Asimetría CP: Dice que las partículas y las antipartículas no tienen propiedades exactamente iguales o simétricas Un reciente experimento en el acelerador KEK de Japón sugiere que esto quizás sea cierto, y que por tanto no es necesario un exceso de materia en el Big Bang: simplemente las leyes físicas que rigen el universo favorecen la supervivencia de la materia frente a la antimateria.
Existencia de galaxias de antimateria ligada por antigravedad: plantea la hipótesis de que pueda haber regiones del universo compuestas de antimateria. Sin embargo, los experimentos no han detectado nada hasta la fecha.
Bibliografía: https://es.wikipedia.org/wiki/Antimateria
Pequeño exceso de materia tras el Big Bang: Especula con que la materia que forma actualmente el universo podría ser el resultado de una ligera asimetría en las proporciones iniciales de ambas. Se ha calculado que la diferencia inicial entre materia y antimateria debió ser tan insignificante como de una partícula más de materia por cada diez mil millones de parejas partícula-antipartícula.
Asimetría CP: Dice que las partículas y las antipartículas no tienen propiedades exactamente iguales o simétricas Un reciente experimento en el acelerador KEK de Japón sugiere que esto quizás sea cierto, y que por tanto no es necesario un exceso de materia en el Big Bang: simplemente las leyes físicas que rigen el universo favorecen la supervivencia de la materia frente a la antimateria.
Existencia de galaxias de antimateria ligada por antigravedad: plantea la hipótesis de que pueda haber regiones del universo compuestas de antimateria. Sin embargo, los experimentos no han detectado nada hasta la fecha.
Bibliografía: https://es.wikipedia.org/wiki/Antimateria
6.19.2: Caracteriza algunas partículas fundamentales de especial interés, como los neutrinos y el bosón de Higgs, a partir de los procesos en los que se presentan.
Los neutrinos son partículas subatómicas de tipo fermiónico, sin carga y espín ½. Su interacción con las demás partículas es mínima, por lo que pasan a través de la materia ordinaria sin apenas perturbarla. Estos se eminten en la desintegración beta+ y beta -.
El bosón de Higgs o partícula de Higgs es una partícula elemental propuesta en el modelo estándar de física de partículas. Recibe su nombre en honor a Peter Higgs quien, junto con otros, propuso en 1964 el hoy llamado mecanismo de Higgs para explicar el origen de la masa de las partículas elementales.
Bibliografía: https://es.wikipedia.org/wiki/Neutrino, https://es.wikipedia.org/wiki/Bos%C3%B3n_de_Higgs
El bosón de Higgs o partícula de Higgs es una partícula elemental propuesta en el modelo estándar de física de partículas. Recibe su nombre en honor a Peter Higgs quien, junto con otros, propuso en 1964 el hoy llamado mecanismo de Higgs para explicar el origen de la masa de las partículas elementales.
Bibliografía: https://es.wikipedia.org/wiki/Neutrino, https://es.wikipedia.org/wiki/Bos%C3%B3n_de_Higgs
F6.19.1: Describe la estructura atómica y nuclear a partir de su composición en quarks y electrones, empleando el vocabulario específico de la física de quarks.
Los átomos están formados por partículas de la 1ª generación. El electrón es él mismo una
partícula elemental. El protón y el neutrón están formados por tres quarks: el protón es la unión de
dos quarks u y un quark d, mientras que el neutrón es la unión de dos quarks d y uno de tipo u.
Se define átomo como la partícula más pequeña en que puede dividirse un elemento sin perder las propiedades químicas que le caracterizan.
Está compuesto por una parte central con carga positiva donde se encuentra concentrada casi toda la masa, constituyendo el núcleo atómico, y por un cierto número de partículas cargadas negativamente, los electrones, que forman la corteza.
El núcleo atómico está constituido por protones y neutrones, denominados por ello nucleones, con carga positiva igual a la carga negativa de los electrones, de modo que la carga eléctrica total del átomo sea neutra (los protones tienen carga positiva y los neutrones no tienen carga eléctrica). Las partículas constituyentes del átomo junto con su masa y carga son:
Electrón: Masa (kg) = 9,1 x 10-31, Carga (C) = 1,602 x 10-19 (-)
Protón: Masa (kg) = 1,673 x 10-27, Carga (C) = 1,602 x 10-19 (+)
Neutrón: Masa (kg) = 1,696 x 10-27, Carga (C) = 0
Bibliografía: https://www.foronuclear.org/es/el-experto-te-cuenta/120644-la-estructura-atomica-nuclear, https://www.um.es/phi/aguirao/PAU/Preguntas%20te%C3%B3ricas%20y%20redacci%C3%B3n.pdf
Se define átomo como la partícula más pequeña en que puede dividirse un elemento sin perder las propiedades químicas que le caracterizan.
