FACILIDADES EN EL INTERNET PARA REALIZAR PROYECTOS DE MEDICION DE LA RADIOACTIVIDAD NATURAL

Valdivia P¹, Acha N¹, Medina E², Sajo-Bohus L³

¹Universidad Nacional de Ingeniería, Facultad de Ingeniería Ambiental, Lima, Perú

• ²Sociedad Peruana de Radioprotección, Lima, Perú

³Universidad Simón Bolívar, Laboratorio de Física Nuclear, Caracas, Venezuela

 

• Resumen
• Se considera al fenómeno de la radiactividad como algo misterioso e inquietante, difícil de aceptar y únicamente nos percatamos de su presencia cuando los medios de comunicación reportan un accidente. Sin embargo siempre hemos estado expuestos a las radiaciones y desde que se descubrió la humanidad recibió grandes ventajas y beneficios. Este nuevo fenómeno natural se utilizó en el último siglo para mejorar la salud y la calidad de vida, pero también se puso en evidencia que puede ser causa de impactos no deseados, a las personas y al ambiente. Es importante entonces tener conocimiento de sus condiciones de uso y reconocer cuando puede haber un peligro para el ser humano.

En este estudio presentamos fuentes de información disponibles para dar una formación científica sobre la fenomenología de las radiaciones nucleares incluyendo algunos experimentos simples para observar indirectamente la presencia de la radiación ionizante. El internet, a este propósito, ofrece una amplia fuente de información y una variabilidad muy grande de experimentos con un fuerte contenido didáctico que permite al interesado profundizar sus conocimientos en la fenomenología de la radiactividad natural. Los experimentos descritos, en su mayoría, no requieren de particulares conocimientos o habilidades de técnicas de laboratorio; mucho menos, de instrumentos complicados. Para detectar la radiación ambiental se pueden emplear algunos materiales de uso común o en caso de disponer de financiamiento se abre la posibilidad de adquirir o construir equipos de bajo costo, siendo esto último muy trascendente, ya que la sola disponibilidad de equipos sofisticados y de alto costo, limitan la capacitación práctica. Se utiliza, en la mayor parte, información disponible en internet, con contenido teórico práctico de mucha utilidad en la enseñanza de la radiactividad ambiental. Se  da a conocer prácticas de medición de radioactividad tanto para estudiantes de secundaria como para el público interesado en general.

• Palabras clave: Radiactividad, experimentos, detectores mediciones de radón
• Topico: Material para educación y entrenamiento

 

ABSTRACT

The radioactivity phenomenon is considered as something mysterious and disturbing, difficult to accept and only we noticed their presence when the media reports an accident. But we have always been exposed to radiation and ever since mankind discovered it; great advantages and benefits have been received. This new natural phenomenon was used in the last century to improve the health and quality of life, but it was also revealed that it may cause undesired impacts to people and the environment. It is therefore important to be aware of its use considerations and recognize when there may be a danger to humans.

In this study we present available information sources wich provide scientific training on the phenomenology of nuclear radiation including some simple experiments to indirectly observe the presence of ionizing radiation.

The internet, for this purpose, provides a comprehensive source of information and a very large variability in experiments with a strong educational content that allows those interested to deepen their knowledge in the phenomenology of natural radioactivity. The experiments described, mostly, do not require special knowledge or laboratory technical skills; much less complicated instruments. To detect the environmental radiation some commonly used materials can be employed or,  should funding be available, one cas  acquire or built low-cost equipment.  This is very important, because the mere availability of sophisticated and high- cost equipment, limits practical training. Most of the information available on the Internet, is used with theoretical and practical content of much use for the teaching of environmental radioactivity. Radioactivity measurement practices for both high school students and the public interest as discused.

