domingo, 3 de mayo de 2015

Radiaciones ionizantes y el vuelo

Toda la vida en la Tierra está expuesta a la radiación ionizante de forma natural. Dicha radiación proviene de dos fuentes, la radiación que emana de la propia corteza terrestre, y la radiación cósmica, que nos viene del espacio. Esto último suena muy a ciencia ficción, pero no lo es. Ver post relacionado con la climatología espacial aquí. Aparte de la radiación natural existe también la radiación producida artificialmente por el hombre, como por ejemplo con las máquinas de rayos X, rayos Gama, y los reactores nucleares. Las radiaciones ionizantes son aquellas capaces de desprender electrones de los átomos, dejando a los átomos con un desequilibrio electro-químico. Al quedar sin uno o varios electrones, los átomos o sus compuestos (moléculas) quedan cargados positivamente (se convierten en iones o partículas cargadas eléctricamente). Esta falta de estabilidad es lo que lleva a los átomos o sus compuestos a buscar otra vez un estado de equilibrio juntándose con otros compuestos para poder suplir la falta de electrones perdidos.

Algo similar pasa en la atmósfera terrestre cuando los rayos del sol impactan contra las moléculas y los átomos que la componen. Cono resultado de la radiación solar se produce una nube de electrones sueltos en suspensión a la que llamamos Ionosfera. Como se sabe, la ionosfera tiene muchos efectos adversos para las transmisiones de radio, señales de navegación, etc. La radiación que se soporta durante el vuelo es bastante mayor que la que se sufre en la tierra. Las capas de la atmósfera y los escudos de radiación magnética nos protegen de la mayoría de la radiación cósmica.


¿Por qué es mala la radiación en el cuerpo humano?

La rama de la ciencia que estudia los efectos de la radiación en el los seres vivos se denomina radiobilogía. La radiación atraviesan nuestro cuerpo y al hacerlo pueden transferir energía a los átomos de las células corporales con las que puedan impactar. En un posible impacto desprenderán electrones (igual que ocurre con la ionosfera) y dejarán al compuesto impactado en desequilibrio e intentando volver a la estabilidad inicial por medio de nuevas uniones bioquímicas.

Estas uniones pueden ser adversas y generar problemas o inocuas. Si los rayos atraviesan el citoplasma de las células corporales el daño puede ser mínimo, causando simplemente la desorganización o muerte celular (no es un gran problema, pues otra célula la reemplazará), pero si los rayos impactan en el núcleo celular, cabe la posibilidad de que la influencia de la energía modifique parte del ADN que se encuentra en el núcleo. Como se sabe, el ADN es el material biológico encargado de almacenar la información de nuestro cuerpo. Esto es algo asombros que no deja de maravillarme cada vez que pienso en ello. Todas las células de nuestro cuerpo llevan en cada uno de sus núcleos información suficiente para reconstruirnos enteramente. Una célula fotosensible de la retina o una neurona o una célula epitelial, todas tienen el mismo material genético. El que una célula acabe siendo una cosa u otra depende de un delicado y complejo proceso bioquímico que se denomina especialización celular.

Un cambio en la cadena de ADN es lo que se denomina mutación. Las mutaciones pueden ser causadas por errores aleatorios (naturales) al dividirse la célula y hacer copias de la cadena de ADN o pueden ser debidas a causas externas, como la radiación a la que nos referimos. Los cambios o mutaciones en la estructura del ADN no tienen por qué ser todos malos, de hecho son la base de toda evolución biológica. Recuérdese que porciones de la cadena de ADN son los llamados genes, que en última instancia son los responsable de que se expresen dando lugar a nuestro aspecto y también parte de nuestro comportamiento (ese es un tema para otro gran debate). La mayoría de las mutaciones son malas. Es una cuestión estocástica o si se quiere probabilística. Es decir, existe una posibilidad (o probabilidad) de que un fotón o muón o cualquier otra partícula atraviese nuestro cuerpo. Existe otra posibilidad de que esta partícula, si impacta, atraviese el citoplasma o el núcleo. Otra posibilidad es que si impacta en el núcleo este desarrolle una mutación. La última posibilidad es que esta mutación pueda ser neutra (sin efecto), benigna o maligna. Por lo general, como decimos, las mutaciones no son buenas y tienden a destruir o modificar el ADN dando lugar a errores. Los daños permanentes debido a la radiación pueden producir células anormales cuando éstas se dividan, aumentando el riesgo a contraer cáncer.

