TFG_ANA_ERQUICIA_DE_CLERK

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TRABAJO FIN DE GRADO PARA 
LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE 
GRADUADO EN INGENIERÍA EN 
TECNOLOGÍAS INDUSTRIALES 
 
ESTUDIO Y CARACTERIZACIÓN DE 
LA RADIACIÓN DE FONDO NATURAL 
EN UN ENTORNO GEOGRÁFICO. 
 
FEBRERO 2022 
Ana Erquicia De Clerck 
DIRECTOR DEL TRABAJO FIN DE GRADO: 
Eduardo Gallego Díaz 
“El hombre se supera a śı mismo infinitamente porque siempre está en camino hacia la
plenitud infinita”
- Blaise Pascal
AGRADECIMIENTOS
En primer lugar, quisiera agradecer a mis padres la oportunidad de poder estudiar la
carrera en Madrid, en la ETSII, que para mı́ tanto ha significado. Su apoyo incesante y
su infinita confianza siempre. Y sobre todo su cercańıa, que ha hecho que en la distancia
los tenga igual, o más presentes que en mi propia casa. Gracias por estar siempre ah́ı,
gracias por todo.
No puedo dejar de agradecer a mis hermanos y resto de familiares, en especial a Sol,
pues no les ha faltado una palabra de aliento y cariño cuando les he necesitado. Gracias
por hacer estos años más llevaderos.
Quisiera dar las gracias especialmente a mi tutor, Eduardo, por su cercańıa, su flexi-
bilidad y su tiempo, por brindarme la oportunidad de realizar este trabajo que con tanta
ilusión solicité.
Me gustaŕıa agradecer también a mis amigos de la Escuela, que más bien pueden
considerarse amigos de toda la vida, porque lo que ha unido la ETSII, bien se sabe que
perdura. Gracias por enseñarme tanto en estos años, por ayudarme a crecer como persona
y demostrarme lo valiosa que es nuestra amistad.
A todo mi equipazo de Recoletos, que entre muchas otras cosas, ha soportado y apoya-
do mis frecuentes encierros de estudio, y escuchado con ilusión mis explicaciones sobre la
radiación. Sin ellas todo habŕıa sido distinto. Quisiera agradecer especialmente a Mamen,
su infinita paciencia y comprensión y a Pilar, el estar ah́ı siempre.
Por último, me gustaŕıa agradecer a Mónica, el animarme y ayudarme a hacer de
Madrid mi casa, de Industriales mi carrera y de la vida mi ilusión, con una simple palabra,
o un simple consejo, centrándome siempre en lo más importante y enseñándome a poner
en ello cabeza y corazón.
iii
Estudio y caracterización de la radiación de fondo natural en un entorno geográfico
RESUMEN EJECUTIVO
La desintegración radiactiva es un fenómeno que se produce continuamente en la
transición a la estabilidad de nucleidos inestables. Estos radionucleidos - presentes tanto
en la corteza terrestre como en la atmósfera - producto de las reacciones de espalación que
se producen cuando la radiación cósmica interacciona con los elementos presentes en la
misma, hacen que la Tierra esté continuamente expuesta a fuentes de radiación de origen
natural.
Esta radiación natural, también conocida como radiación de fondo ambiental, está
presente en bajas dosis en el planeta, si bien, accidentes de origen nuclear, como los que
han tenido lugar en el último siglo, en las centrales de Chernóbil, Fukushima, o las bombas
atómicas de Hiroshima y Nagasaki, tienen carácter remanente, y a d́ıa de hoy sus efectos
siguen latentes, en los entornos de los sucesos, con un drástico aumento de la radiación
de fondo del lugar.
La desinformación que acompañó a la mayoŕıa de accidentes motivó la creación de la
plataforma de Safecast, una organización sin ánimo de lucro que pretende ofrecer datos
referentes a la tasa de dosis equivalente ambiental en el mundo entero mediante una red de
usuarios que, con dośımetros de ionización gaseosa, en concreto, detectores Geiger-Müller,
realizan mediciones del entorno y las comparten públicamente de manera totalmente gra-
tuita y sin necesidad de tramitación gubernamental o institucional.