 

I. Introducción

 

 

Debemos reconocer que hoy en día tenemos serias limitaciones en cuanto se refiere a disponer de conocimientos sobre radiactividad natural y artificial. Para superarlas presentamos  el método basado en la consecución de información especializada en relación a  un programa de proyecto de ciencias nucleares en aula, incluyendo aspectos relevantes relacionados con la seguridad radiológica, mediante  una iniciativa orientada hacia la educación nuclear. Es indudable que a este propósito el internet es una formidable fuente de información, sin embargo debemos hacer notar que no es sinónimo de conocimiento, como bien lo evidencian Oberhummar et al. Se requiere de alguna forma de interacción entre la fuente de información y el aprendizaje individual. Entre los diferentes conceptos mencionaremos el método de interacción basada en la creatividad estimulada utilizando sitios web, sin la necesidad de aprender un lenguaje de programación. La dinámica propuesta en este trabajo se basa en la iniciativa del estudiante orientada por el docente. Es evidente que la función del docente como estimulador y guía es muy importante,  pero solamente después de que se haya despertado el interés hacia un tema específico en el estudiante.

El primer punto muy atractivo es la introducción  en la cual los descubridores son los actores. Existen diferentes películas muy ilustrativas de la historia de las radiaciones nucleares; como  ejemplo a destacar mencionamos el sitio:

(http://www.rinconeducativo.org/radiacio/6proteccin_radiolgica.html), en el que se explica la Historia de la Protección Radiológica.

De particular utilidad es el empleo correcto de las definiciones nucleares, con la finalidad de obtener una base de términos cuyas definiciones sean de aceptación general. Aprender los términos técnicos es esencial para poder transferir la información e interpretarla correctamente, un ejemplo se encuentra en el sitio:

http://www.rinconeducativo.org/radiacio/glosario_nuclear.html

 

2. Aspectos relevantes de Proyectos de Ciencias Nucleares

 

 

Se quiere despertar el interés del estudiante hacia un tema específico para conseguir la información buscada; pero, al mismo tiempo, inducirlo a discriminarla en base a los aspectos más relevantes, requiere de práctica y de tiempo.

Algunos aspectos que se quieren evidenciar por el método sugerido se enumeran a continuación:

• Beneficios para los proyectos altamente educativos
• Mejoramiento en la capacidad de planificar actividades
• Introducir al estudiante en los aspectos de seguridad en el manejo de la información y la ejecución de los proyectos.
• Estimular la imaginación para buscar alternativas y lograr sus objetivos
• Organización para la ejecución de los proyectos, discusión de los resultados y proyección de actividades de desarrollo
• Promover la crítica y la discusión sobre propuestas de proyectos

 

Para iniciar debemos tener información teórica sobre la naturaleza de la radiactividad y como se manifiesta; es decir, porque razón estamos rodeados de radioactividad por todos los lados y porque razón no hay como escapar de ella. La respuesta a nuestras inquietudes la conseguimos entrando en un sistema de búsqueda de información como es por ejemplo a Google. Cuando aparece la ventanilla escribimos las palabras que consideramos claves por ejemplo: radiactividad natural. Enseguida nos encontramos con una gran diversidad de títulos; a veces es difícil seleccionar el texto que nos interesa, pero esto se aprende rápidamente. Disponemos de un criterio que nos ayudara a conseguir la información buscada con un menor número de intentos, por ejemplo filtrando la búsqueda utilizando la palabra: educación. En un primer intento seleccionaremos: RADIACIÓN NATURAL – Rincón Educativo, así obtenemos una lista datos y también unas preguntas que tienen el objetivo de reforzar (memorizar) los conceptos de mayor importancia. Naturalmente en este punto hemos despertado el interés del estudiante en aprender más sobre el tema de la radiactividad. El paso sucesivo es buscar más información p.e. ¿cómo se genera la radiación?. Existen diferentes alternativas; podríamos seguir seleccionando los títulos de la misma página o abrir una nueva y tentar suerte. Una de las posibilidades es ver imágenes y cuando tengamos una preparación suficiente podemos entrar en YouTube para ver los experimentos que a veces son muy divertidos.  La información reportada a continuación  se encuentra en la red a disposición de los interesados sin costo; se indica el sitio a título de referencia.