Resultado de imagen de stratospheric flight
El vuelo en Concorde significaba más radiación
La tierra sobre la que nos encontramos también radia y al igual que la que proviene del espacio puede causar alteraciones. Los niveles de radiación en la tierra son a los que estamos acostumbrados y por lo general si no nos encontramos en áreas extremas como puedan ser Fukushima o Chernóbil. La costumbre (moderna) de broncearse para estar mas atractivo es realmente mala. Hay que decirlo sin tapujos. Precisamente la piel se oscurece porque se ve agredida. El atractivo moreno no es otra cosa que un lamento cutáneo al verse las células epiteliales atacadas por la radiación ultravioleta. En el siglo XIX y comienzos del XX la gente se protegía precisamente del sol todo lo que podía (incluso en las playas). La primera vez que fui a china a dar instrucción técnica, fue en la isla de Hainán en el trópico y me llamó la atención ver cono todas las mujeres de la zona salían siempre a la calle con un parasol.

¿Son malas las ondas de radio y TV?

No, a no ser que tu vecino ponga el volumen muy alto por la noche (modo ironía off). Ahora en serio, todo en exceso es malo, pero mucha gente me pregunta que al ser todo ondas puede que todas ellas nos perjudiquen igualmente. Para exponerlo de una manera sencilla y sin extendernos mucho, lo mejor es echar un vistazo a la ilustración inferior. En general no-ionizante es una radiación no peligrosa, ionizante es peligrosa.  



Tal como se puede ver, los rayos UVA para ponernos morenos son peligrosos, no tanto como los rayos-X o los Gama, pero están dentro de la categoría de radiaciones ionizantes.

La medición de la radiación y el vuelo

La radiación ionizante se mide en dosis de radiación que el cuerpo humano recibe. Las dosis de radiación se miden en milisieverts (mSv) o rem en Estados Unidos, que mide la dosis efectiva que absorbe una parte del cuerpo, así como el tipo de radiación. La unidad de medida recibe el nombre del físico médico sueco Rolf Sievert. La cantidad de radiación que reciben las personas se mide en milisieverts (mSv), es decir, la milésima parte de un sievert.

1 rem = 10 mSv

En el caso de la radiación cósmica se considera que se ha irradiado todo el cuerpo. Como comentábamos anteriormente, la radiación cósmica es una radiación ionizante que proviene del espacio exterior. Los rayos cósmicos se dividen en:

  • Primarios: radiación que viene del espacio ultraterrestre, tanto desde fuera del sistema solar como de erupciones solares.
  • Secundarios: radiación producida por interacción de los rayos cósmicos primarios en la alta atmósfera.


La altura a la que se encuentre una persona sobre el nivel del mar, es un factor importante con respecto a la cantidad de radiación cósmica que reciba, siendo significativa desde una altura de unos 9 ó 10 km (30.000 a 32.000 pies). Otro de los factores determinantes es la latitud a la cual se encuentre la persona, siendo en latitudes desde los 40° a los 90° donde se recibe mayores dosis de radiación. En la tabla que se muestra a continuación se pueden ver las dosis/año con respecto a las alturas. En el espacio interplanetario estas radiaciones se disparan, por ello este es uno de los principales problemas a resolver en un posible viaje a Marte. 





Las tripulaciones aéreas están más expuestas que la población en general a la radiación cósmica, ya que la alta atmósfera ofrece menos protección. La Comisión Internacional sobre Protección Radiológica (ICRP) en su publicación Nº60 de 1990 señala que las tripulaciones aéreas es un grupo llamado ocupacionalmente expuesto a las radiaciones ionizantes, y por ello tiene límites menos estrictos que la población en general. Todo está regulado y de acuerdo a la normativa vigente, la exposición a la radiación debe mantenerse en un mínimo para efectuar una labor específica. Existen límites de dosis máximas al año, que pueden recibir las personas en determinadas condiciones:

  • Trabajador expuesto (radiólogo, minero, trabajador de central nuclear, militares, etc.)
  • Público en general


Se asume que hay una relación directa entre dosis y efecto (aún para dosis pequeñas), y los efectos son acumulativos.

Ejemplos de exposiciones normales de radiación natural a nivel de suelo:
  • Cósmica 0.28 mSv/año
  • Terrestre 0.50 mSv/año
  • Interna 0.22 mSv/año

En medicina:
  • Radiografía médica al pecho: 0.08 mSv
  • Radiografía dental: 0.10 mSv

Ejemplos del cálculo de radiación recibida en vuelos de diferente duración:

Ruta 1
Tiempo ascenso: 20 minutos
Tiempo en ruta a 33.000 pies: 75 minutos
Tiempo descenso: 20 minutos
DOSIS RECIBIDA : 0.0029 mSv

Ruta2
Tiempo ascenso: 20 minutos
Tiempo en ruta a 33.000 pies: 120 minutos
Tiempo descenso: 20 minutos
DOSIS RECIBIDA : 0.005 mSv

Si un tramo de ida en una ruta concreta son 0.0079 mSv, en la vuelta también serán 0.0079 mSv, lo cual dará un total en el vuelo de 0.0158 mSv. Esto quiere decir que la cantidad de vuelos para completar 1mSv sería de 63 vuelos.