La principal motivación para la realización de este trabajo no ha sido solo la contri-
bución a la red mundial mencionada en el territorio español, si no la divulgación de este
fenómeno de radiación de fondo natural, generalmente menos conocido por la sociedad
que las fuentes de radiación de origen artificial. Para ello, se ha caracterizado mediante
el detector de Safecast - montado junto con un compañero en el laboratorio de Ingenieŕıa
Nuclear de la ETSII - la radiación de fondo del entorno de Madrid y de otras provin-
cias españolas. Las mediciones realizadas serán a su vez compartidas en la página del
Departamento de Ingenieŕıa Nuclear.
Las radiaciones, producto de la desintegración radiactiva, pueden ser directamente
o indirectamente ionizantes. Es necesario conocer los procesos por los que esta radiación
interacciona con la materia inerte para poder comprender los principios de funcionamiento
de los dośımetros; aśı como con la materia viva, para poder comprender el riesgo de
exposición del ser humano a fuentes radiactivas de esta ı́ndole, causante de sendos efectos
de carácter biológico, principalmente deterministas y estocásticos.
Ante la necesidad de proteger al hombre y a su descendencia de la exposición a radia-
ciones ionizantes, surge la Protección Radiológica, con objeto de reducir los efectos de-
terministas y la probabilidad de aparición de efectos estocásticos. En España, el Consejo
de Seguridad Nuclear, junto con la Administración del Estado, es el organismo encargado
de esta materia, para lo que cuenta con una serie de instalaciones y redes de vigilancia
ambiental como la REVIRA, y con una serie de medidas de control (distancia, tiempo
y blindaje), que pretenden facilitar el cumplimiento de los principios de la protección
radiológica.
Ana Erquicia De Clerck v
RESUMEN EJECUTIVO
Estos efectos biológicos, que motivan la protección radiológica, se cuantifican en el ser
humano a partir de una serie de magnitudes, como son la dosis absorbida, cantidad de
radiación que recibe el organismo; la dosis equivalente, dosis absorbida ponderada por el
tipo de radiación, y la dosis efectiva, dosis equivalente ponderada por el tejido u órgano
irradiado.
Siguiendo las recomendaciones de la Comisión Internacional de la Protección Ra-
diológica se incorpora a la legislación española el Reglamento de Protección de la Salud
frente a las Radiaciones Ionizantes, aśı como los ĺımites de dosis equivalente y efectiva
autorizados, tanto para trabajadores profesionalmente expuestos como para los miembros
de la población general.
Este trabajo pretende comprobar que los niveles de radiación del entorno de Madrid
se encuentran en los valores usuales y explicar los motivos que causan la diferencia de
tasa de dosis en los distintos emplazamientos estudiados, como pueden ser la composición
del suelo, más o menos rica en Radón, la altitud, y muy en menor medida la latitud.
Palabras clave:
Radiación, fondo natural, radioisótopos, ionización, excitación, protección radiológi-
ca, dosimetŕıa, Geiger-Müller, dosis equivalente, rayos gamma, Radón.
Códigos UNESCO: 2202.05 (Rayos gamma), 2202.07 (Interacción de Ondas Electro-
magnéticas con la Materia), 2207.14 (Desintegración Nuclear), 2207.20 (Radioisótopos),
2501.15 (Rayos Cósmicos).