 

3. Los radionúclidos emiten radiación ionizante

 

Hace 4.6 mil millones de año se formó la materia. Después que Mendelejev clasifico los elementos en un sistema periódico los científicos se dieron cuenta que un mismo elemento puede tener pesos (masas) diferentes. Algunos emiten radiación porque se formaron en un estado inestable. En la figura 1.  La materia radiactiva emite radiación de diferentes tipos, se muestran tres tipos de radiaciones y su trayectoria en función a un campo eléctrico.

figura 1.  La materia radiactiva emite radiación de diferentes tipos

Fuente: http://www.world-nuclear.org

En las páginas del internet se puede conseguir videos que faciliten la observación del proceso de emisión de radiaciones y las características de emisión de cada una de ellas. Un ejemplo de demostración de lo que es el proceso radioactivo se puede apreciar en https://www.youtube.com/watch?v=pA-aEYgmnq4

 

 

3.1 Algunos radioisótopos conocidos

 

Los radioisótopos conocidos son más de 1500, pero los más importantes son los que integran las familias radiactivas naturales. Con la ayuda de los motores de búsqueda se puede pedir a los estudiantes que seleccionen sitios web: (https://www.csn.es/documents/10182/927453/Las%20radiaciones%20(Monograf%C3%ADa ; http://www.bing.com/videos/search?q=radiaciones+alfa+beta+y+gama&FORM=HDRSC3#view=detail&mid=F7633543994E2C868C69F7633543994E2C868C69 ; http://www.bing.com/videos/search?q=radiaciones+alfa+beta+y+gama&FORM=HDRSC3#view=detail&mid=567A48F7E5F1A592213B567A48F7E5F1A592213B )

para diferenciar emisores gamma, beta, alfa, y se les plantea una serie de preguntas para que centren su atención en el objetivo del tema de clase. En la Figura 2.  Familia natural de decaimiento radiactivo de U238, se muestra la formación de algunos radioisótopos en esta serie radioactiva.

Figura 2. Familia natural de decaimiento radiactivo del U238

 

3.2 Fuente de neutrones

Para observar la ejecución del ensamblaje de una pequeña fuente de neutrones, se puede visitar la web de Willis C. https://www.youtube.com/watch?v=uQ8vwevCq8Q

Estos son algunos ejemplos de alto contenido didáctico y educativo en relación el área nuclear.

Un artículo amplio sobre este tema se encuentra en la ref: Szegedi et al 2002

 

 

4. Técnicas de detección de la radiación

 

La radiación nuclear directamente no es visible aunque a largo plazo podrían inducir en nuestro cuerpo efectos sintomáticos. Si la absorción de la radiación ocurre en la materia, seguramente tendremos la posibilidad de visualizarlo. Históricamente el primer fenómeno se relaciona a la radiación nuclear que podía impresionar películas fotográficas, hoy en día se utiliza en las radiografías, por ejemplo, dentales. Entonces una película sensible a los rayos-x es un detector de radiaciones ionizantes.  Un segundo fenómeno se relaciona al compuesto ZnS(Ag), sulfuro de cinc con un poco de plata; típicamente una pantalla de televisión con tubo catódico. Pero el más sencillo es el tubo a gas de Geiger-Muller. Es esencialmente un condensador que se descarga por la presencia de la ionización inducida por la radiación. Luego se recarga vía la batería de alimentación y se repite el ciclo por cada evento. En la FigurA 3. Esquema de un detector Geiger-Muller, se pueden observar los elementos básicos de estos detectores

 

Figura 3. Esquema de un detector Geiger-Muller

                                         Fuente: H. Oberhummar, M. Hofer, I. Uray

Si deseamos una información más amplia, podemos recurrir al Espacio de Cesar, allí apreciaremos desde cómo obtener fuentes radioactivas de baja peligrosidad, así como tecnologías simples para detectar las radiaciones:

• https://www.youtube.com/playlist?annotation_id=annotation_1177639691&feature=iv&list=PLt5la9a4tCPK65ueS4KnODGUBodn4iAHp&src_vid=Eyqluf2Pk6M

