Radiación de partículas

La radiación de partículas es la radiación de energía por medio de partículas subatómicas que se mueven rápidamente. La radiación de partículas se denomina haz de partículas si todas las partículas se mueven en la misma dirección, de forma similar a un haz de luz.

Debido a la dualidad onda-partícula, todas las partículas en movimiento también tienen carácter ondulatorio. Las partículas de mayor energía exhiben más fácilmente características de partículas, mientras que las partículas de menor energía exhiben más fácilmente características de onda.

Tipos y producción

Las partículas pueden estar cargadas o descargadas eléctricamente:

La radiación de partículas puede ser emitida por un núcleo atómico inestable (a través de la desintegración radiactiva), o puede ser producida por algún otro tipo de reacción nuclear. Se pueden emitir muchos tipos de partículas:

• protones y otros núcleos de hidrógeno despojados de sus electrones
• partículas alfa cargadas positivamente (α), equivalentes a un núcleo de helio-4
• iones de helio a altos niveles de energía
• Iones HZE, que son núcleos más pesados ​​que el helio.
• partículas beta cargadas positiva o negativamente (positrones β o electrones β de alta energía; estos últimos son más comunes)
• electrones de alta velocidad que no son del proceso de desintegración beta, sino otros como la conversión interna y el efecto Auger
• neutrones, partículas subatómicas que no tienen carga; radiación de neutrones
• neutrinos
• mesones
• muones

Los mecanismos que producen radiación de partículas incluyen:

• decaimiento alfa
• efecto barrena
• decaimiento beta
• decaimiento del racimo
• conversión interna
• emisión de neutrones
• fisión nuclear y fisión espontánea
• fusión nuclear
• colisionadores de partículas en los que se rompen corrientes de partículas de alta energía
• emisión de protones
• erupciones solares
• eventos de partículas solares
• explosiones de supernovas
• Además, los rayos cósmicos galácticos incluyen estas partículas, pero muchas provienen de mecanismos desconocidos.

Los aceleradores de partículas pueden producir partículas cargadas (electrones, mesones, protones, partículas alfa, iones HZE más pesados, etc.). La irradiación de iones se usa ampliamente en la industria de los semiconductores para introducir dopantes en los materiales, un método conocido como implantación de iones.

Los aceleradores de partículas también pueden producir haces de neutrinos. Los haces de neutrones son producidos principalmente por reactores nucleares.

Paso a través de la materia

En protección radiológica, la radiación a menudo se divide en dos categorías, ionizante y no ionizante, para indicar el nivel de peligro que representa para los humanos. La ionización es el proceso de eliminar electrones de los átomos, dejando atrás dos partículas cargadas eléctricamente (un electrón y un ion cargado positivamente). Los electrones cargados negativamente y los iones cargados positivamente creados por la radiación ionizante pueden causar daño en el tejido vivo. Básicamente, una partícula es ionizante si su energía es mayor que la energía de ionización de una sustancia típica, es decir, unos pocos eV, e interactúa significativamente con los electrones.

Según la Comisión Internacional de Protección contra Radiaciones No Ionizantes, las radiaciones electromagnéticas desde ultravioleta hasta infrarrojo, hasta radiación de radiofrecuencia (incluidas las microondas), campos eléctricos y magnéticos estáticos y variables en el tiempo, y ultrasonido pertenecen a las radiaciones no ionizantes.

Las partículas cargadas mencionadas anteriormente pertenecen todas a las radiaciones ionizantes. Al atravesar la materia, se ionizan y, por lo tanto, pierden energía en muchos pequeños pasos. La distancia hasta el punto donde la partícula cargada ha perdido toda su energía se llama rango de la partícula. El rango depende del tipo de partícula, su energía inicial y el material que atraviesa. De manera similar, la pérdida de energía por unidad de longitud de trayectoria, el "poder de frenado", depende del tipo y la energía de la partícula cargada y del material. El poder de frenado y, por lo tanto, la densidad de ionización, generalmente aumenta hacia el final del rango y alcanza un máximo, el pico de Bragg, poco antes de que la energía caiga a cero.