vi Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
ÍNDICE
ÍNDICE
AGRADECIMIENTOS III
RESUMEN EJECUTIVO V
1. INTRODUCCIÓN 1
1.1. Motivación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2. Antecedentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.3. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.4. Estructura de la memoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2. RADIACTIVIDAD NATURAL 3
2.1. Desintegración radiactiva: definiciones y consideraciones previas . . . . . . 4
2.2. Radionucleidos producidos por la interacción de rayos cósmicos con la
atmósfera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.3. Radionucleidos presentes en la corteza terrestre . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.3.1. Radón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.4. Principales tipos de desintegración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.4.1. La radiación ionizante y su interacción con la materia . . . . . . . . 24
2.4.2. Radiación gamma ambiental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3. INTERACCIÓN DE LAS RADIACIONES CON LA MATERIA VIVA 39
3.1. Efectos biológicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.2. Magnitudes para cuantificar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.2.1. Magnitudes f́ısicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.2.2. Magnitudes espećıficas de la protección radiológica . . . . . . . . . 46
3.3. Dosis de exposición del ser humano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4. LA PROTECCIÓN RADIOLÓGICA 55
viii Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
Estudio y caracterización de la radiación de fondo natural en un entorno geográfico
4.1. Principios de la protección radiológica. Importancia de medir la radiación
de fondo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.2. Medidas de control y vigilancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.3. Ĺımites de dosis autorizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.4. Organismos relacionados con la protección radiológica . . . . . . . . . . . . 69
4.4.1. Organismos nacionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.4.2. Organismos internacionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5. INSTRUMENTOS PARA LA MEDIDA DE RADIACIÓN: DOSÍME-
TROS 71
5.1. Propiedades de los detectores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
5.2. Tipos de detectores y principales caracteŕısticas . . . . . . . . . . . . . . . 79
5.3. Principios de funcionamiento de los detectores de ionización gaseosa . . . . 84
5.3.1. Principios de funcionamiento del detector Geiger-Müller . . . . . . 86
6. DETECTOR GEIGER-MÜLLER Y PLATAFORMA SAFECAST 89
6.1. Descripción del montaje y funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
6.2. Comparación del detector Geiger-Müller de Safecast con otros detectores . 101
6.2.1. Comparación con el detector Berthold . . . . . . . . . . . . . . . . 104
6.2.2. Comparación con el detector PED + de Tracerco . . . . . . . . . . 106
6.3. Medidas realizadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
6.3.1. Significación de diferencias encontradas . . . . . . . . . . . . . . . . 120
6.3.2. Incorporación a la plataforma de Safecast . . . . . . . . . . . . . . . 121
7. CONCLUSIONES 125
7.1. Referentes a la caracterización del entorno geográfico de Madrid . . . . . . 125
7.2. Referentes a la precisión y calibración del detector G-M de Safecast . . . . 125
7.3. Referentes a la importancia de la protección radiológica frente a los efectos
derivados de la exposición a radiaciones ionizantes . . . . . . . . . . . . . . 126
Ana Erquicia De Clerck ix
ÍNDICE
BIBLIOGRAFÍA 127
ABREVIATURAS Y ACRÓNIMOS 130
ÍNDICE DE FIGURAS 137
ÍNDICE DE TABLAS 138
ANEXOS 139
D. PLANIFICACIÓN TEMPORAL Y PRESUPUESTO . . . . . . . . . . . . 139
D.1. Estructura de Descomposición del proyecto EDP . . . . . . . . . . . 139
D.2. Diagrama de Gantt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
D.3. Presupuesto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
x Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
Estudio y caracterización de la radiación de fondo natural en un entorno geográfico
1. INTRODUCCIÓN
1.1. Motivación
El ser humano está expuesto continuamente a fuentes externas e internas de radiación.
Más allá de las fuentes de origen artificial, generalmente conocidas por el hombre, existen
fuentes de radiación de origen natural, que están presentes en bajas dosis en el planeta y
que posiblemente son menos conocidas por la sociedad en general.
La principal motivación para la realización de este trabajo ha sido contribuir a una red
de datos completamente gratuita y fácilmente accesible por el público sobre la radiación
de fondo ambiental, que ofrece la plataforma de Safecast, aśı como a la página oficial del
Departamento de Ingenieŕıa Nuclear.
1.2. Antecedentes
Si bien académicamente no hay antecedentes de alumnos que hayan realizado un TFG
similar, este trabajo se ha realizado a la par con otro alumno, con el que se ha compartido
el montaje del detector Geiger-Müller, y que defendió el pasado mes de noviembre.
Históricamente se pueden considerar como antecedentes motivacionales, los distintos
accidentes nucleares que se han producido en el último siglo, ante los que ha habido una
gran desinformación, y cuyas consecuencias a d́ıa de hoy siguen latentes, tal y como se
puede comprobar al medir la radiación de fondo ambiental en el entorno de los sucesos.
1.3. Objetivos
El presente trabajo, con carácter divulgativo, pretende tratar el tema de la radiación
de fondo ambiental para posteriormente realizar un estudio y caracterizarla en un en-
torno geográfico, en concreto en la ciudad de Madrid, mediante un instrumento que se ha
montado para ello, el detector Geiger-Müller de Safecast.