Está compuesto por una parte central con carga positiva donde se encuentra concentrada casi toda la masa, constituyendo el núcleo atómico, y por un cierto número de partículas cargadas negativamente, los electrones, que forman la corteza.
El núcleo atómico está constituido por protones y neutrones, denominados por ello nucleones, con carga positiva igual a la carga negativa de los electrones, de modo que la carga eléctrica total del átomo sea neutra (los protones tienen carga positiva y los neutrones no tienen carga eléctrica). Las partículas constituyentes del átomo junto con su masa y carga son:
Electrón: Masa (kg) = 9,1 x 10-31, Carga (C) = 1,602 x 10-19 (-)
Protón: Masa (kg) = 1,673 x 10-27, Carga (C) = 1,602 x 10-19 (+)Neutrón: Masa (kg) = 1,696 x 10-27, Carga (C) = 0
Bibliografía: https://www.foronuclear.org/es/el-experto-te-cuenta/120644-la-estructura-atomica-nuclear, https://www.um.es/phi/aguirao/PAU/Preguntas%20te%C3%B3ricas%20y%20redacci%C3%B3n.pdf
6.18.2: Justifica la necesidad de la existencia de nuevas partículas elementales en el marco de la unificación de las interacciones.
Es necesario encontrar la particula del gravitón para unificar las interacciones.
El gravitón es una partícula elemental hipotética de tipo bosónico que sería la transmisora de la interacción gravitatoria en la mayoría de los modelos de gravedad cuántica, y de esta manera unificar las cuatro interacciones.
El gravitón es una partícula elemental hipotética de tipo bosónico que sería la transmisora de la interacción gravitatoria en la mayoría de los modelos de gravedad cuántica, y de esta manera unificar las cuatro interacciones.
La detección del gravitón experimental es una tarea bastante problemática. Estas partículas portarían muy poca energía, por lo tanto la detección sería muy difícil. La única forma de detectarlos sería buscar los casos en que el movimiento o la energía de un cuerpo cambiase en una forma que es distinta de la prevista por la Teoría General de la Relatividad.
Las teorías de las cuerdas, incluyendo la teoría M, suponen a los gravitones como cuerdas. Esto explicaría la aparente debilidad de su fuerza; según estas teorías los gravitones ejercerían su influencia más allá del universo tridimensional en el cual vivimos, interconectando diversos posibles "universos paralelos".
6.18.1: Compara las principales teorías de unificación estableciendo sus limitaciones y el estado en que se encuentran actualmente.
Para poder explicar las interacciones fundamentales y posteriormente la relación entre estas y las partículas fundamentales, ciencias como la física y la matemática han dado el fundamento a diversas teorías que se conocen como Teorías de Campos; las cuales se pueden clasificar en dos grandes grupos: Teorías clásicas de Campos y Teorías Cuánticas de Campos.
Las teorías clásicas de campos según (Román-Roy, 1997, pág. 43) “son las que tratan de explicar el comportamiento macroscópico de las interacciones; esto es, cuando se consideran partículas y distancias grandes (macroscópicas)”.
Las teorías Cuánticas de Campos, “son las que tratan de explicar el comportamiento microscópico de las interacciones; esto es, cuando se consideran partículas y distancias microscópicas (en concreto, cuando se trabaja a nivel subatómico, atómico o molecular)”(Román-Roy, 1997).
Hasta la fecha hay teorías que explican y detallan cada una de las interacciones, ya sean clásicas o cuánticas. La Física Teórica tiene como objetivo unificar las cuatro interacciones ya vistas, en una sola teoría. Sin embargo, pareciera ser que de lograrse dicho cometidos, esta unificación tendría una concepción cuántica debido a algunas interacciones de carácter microscópico que entran en juego.
Entre las explicaciones para unificar estar interacciones surgen teorías las de Supersimetría y Supergravedad y las teorías de Cuerdas y Supercuerdas.
Las teorías de gran intensificación (GUT) han intentado combinar las interacciones fuerte, electromagnética y débil. Según Tipler & Mosca (2010) “en una de estas teorías, los leptones y los quarks se consideran como dos variedades se una sola clase de partículas”. Es decir que bajo ciertas circunstancias,un quark se podría convertir eventualmente en un leptón o viceversa, esto implicaría violar la conservación del número leptónico y el número bariónico.