El Laboratorio de Radiación Australiano, efectuó un estudio de las dosis de radiación cósmica recibidas por tripulaciones aéreas en vuelos comerciales utilizando aviones 737 y 767. Los resultados indican que las dosis anuales de los tripulantes son de 18 mSv/año para los pilotos y 15 mSv/año para los tripulantes de cabina, esto demuestra que los pilotos reciben un 80% más de radiación que la dosis considerada normal para el público en general. Este es un valor comparable al de otros trabajadores de riesgo expuestos en Australia. Por ejemplo, un mineros que trabaje en una mina de Uranio suele absorber unos 18 mSv /año y los operadores de radiografía industriales unos 1.7 mSv/año.

¿Cuales pueden ser los efectos en los pilotos?

Estudios sobre los efectos biológicos de la exposición a la radiación cósmica e investigaciones previas han demostrado que la exposición a la radiación puede causar cataratas. Por ejemplo, un trabajo reciente sobre astronautas demuestra una asociación entre la incidencia de cataratas y la radiación cósmica a niveles de exposición que resultan comparables a los sufridos por los pilotos de líneas aéreas comerciales. Es muy famoso el siguiente caso: 

"Rechacé un plan de vuelo desde Norteamérica [hasta Londres] porque habría tenido que alcanzar los 35.000 pies [casi 11.000 metros de altura] para aprovechar una fuerte corriente aérea favorable (ahorrando tiempo y dinero para la compañía). Sin embargo, permanecí a 30.000 pies [unos 10.000 m] todo el camino". Éstas eran las declaraciones que un aviador de British Airways hacía recientemente a "The Sunday Times". Había tomado esta decisión para evitar la fuerte radiación cósmica de aquellos días, más elevada de lo normal por una tormenta solar.

Personalmente apoyo la idea. Puntualmente se producen manchas solares y hay pilotos que en este tipo de situaciones eligen, con muy buen criterio, rutas de vuelo más bajas. Las explosiones del sol pueden ser muy dañinas (ver post). Estas emanaciones están formadas por partículas cargadas de energía (neutrones y protones, fundamentalmente) de origen extraterrestre que bombardean constantemente la Tierra. La atmósfera ejerce de escudo (equivaldría a un muro de hormigón de cuatro metros de grosor), de modo que la exposición al nivel del mar es 100 veces inferior a la que se alcanza a más de 10.000 metros. En periodos de tormenta solar los valores en vuelo pueden incrementarse 20 o 30 veces.

Como ya comentamos anteriormente, a más altura mayor riesgo, pero también la latitud (cercanía a los polos) es muy importante, cuanto más cerca del polo se vuele más irradiación. Existen muchas rutas de vuelo que cruzan los polos, precisamente porque son las rutas más cortas entre varios continentes.  De ahí viene que en la última década se empezase a estudiar la exposición a la que se someten los profesionales del aire o si tienen un mayor riesgo de sufrir enfermedades, como ciertos tumores. La preocupación es reciente y, precisamente, hasta el Real Decreto de 2001 sobre protección radiológica, las tripulaciones aéreas no se incluían entre los trabajadores expuestos. Según los especialistas, las dosis que llegan al aviador "siempre están por debajo de la máxima permitida [para los trabajadores especiales es de 20 mili-Sieverts (mSv)]" Esta también es una de las razones por las cuales se limita el tiempo de vuelo de un piloto a las 700 horas cada año. Este número de horas equivaldría a unos 3 ó 4,4 mSv. En cuanto a un viajero habitual, necesitaría volar más de 200 horas al año para superar el límite establecido para la población general (1 mSv).

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Algunas cifras para la reflexión

Un nivel de 5 sieverts causaría la muerte.
La exposición a 10.000 MiliSieverts, es el equivalente a 100.000 radiografías de pecho, provocaría la muerte de un humano en menos de un mes.

Lo que pasaría con una exposición a los siguientes valores de radiación (enMiliSieverts):

  • 10.000. El 100% de la personas que la reciben muere en semanas.
  • 6.000. Dosis de los trabajadores de Chernóbil que murieron en un mes.
  • 5.000. Una sola dosis podría matar al 50% de las personas que se vean expuestas.
  • 1.000. Una sola dosis podría causar vómitos, mareos, náuseas, pero no la muerte.
  • 400. Radiación máxima que emitió la planta de Fukushima ayer, por hora.
  • 350. Exposición a partir de la cual fueron recolocados los residentes de Chernóbil.
  • 100. Limite de radiación recomendado cada cinco años para los trabajadores.
  • 10. TAC de todo el cuerpo
  • 9. Exposición que una tripulación del vuelo Nueva York-Tokio recibe en un año.
  • 2. Radiación que recibimos anualmente de forma natural.
  • 1,02. Radiación por hora detectada en Fukushima el 12 de marzo.
  • 0,4. Mamografía.
  • 0,1. Radiografía de pecho.
  • 0,01. Radiografía dental.



Un vuelo muy ilustrativo con un contador de radiación 



...otro día hablaré de los escáneres de los aeropuertos, de los teléfonos móviles y de los rádares.



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