Se pretende estudiar y comprobar los motivos que hacen que un lugar resulte tener una
mayor tasa de dosis que otro, entender la importancia de medir y controlar las radiaciones
ionizantes, por bajas que sean las tasas de dosis en que estas se encuentren, y estudiar
el principio de funcionamiento de los dośımetros empleados para la caracterización de la
radiación.
1.4. Estructura de la memoria
Para ello, en primer lugar, se introducirá el concepto de radiación y de desintegración
radiactiva, para situar el contexto de la radiación de fondo ambiental. Será necesario abar-
car los distintos tipos de desintegración que se conocen y cómo tiene lugar la interacción
Ana Erquicia De Clerck 1
1. INTRODUCCIÓN
de los productos de dichas desintegraciones con la materia, en concreto con la materia
viva.
Esto adquiere importancia, porque el ser humano, al estar expuesto a radiaciones
ionizantes, puede sufrir en su organismo distintos efectos biológicos en función de la tasa
de dosis y el tiempo de exposición. Se explicará en qué consisten los distintos efectos que
se pueden derivar en el ser humano, y se introducirán a continuación los principios de la
protección radiológica, que surge ante la necesidad de disminuir la aparición de los efectos
mencionados, mediante una serie de medidas de control y vigilancia, aśı como mediante
el establecimiento de ĺımites de dosis permitidos.
Finalmente, se introducirán los detectores de radiación, empleados para conocer la
tasa de dosis a la que se está expuesto. En concreto, se profundizará un poco más en la
explicación de los detectores Geiger-Müller, dado que es el tipo de detector que se empleará
para llevar a cabo la caracterización de la radiación de fondo inicialmente mencionada.
Para ello, se presentará la plataforma Safecast, desarrolladora del detector Geiger-
Müller, cuyo montaje y funcionamiento se explicarán detallándose con imágenes realizadas
por el alumno durante su montaje en el laboratorio.
Con objeto de poder extraer ideas concluyentes del análisis de la radiación de fondo
ambiental, se ha decidido comparar las provincias de Madrid, Cádiz y Ávila. Las medidas
realizadas se presentarán, comentándose la significación de diferencias encontradas entre
ellas.
Asimismo, con la finalidad de comprobar la fiabilidad del detector de Safecast, se han
llevado a cabo un par de experimentos de poco rigor, pero suficientes para el trabajo a
desarrollar.
2 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
Estudio y caracterización de la radiación de fondo natural en un entorno geográfico
2. RADIACTIVIDAD NATURAL
Para poder comprender el contexto del trabajo, es preciso explicar brevemente qué es
la radiación de fondo, pues es lo que se buscacaracterizar y analizar. Se puede comenzar
describiendo la radiactividad como la transición espontánea de núcleos inestables, desde
un estado energético inicial a un estado final de menor enerǵıa.
Esta transición se puede justificar a partir de la tabla de nucleidos, que se muestra
en la Figura 2.1, obtenida a partir de la herramienta Janis de la NEA (Nuclear Energy
Agency). En ella, se representa el número de neutrones de cada nucleido frente al número
de protones.
Figura 2.1: Tabla de nucleidos [1].
Se puede observar a la vista de la gráfica que los nucleidos estables son aquellos que
para un número atómico Z bajo, presentan el mismo número de protones y de neutrones
en el núcleo, pero a medida que Z aumenta, siguen la ĺınea negra, presentando más
neutrones que protones. Los nucleidos inestables, también llamados nucleidos radiactivos
o radionucleidos, se salen de la franja de estabilidad, pues generalmente presentan en el
núcleo un exceso de neutrones frente a protones, dándose también el caso contrario. De
ah́ı que se produzca una transición espontánea, el nucleido tiende a buscar la estabilidad,
generalmente disminuyendo el número de neutrones, o protones. Este proceso recibe el
nombre de desintegración radiactiva, y puede ser de distinto tipo en función del nucleido
padre, es decir, el nucleido que se desintegra.
Se conoce como radiactividad natural a dicha transición a núcleos estables, desde
radionucleidos que se originan por la interacción de los rayos cósmicos con la atmósfera,
o desde radionucleidos presentes en la corteza terrestre. Algunos alimentos y bebidas
contienen radionucleidos naturales, y su efecto se incluye en la dosis de radiación de
origen natural máxima permitida. Más adelante se dedicará un caṕıtulo a dosimetŕıa, en
el que se explicarán los ĺımites mencionados. A continuación, se introducirán ambos tipos
de nucleidos.