Estado actual y limitaciones de las principales teorías de unificación.
Interacción
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Teoría clásica
|
Teoría cuántica
|
Unificación
| ||
Gravitacional
|
Teoría de la Relatividad General
|
Sin elaborar
|
Teoería de super unificación
| ||
Nuclear débil
|
no existe (de rango microscópico)
|
Teoría Débil
|
Teoría Electro débil
|
Teoría de la gran unificación
| |
Electromagnética
|
Teoría de Maxwell
|
Electrodinámica cuántica
| |||
Nuclear fuerte
|
no existe (de rango microscópico)
|
Cromodinámica cuántica
| |||
F6.16.1: Compara las principales características de las cuatro interacciones fundamentales de la naturaleza a partir de los procesos en los que éstas se manifiestan. 6.17.1: Establece una comparación cuantitativa entre las cuatro interacciones fundamentales de la naturaleza en función de las energías involucradas.
Las cuatro interacciones fundamentales de la naturaleza son la gravitatoria, la nuclear débil, la electromagnética y la nuclear fuerte de menor a mayor intensidad.
La nuclear fuerte tiene un alcance muy corto (no se aprecia fuera del núcleo) ya que mantiene unidos a los protones y neutrones que componen el núcleo de los átomos, la nuclear débil también tiene un alcance corto, al contrario que la electromagnética y la gravitatoria, que son de largo alcance.
Las fuerzas electromagnéticas tienen lugar entre partículas cargadas, actuando tanto en cuerpos en reposo respecto al observador (interacción electrostática), como en movimiento (interacción magnética). Las fuerzas débiles son responsables de la desintegración beta, decaimiento pi mu, decaimiento mu electrón. Las fuerzas de gravedad son tan débiles a escalas nucleares que son despreciables en los experimentos actuales.
Las teorías de campo gauge explican tanto a las partículas fundamentales como sus interacciones. Las primeras, explicadas como campos cuánticos relativistas, son representaciones de ciertos operadores de carga que se corresponden con la carga gravitacional, spin, sabor, color, carga eléctrica y demás; mientras que las fuerzas fundamentales son las fuerzas de atracción y repulsión entre estas cargas.
6.15.1: Analiza las ventajas e inconvenientes de la fisión y la fusión nuclear justificando la conveniencia de su uso.
Ventajas de la fusión nuclear:
- Los combustibles primarios son baratos, abundantes, no radioactivos y repartidos geográficamente de manera uniforme (el agua de los lagos y los océanos contiene hidrógeno pesado suficiente para millones de años, al ritmo actual de consumo de energía).
- Sistema seguro: el reactor sólo contiene el combustible para los diez segundos siguientes de operación. Además el medio ambiente no sufre ninguna agresión: no hay contaminación atmosférica que provoque la "lluvia ácida" o el "efecto invernadero".
- La radiactividad de la estructura del reactor, producida por los neutrones emitidos en las reacciones de fusión, puede ser minimizada escogiendo cuidadosamente los materiales.
Inconvenientes de la fusión nuclear
- El principal inconveniente y que la hace más peligrosa es la seguridad, pues su uso recae sobre la responsabilidad de las personas y estas reacciones son muy inestables. Decisiones irresponsables pueden provocar accidentes en las centrales nucleares pero, mucho peores.
- Aunque en menor medida la energía nuclear de fusión genera residuos radiactivos.
Ventajas de la fisión nuclear:
- La fisión nuclear es una fuente eficiente de energía.
- La energía liberada por la fisión de un átomo de uranio es 10 millones de veces la energía producida por la combustión de un átomo de carbono en el carbón.
- Como la fisión utiliza menos mineral que el utilizado por las plantas de carbón, los costos ambientales asociados a su extracción y transporte, al igual que el combustible para el transporte y la contaminación de los camiones de transporte, también se reducen.
- No hay contaminación diaria de las centrales nucleares, y la generación de la energía nuclear no conduce al calentamiento global.
- Además, este método de producción de energía no agota el suministro de combustible fósil.
Inconvenientes de la fisión nuclear:
- Un accidente en una planta de fisión nuclear puede liberar elementos radioactivos que son tóxicos para la vida, tanto en el momento del accidente como en el transcurso de los muchos años posteriores. En la explosión de 1986 en Chernobyl murieron 31 personas y otras 15.000 podrían morir dentro de los próximos 50 años debido a la lluvia radioactiva.