4.1 Detectores de radiación para los  Experimentos

Nota importante: NO realizar ningún tipo de prueba o experimento con radiaciones ionizantes sin tener un monitor (detector de radiación). Es importante que visiten en internet sitios donde le proporcionen detectores baratos o les indique como construirse   uno de bajo costo con componentes que se consigan comercialmente

 

TABLA 1  Recorriendo el internet .
Palabras claves	Sitio Web
Detectores nucleares	https://www.usc.es/gir/docencia_files/dosimetria/capitulo5.pdf
Circuitos simples de detectores nucleares	https://www.youtube.com/watch?v=cfVBW622Vbs
Como construir un detector nuclear	https://www.youtube.com/watch?v=DtQ746MPrNs http://www.adafruit.com/products/483
Compra de detectores	http://www.ebay.com/bhp/nuclear-radiation-detector
Dosímetro haga usted mismo	https://docs.google.com/file/d/0B2GBNACaDhsDdjZXVlRRaDhKdzA/edit
Dosimetría con equipos comerciales	https://www.youtube.com/watch?v=3TabT48ehDs

 

 

Un detector simple de construcción casera, se puede construir a partir de kits, que se adquieren para ser ensamblados. Son de fácil construcción y  requiere poca experiencia técnica. En la Figura 4. Un kit para armar, se muestra una de las varias ofertas que se pueden encontrar en internet

                                                      Figura 4. Un kit para armar.

Fuente :http://www.ebay.com/itm/NEW-DIY-Geiger-Counter-Kit-Nuclear-Radiation-Detector-Arduino-compatible/321502371329?_trksid=p2047675.c100010.m2109&_trkparms= aid%3 D555012%26algo%3DPW.MBE%26ao%3D2%26asc%3D33097%26meid%3Debcf108e41424d87ab73e27b3ee3b656%26pid%3D100010%26rk%3D4%26rkt%3D24%26mehot%3Dpp%26sd%3D300572540219

 

Otro ejemplo de diagramas de detectores de radiación con cámara de ionización es el que se muestra en la Figura 5. Circuito con cámara de ionización portátil, apreciándose su gran sencillez.

Figura 5. Circuito con cámara de ionización portátil

Fuente: http://www.hqew.net/product-data/BSS138/BSS138-CircuitDiagram.html

 

Otro ejemplo de como desarrollar circuito sencillos, mostramos en la Figura 6. Circuito con cámara de ionización y multímetro, como se aprecia incluye elementos fáciles de conseguir.

                        Figura 6. Circuito con cámara de ionización y multímetro

 

Fuente: http://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project_ideas/Elec_p064.shtml

 

4.2 Detección de Radón

 

La radiación nuclear, pasando por la materia la ioniza, las moléculas se recombinan de manera irregular. Del daño inducido se determina la presencia de la radiación incidente. El radón es un elemento radiactivo natural y se encuentra en el aire. Este decae por emisión alfa y es posible detectar el daño por que deja un pequeño agujero o traza nuclear. El plástico que se usa es CR 39 (también conocido como PADC), fue desarrollado para la construcción de cabinas de avión en la II Guerra Mundial y ahora se usa para lentes ópticos irrompibles y en física nuclear para detectar partículas alfa y neutrones

 

4.2.1 Materiales para la detección de Radon

• Dosímetro para radón CR-39 (Track Analysis Systems Ltd) tasl.co.uk

(en caso de no conseguirlo utilizar lentes para leer)

• Hidróxido de sodio (NaOH) es un producto comercial utilizado en la casa como limpiador de grasa y destapador de cañería
• Agua destilada
• Un baño térmico (o una freidora barata con termostato)
• Un microscopio Konus Academy(barato, modelos 5304 & 5829) con una microcámara y el software para analizar las imágenes digitales
• fuente de radiación por ejemplo manto de lámparas a gas https://www.orau.org/ptp/collection/consumer%20products/mantle.htm
• Americio241 de detectores de humo

En la Figura 7.  Detector de humo, abierto y fuentes de Am24, se muestran fuentes alfa que pueden ser usadas para el entrenamiento en la evaluación de Radon

                                Figura 7.  Detector de humo, abierto y fuentes de Am241

• polonio-210 generador de iones alfas para antiestática

http://www.imagesco.com/geiger/radioactive-sources.html

http://www.flinnsci.com/store/Scripts/prodView.asp?idproduct=17225

 

5. Diseño de Experimentos

 

Una vez que tengamos los conocimientos fundamentales de las radiaciones nucleares  y dispongamos de un monitor entonces lo más conveniente es realizar experimentos sencillos para reforzar los conceptos más importantes.