Las desintegraciones radiactivas descritas originan, en la transición hacia la estabilidad,
una radiación que recibe el nombre de radiación de fondo ambiental o natural, y que está
presente en bajas dosis en el planeta.
Ana Erquicia De Clerck 3
2. RADIACTIVIDAD NATURAL
2.1. Desintegración radiactiva: definiciones y consideraciones pre-
vias
Antes de exponer los distintos nucleidos que dan lugar a la desintegración radiactiva
que provoca la radiación de fondo ambiental, es preciso introducir una serie de variables,
que permitirán caracterizar los distintos radionucleidos.
Estas variables surgen debido a que la radiactividad, es decir, la transición de un estado
energético a otro de nucleidos inestables, es un fenómeno aleatorio; la probabilidad de
desintegración no depende de la presión, temperatura o cualquier otra influencia externa.
Sino que en un intervalo de tiempo dt, dicha probabilidad es directamente proporcional
a él.
P (t) = λ · dt (2.1)
La primera variable a definir es λ, conocida como constante de desintegración radiactiva.
Es la probabilidad de desintegración de un núcleo por unidad de tiempo. Por ello pue-
de deducirse que presenta unidades de tiempo−1 y depende exclusivamente del tipo de
nucleido y del tipo de desintegración que este presenta.
El número de desintegraciones que tiene lugar en un intervalo de tiempo viene regido
por la ley fundamental de desintegración radiactiva:
N(t) = N(0) · e−λ·t (2.2)
donde N(t) es el número de átomos finales, N(0) el número de átomos iniciales y e−λ·t
la probabilidad de que un núcleo sobreviva a la desintegración.
Si se representa gráficamente el número de átomos frente al tiempo, como se observa
en la Figura 2.2, se pueden definir las siguientes variables:
Periodo de semidesintegración o semivida, T1/2: tiempo necesario para que el núme-
ro de átomos se reduzca a la mitad. Es la variable que caracteriza a los nucleidos.
Vida media, τ : constituye el promedio de las vidas de todos los átomos y representa
el tiempo necesario para que el número de átomos se reduzca en un factor e.
T1/2 =
ln(2)
λ
(2.3)
τ =
1
λ
(2.4)
4 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
Estudio y caracterización de la radiación de fondo natural en un entorno geográfico
Figura 2.2: Ley de desintegración radiactiva, periodo de semidesintegración y vida media
[2].
A partir de aqúı se puede definir la actividad de un elemento como el número de
átomos que se desintegran por unidad de tiempo.
A(t) = −dN
dt
= λ ·N(0) · e−λ·t = A(0) · e−λ·t (2.5)
La unidad en el SI es el Bequerelio, Bq, siendo 1 bequerelio 1 desintegración por
segundo. También se emplea el Curio, Ci, para caracterizar la actividad, siendo 1 Ci =
3.7 ·1010 Bq. Esta actividad se corresponde a la actividad de 1 gramo de Radio 226 en
equilibrio con sus descendientes. Más adelante se analizará un poco más en detalle este
radionucleido.
La estructura t́ıpica de una desintegración radiactiva es: X → Y + part́ıcula, donde
X es el nucleido padre e Y es el nucleido hijo.
Por último, para cerrar este apartado de consideraciones previas a la introducción
de los distintos tipos de radionucleidos existentes, se debe introducir el concepto de
cadena de desintegración. Esta tiene lugar cuando el nucleido padre se desintegra dan-
do lugar a un nucleido hijo que a su vez es radiactivo. Estas cadenas se abordarán en
el apartado de radionucleidos presentes en la corteza terrestre. Es interesante observar
como el radionucleido hijo dependerá tanto de su periodo de semidesintegración como del
periodo de semidesintegración de su precursor, y por ello, pueden presentar padre e hijo
caracteŕısticas muy distintas.