- Los residuos de las centrales nucleares son radiactivos y necesitan ser cuidadosamente transportados y almacenados en una instalación a largo plazo, lejos de la vida.
- Después de 10 años, los productos de desecho son 1.000 veces menos radiactivos, y después de 500 años, son menos radiactivos que el uranio original.
- Cada planta de energía nuclear en Estados Unidos genera cerca de 10 pies cúbicos (283.168 centímetros cúbicos) de residuos al año, los que son enviados a Europa para su reprocesamiento.
6.14.2: Conoce aplicaciones de la energía nuclear como la datación en arqueología y la utilización de isótopos en medicina.
Datación por radiocarbono
Aplicaciones de la energía nuclear como la datación en arqueología.
Las técnicas de datación radiométrica fueron iniciadas por Bertram Boltwood en 1907, cuando estableció por primera vez la edad de las rocas mediante la medición de los productos de desintegración del uranio al plomo.
Sin embargo, la datación por radiocarbono tiene sus limitaciones. El carbono sólo es absorbido por los organismos vivos, tales como la madera o fósiles vivientes por lo que no se puede utilizar para datar piedra o cerámica, por ejemplo, y el método es preciso sólo para los objetos de hasta aproximadamente 60.000 años de antigüedad.
Datación por radiocarbono
El carbono es el elemento básico de los compuestos orgánicos y, por tanto, es una parte esencial de la vida en la tierra. El carbono natural contiene dos isótopos estables 12C (98,9%) y 13C (1,1%), además de una pequeña cantidad del radioisótopo 14C (1,2 x 10-12 %), con una vida media de 5.730 años. El 14C se produce al entrar los rayos cósmicos en contacto con la atmósfera y posteriormente se distribuye en la naturaleza (93% en el océano, 5% en la biosfera y 2% en la atmósfera).El carbono (los tres isótopos) es absorbido por los organismos vivos, y se repone continuamente durante su ciclo de vida. Sin embargo, cuando un organismo muere, este proceso se detiene. El 14C es inestable y se desintegra en 14N a través de la desintegración beta, y el contenido de 14C disminuye exponencialmente con el tiempo. Al medir la cantidad de 14C en un momento dado, se puede averiguar cuánto tiempo hace que murió el organismo.
Calibración por 14C
Durante muchos años se supuso que el contenido de 14C en la atmósfera era constante. Ahora sabemos que la Tierra y los campos magnéticos solares cambian con el tiempo. Esto significa que el flujo de rayos cósmicos que incide sobre la atmósfera varía, y por lo tanto también lo hace la tasa de producción de 14C. Eso hace que sea necesario calibrar las fechas de 14C de acuerdo con otras técnicas. Una de estas técnicas es la dendrocronología, o datación por los anillos de los árboles.
Datación uranio-torio
La técnica de los anillos de los arboles para calibrar el 14C puede utilizarse hasta aproximadamente los 11 000 años. Para dataciones de entre 10 000 y 30 000 años, la técnica de calibración se basa en la técnica uranio-torio de sedimentos de lagos y de coral.
Durante su vida, los corales absorben uranio (245.5 años), que está presente en el agua de mar, pero no absorben torio (230Th). Cuando el coral muere, el uranio se desintegra en 230Th, que se acumula en su esqueleto. Si se mide la proporción U/Th, esto puede ser indicativo de la edad del coral.
Sin embargo, el torio también es radioactivo y se desintegra (vida media 75 380 años) en otros elementos a través de una larga cadena radioactiva, que termina en el plomo, lo cual hace el proceso de datación complejo. El método U-Th puede ser utilizado para datar objetos con edades entre 10 000 y 500 000 años.
Sin embargo, el método tiene sus limitaciones. Estudios recientes han demostrado que el plomo se puede producir también debido a capturas neutrónicas y no solo de la desintegración del uranio. Esto puede cambiar los resultados de las dataciones.
Termoluminiscencia
La termoluminiscencia fue descubierta por Sir Boyle en 1663. Muchos materiales cristalinos como algunos minerales tienen la propiedad de emitir luz cuando se calientan. Esto se debe a que cuando los materiales se exponen a radiación de alta energía, los electrones del material pasan a ocupar estados excitados. En algunos minerales esta energía se queda atrapada en el material debido a defectos de la estructura cristalina. Cuando el cristal se calienta, los electrones pueden saltar a estados de menor energía, emitiendo un fotón de luz en cada transición.