1. Leyes naturales que gobiernan en la naturaleza:

1.1 La ley del inverso del cuadrado

1.2 La ley de atenuación de la radiación en aire

1.3 Blindaje contra la radiación

1.4 Vida media del alfa emisor polonio

2 . Fenomenología de las radiaciones

2.1 Trazas nucleares

2.2 Centelleo

2.3 Fisión nuclear

2.4 Reacciones nucleares inducida por neutrones

3. Dosimetría y concepto de LET

3.1 Curva de Bragg

4. Aplicaciones industriales; mediciones de espesor, densidad y nivel

4.1 Autoradiografía

4.2 Gammagrafía

4.3 Neutrongrafía

 

 

5. Redes de Información en el área nuclear

 

El Organismo Internacional de Energía Atómica está promoviendo la integración de iniciativas para la educación y capacitación nuclear. Es así que promueven la creación de bases de datos integradas sobre Cursos, maestrías, doctorados y material educativo, constituyéndose en referencias calificadas sobre estos temas.

A nivel de la región latinoamericana se han constituido redes de información, cuyos contenidos son de mucha utilidad para nuestros propósitos de capacitación y entrenamiento en evaluaciones de radioactividad, entre ellas tenemos a:

– LANENT  (Red Latinoamericana para la Educación y la Capacitación en Tecnología Nuclear) (http://www.lanentweb.org/es) , que agrupa a entidades educativas de la región y mantiene información útil para programas de capacitación y entrenamiento.

– LAERNET – RED LARA (Latin American Environmental Radiation Network) ( http://red-lara.webnode.com.ve/) que es una agrupación de laboratorios dedicados a mediciones, evaluaciones y difusión de datos sobre radioactividad ambiental, promoviendo capacitación y entrenamiento de recursos humanos, así como al desarrollo de laboratorios.

 

Conclusiones

 

• El docente debe orientar a los alumnos a la búsqueda de información en internet, pero debe validar la información, mediante su discusión en aula
• Los símbolos, valores normados, y otros aspectos, no son necesariamente similares en todos los países, por lo tanto se debe mencionar que la información de la web es referencial
• Los videos deben poder bajarse de internet, ya que en algunas aulas no hay disponibilidad de acceso a internet y por lo tanto se requiere disponer del archivo
• Algunas páginas web están en inglés, lo que podría ser una limitación, sin embargo pueden aportar excelentes imágenes
• En youtube hay muchos videos que describen diversos temas sobre la energía nuclear y es por ello que se podrían ver los videos repetidas veces, con lo que se podría facilitar el aprendizaje.
• LANENT es una agrupación de entidades educativas que también mantiene información útil para los programas de capacitación

 

 

 

Referencias

 

 

• Oberhummar, M. Hofer, I. Uray, Radiation Education trough the www, II-nd Int. Symp. On Rad. Education Symposium, Debrecen, Hungary 2002, 142-149.

 

• Horiuchi, Topics for Japanese new curriculum Radon In Japanese natural water, II-nd Int. Symp. On Rad. Education Symposium, Debrecen, Hungary 2002, 79-85.

 

• Szegedi, R. Doczi, M. Hassan-Fayez, P. Raics, Using Neutron Generators in Radiation Education II-nd Int. Symp. On Rad. Education Symposium, Debrecen, Hungary 2002, 47-54.

 

• http://www.npl.co.uk/educate-explore/factsheets/ionising-radiation/

 

• http://www.epa.gov/rpdweb01/educational-materials.html

 

• http://www.hko.gov.hk/education/dbcp/rad_health/eng/r2.htm

 

• http://www.peep.ac.uk/content/1291.0.html