Ana Erquicia De Clerck 5
2. RADIACTIVIDAD NATURAL
2.2. Radionucleidos producidos por la interacción de rayos cósmi-
cos con la atmósfera
Para presentar el primer tipo de radionucleidos que origina la radiación de fondo en la
Tierra, es preciso introducir la radiación cósmica, que en definitiva es la radiación proce-
dente del espacio. Se conocen dos tipos de radiación cósmica: la radiación electromagnética
y los rayos cósmicos, que pueden verse gráficamente en la Figura 2.3.
Figura 2.3: Radiación cósmica incidente [3].
La radiación electromagnética es la enerǵıa emitida por cuerpos celestes que viaja
por el espacio en forma de ondas. Esta emisión se produce acompañada de la radiación
cósmica solar, part́ıculas eléctricamente cargadas (protones, neutrones y algunos núcleos
pesados, como He), procedentes de la corona solar. Este flujo de part́ıculas es por ello
conocido como viento solar, y se emite de manera continua. Esporádicamente se produce
alguna explosión, en la que se libera una gran cantidad de enerǵıa acompañada de estas
part́ıculas, cuando los campos magnéticos en la superficie del Sol se retuercen y enredan
[4]. Las ondas de radio, microondas, ondas de infrarrojo, la luz visible, rayos ultravioletas,
rayos X y rayos gamma son tipos de radiación electromagnética cósmica.
Por otro lado, a diferencia de la radiación electromagnética, los rayos cósmicos no se
emiten en forma de ondas, sino que son part́ıculas subatómicas con una enerǵıa extrema-
damente elevada, principalmente protones y núcleos atómicos pesados. Acompañados de
emisiones electromagnéticas, se desplazan por el espacio a velocidad ligeramente inferior
a la velocidad de la luz y bombardean la atmósfera terrestre. Son de origen galáctico, pues
proceden de las supernovas, como puede observarse en la Figura 2.4.
Figura 2.4: Origen de los rayos cósmicos [3].
6 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
Estudio y caracterización de la radiación de fondo natural en un entorno geográfico
Las supernovas son explosiones producidas en la etapa final de la vida de grandes
estrellas. Suponen un acelerador de part́ıculas natural, debido a que la ingente cantidad de
enerǵıa liberada en la explosión, junto con los campos magnéticos interestelares, aceleran
las part́ıculas liberadas haciendo que sean muy penetrantesy dif́ıciles de blindar [4].
A modo de resumen, la Figura 2.5 describe gráficamente los fenómenos que tienen
lugar cuando la radiación cósmica incide sobre la superficie de la Tierra.
Figura 2.5: Fenómenos originados en el espacio por la incidencia de radiación cósmica
sobre la Tierra [3].
Se puede observar a la vista de la figura cómo el viento solar presiona las ĺıneas
del campo magnético terrestre en el lado más cercano al Sol, intensificándose su efecto,
mientras que, por el lado opuesto de la Tierra, las ĺıneas de campo magnético adoptan
una forma de cometa, debido a que la Magnetopausa atenúa las ĺıneas de fuerza. Esto
hace que ciertas part́ıculas del viento solar no se reflejen, sino que queden atrapadas en la
Cúspide polar, pudiendo llegar cerca del suelo terrestre en las regiones polares [5]. Esta
radiación cosmogénica da lugar a las conocidas auroras boreales.
Por el contrario, el campo magnético terrestre evita que esta radiación penetre hasta
la superficie en zonas del Ecuador. La magnetosfera, nombre que recibe el campo geo-
magnético terrestre, además de proteger la Tierra de las esporádicas explosiones solares,
crea dos cinturones, conocidos como cinturones de Van Allen, que atrapan estas part́ıculas
cargadas impidiendo que lleguen a la Tierra, y permitiendo la vida en ella.
Sin embargo, la parte de radiación cósmica primaria que incide isotrópicamente sobre la
parte superior de la atmósfera terrestre de forma continua, está constituida principalmente
por:
Protones (aproximadamente un 86%): con un espectro de enerǵıa superior a 1 GeV.
Part́ıculas α (aproximadamente un 12%).
Núcleos pesados (aproximadamente un 1%): núcleos con número atómico entre 4 y
26.
Ana Erquicia De Clerck 7
2. RADIACTIVIDAD NATURAL
Electrones (aproximadamente un 1%).