Se ha demostrado que la intensidad de la luz emitida es proporcional a la radiación recibida por el mineral. Por esto, la termoluminiscencia puede utilizarse para datar objetos que han estado expuestos a rayos cósmicos o a la radiación proveniente del suelo, ya que las dosis dependen de la edad del objeto.
El método potasio-argón
Cuando el 40K se desintegra a 40Ar en las rocas, el 40Ar permanece atrapado y no puede escapar hasta que el mineral se calienta. Por esta razón la cantidad de Ar que encontramos en una roca es proporcional al tiempo que ha transcurrido desde que esta se enfrío por última vez.
El método K-Ar es adecuado para estudiar la actividad volcánica, y dado que el 40K tiene una vida media de 1,3 mil millones de años, el método se utiliza en geocronología para datar períodos de 106 a 109 años atrás. El 40K radiactivo es común en micas, feldespatos, hornblendas, que tienen temperaturas bajas de “cerrado” (closure temperature, 125 ºC para la mica y 450 ºC para las hornblendas).
El método rubidio-estroncio
El 87Rb se desintegra a 87Sr con una vida media de alrededor de 48 millones de años. Los otros isótopos de Sr (A=84, 86, 88) son estables, por lo que el estroncio es un trazador útil para el estudio de la edad y el contenido de rubidio en las rocas, y también se ha utilizado para datar muestras lunares. La relación 87Sr86Sr/ varía de 0,703 en rocas jóvenes a 0,750 en las más antiguas. Por tanto, con el método 87Rb-87Sr es posible datar materiales con edades comprendidas entre 10 y 10 000 millones de años.
Utilización de isótopos en medicina.
Trazadores en diagnóstico médico
Entre los elementos radioactivos, el yodo (I) juega un papel excepcional debido a que se liga al tejido del tiroides con gran afinidad y selectividad. En dosis reducidas el yodo se puede usar con propósitos diagnósticos. Alternativamente la radiación emitida por yodo radiactivo (ligado exclusivamente a sus tejidos) puede usarse para tratar el cáncer de tiroides.SPECT
SPECT son las siglas en inglés de tomografía computerizada por emisión de fotones individuales (Single Photon Emission Computed Tomography). En esta técnica se hacen imágenes de los órganos midiendo la distribución de un radiotrazador previamente inyectado, mediante una "cámara" gamma conectada a un ordenador. La imagen SPECT conlleva la rotación de un conjunto de detectores gamma en torno al paciente para tomar medidas desde ángulos diferentes. Con esta técnica se trata de encontrar la distribución espacial y la concentración del radionúclido. En SPECT se emplean radioisótopos como 99mTc y 123I, en los que se emite un solo fotón γ (de energía 140 keV y 159 keV respectivamente).PET
En la técnica PET (tomografía por emission de positrons) se utilizan habitualmente 15O, 13N, 11C y 18F. Estos radioisótopos tienen períodos de semidesintegración de unos 2, 10, 20,4 y 110 minutos respectivamente, por lo que tienen que producirse cerca de donde se van a usar. Por eso, muchos hospitales tienen próximo un ciclotrón de pequeño tamaño construido para este fin, a veces en el propio centro hospitalario. El isótopo se liga a una substancia química como glucosa, agua o amonia, que se incorporan al cuerpo humano mediante una inyección o, en otros casos, por inhalación en forma gaseosa. El radioisótopo viaja a la parte del cuerpo que metaboliza la substancia a la que se ha ligado, lo que explica la gran variedad de substancias químicas que se utilizan en PET.Habitualmente los escáneres PET se emplean en el diagnóstico del cáncer, de enfermedades coronarias y de algunos desórdenes cerebrales como la epilepsia y la enfermedad de Alzheimer. La técnica PET se usa también en la evaluación de la respuesta a la terapia tumoral. Además, los escáneres PET se usan en investigación, por ejemplo en estudios de los efectos del abuso de drogas sobre el envejecimiento.
Hadronterapia
La hadronterapia es un tipo de radioterapia en la que se bombardea al tumor con partículas hadrónicas. El daño producido por estas partículas en el ADN celular es indiscriminado. Sin embargo, las células cancerosas son en general menos capaces de repararse a sí mismas que las células sanas y se ven por tanto más afectadas.
Las partículas utilizadas en este tipo de terapia incluyen neutrones, protones e iones. Cada tipo de partícula tiene una característica (masa, carga) diferente. Todo ello, unido a las distintas energías a las que se pueden obtener, determina tanto su penetración en el cuerpo humano como la forma en que van depositando esta energía en su recorrido. El tipo más común de hadronterapia es la terapia con protones.
Braquiterapia
La braquiterapia es una forma de radioterapia en la que se introduce material radiactivo en el organismo, cerca del tumor. Las ventajas de este procedimiento son que la radiación no tiene que atravesar, desde el exterior del cuerpo, el tejido sano para alcanzar el tumor y en su lugar sólo afecta a un área localizada. Esto significa que se pueden administrar dosis relativamente altas con un riesgo menor. Además, el paciente no tiene que estar inmovilizado durante el tratamiento. Éste en general se completa antes que los de radioterapia externa y por tanto hay menos tiempo para que las células cancerosas se multipliquen.
6.14.1: Explica la secuencia de procesos de una reacción en cadena, extrayendo conclusiones acerca de la energía liberada.
Una reacción nuclear en cadena es una reacción nuclear que se sostiene en el tiempo al provocar un neutrón la fisión de un átomo fisible, lo cual libera varios neutrones, que a su vez causan otras fisiones.
Esta reacción en cadena solo se produce si al menos uno de los neutrones emitidos en la fisión es apto para provocar una nueva fisión.
Ejemplos:
- La reacción en cadena de la fisión por neutrones libres: dos neutrones más un átomo fisionable provocan una fisión que da lugar a un número mayor de neutrones libres que los que se consumieron en la reacción inicial.
- Reacciones químicas en que uno de los productos de la reacción es una partícula reactiva que puede provocar otras reacciones parecidas. Por ejemplo, a cada paso de la reacción en cadena de H2 + Cl2 se consume una molécula de H2 o de Cl2 y un radical libre H· o Cl·, generándose una molécula de HCl y otro radical libre.
F6.12.1: Describe los principales tipos de radiactividad incidiendo en sus efectos sobre el ser humano, así como sus aplicaciones médicas.
Tipos de radiactividad: Rutherford descubrió que las emisiones radiactivas contienen al menos dos componentes: partículas alfa, que sólo penetran unas milésimas de centímetro, y partículas beta, que son casi 100 veces más penetrantes. En experimentos posteriores se sometieron las emisiones radiactivas a campos eléctricos y magnéticos, y de esta forma se descubrió que había un tercer componente, los rayos gamma, que resultaron ser mucho más penetrantes que las partículas beta.
Efectos sobre el hombre: Según la intensidad de la radiación y su localización, el enfermo puede llegar a morir en el plazo de unas horas a varias semanas. Y en cualquier caso, si no sobreviene el fallecimiento en los meses siguientes, el paciente logra recuperarse, sus expectativas de vida habrán quedado sensiblemente reducidas.
Los efectos nocivos de la radioactividad son acumulativos. Esto significa que se van sumando hasta que una exposición mínima continua se convierte en peligrosa después de cierto tiempo. Exposiciones a cantidades no muy altas de radioactividad por tiempo prolongado pueden resultar en efectos nefastos y fatales para el ser humano. Pueden causar náuseas, vómitos, convulsiones, delirios, dolores de cabeza, diarrea, perdida de pelo, perdida de dentadura, reducción de los glóbulos rojos en la sangre, reducción de glóbulos blancos en la sangre...
Por otra parte, en medicina, el uso de radiaciones ionizantes se encuadra en la aplicación de técnicas de radiodiagnóstico, radioterapia y medicina nuclear.
- El radiodiagnóstico comprende el conjunto de procedimientos de visualización y exploración de la anatomía humana mediante imágenes y mapas. Algunas de estas aplicaciones son la obtención de radiografías mediante rayos X para identificar lesiones y enfermedades internas, el uso de radioisótopos en la tomografía computerizada para generar imágenes tridimensionales del cuerpo humano, la fluoroscopia y la radiología intervencionista, que permite el seguimiento visual de determinados procedimientos quirúrgicos.
- La radioterapia permite destruir células y tejidos tumorales aplicándoles altas dosis de radiación.
- La medicina nuclear es una especialidad médica que incluye la utilización de material radiactivo en forma no encapsulada para diagnóstico, tratamiento e investigación. Un ejemplo es el radioinmunoanálisis, una técnica analítica de laboratorio que se utiliza para medir la cantidad y concentración de numerosas sustancias (hormonas, fármacos, etc.) en muestras biológicas del paciente.
Además, el uso de las radiaciones ha supuesto un increíble avance en actividades de investigación como los estudios de biología celular y molecular del cáncer, patologías moleculares, evolución genética, terapia genética, desarrollo de fármacos...
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