Como se ha explicado anteriormente, la radiación cósmica primaria incidente es muy
penetrante, pues presenta un espectro de enerǵıa elevado, más de la mitad de las part́ıculas
tienen una enerǵıa comprendida entre 0.5 y 5 GeV. Los núcleos de He y resto de núcleos
pesados presentan un espectro de enerǵıa por nucleón similar al del protón [5]. Esta
radiación primaria predomina por encima de los 25 km de altitud, en la estratosfera [6].
Alĺı, las part́ıculas interaccionan con los átomos de ox́ıgeno, nitrógeno, argón, etcétera,
presentes en la atmósfera, y al chocar, emiten millones de part́ıculas secundarias: muones,
piones, fotones, neutrones, electrones, rayos gamma, dando lugar a las llamadas reacciones
de espalación que pueden observarse en la Figura 2.6.
Figura 2.6: Reacciones de espalación debidas a interacción de rayos cósmicos con la
atmósfera [3].
A nivel del mar, el flujo de neutrones es comparable al de electrones. Los muones
representan el 80% del flujo de part́ıculas cargadas y el 20% restante, los electrones.
Como resultado de estos fenómenos descritos se generan distintos radionucleidos, que
están presentes tanto en la atmósfera como en la superficie terrestre y que contribuyen
a la radiación de fondo ambiental. Estos permanecen en la atmósfera un largo tiempo,
en función de su periodo de semidesintegración, o bien, en función de sus propiedades
qúımicas pueden desaparecer por precipitación [5].
La Tabla 2.1 muestra los radionucleidos presentes en la atmósfera terrestre por inter-
acción con rayos cósmicos, sus periodos de semidesintegración correspondientes, aśı como
los tipos de desintegración que siguen. De los 22 nucleidos cosmogénicos, el Carbono 14 y
el Tritio (3H) son los más importantes, teniendo repercusión sobre la dosis admisible para
los seres humanos.
8 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
Estudio y caracterización de la radiación de fondo natural en un entorno geográfico
Radio-nuclide T1/2 Major Radiation
10Be 1.600.000 years β
26Al 716.000 years γ
36Cl 300.000 years β
81Kr 229.000 years K x rays
14C 5730 years β
32Si 172 years β
39Ar 269 years β
3H 12,33 years β
22Na 2,60 years β+
35S 85,51 days β
7Be 53,29 days γ
37Ar 35 days K x rays
33P 25,3 days β
32P 14,26 days β
28Mg 20,91 hours β
24Na 14,96 hours β
38S 2,84 hours β
31Si 2,62 hours β
18F 1,83 hours β+
39Cl 55,6 minutes β
38Cl 37,24 minutes β
34mCl 32 minutes β+
Tabla 2.1: Radionucleidos cosmogénicos por interacción de rayos cósmicos [6].
Finalmente, es importante discutir los factores que influyen en la dosis de radiación
recibida a partir de los rayos cósmicos. Estos son la altitud y la latitud.
La altitud influye en la dosis debido a la atmósfera. Esta protege a la Tierra frente
a la radiación. Por tanto, a mayor altitud, la protección de la atmósfera es menor
ya que tanto la densidad del aire como las interacciones disminuyen y por ende la
radiación recibida es del orden de 30 veces mayor que a nivel del suelo, a unos 6-8
km sobre el nivel del mar, y de 70 a 170 veces la dosis recibida a nivel del mar a
más de 10 km de altitud [2]. Se puede decir que la tasa de dosis de rayos cósmicos
se duplica por cada 2000 metros de aumento de altitud. La Figura 2.7 muestra esta
variación.
La latitud, como se ha explicado antes, influye en la dosis recibida debido a las
ĺıneas de campo magnético de la magnetosfera, que desv́ıan la radiación cerca del
Ecuador. El flujo de rayos cósmicos es mucho mayor en latitudes altas que en lati-
tudes bajas, llegándose a multiplicar por 5.
Ana Erquicia De Clerck 9
2. RADIACTIVIDAD NATURAL
Figura 2.7: Variación de tasa de dosis con la altitud [6].
En la sección de dosimetŕıa se expondrán las dosis recibidas en función de la altitud
en lo referente a efectos sobre la salud de las personas. Las unidades empleadas para
medir las dosis de radiación son t́ıpicamente los mSv, milisieverts, estas se explicarán en
la sección recientemente comentada.
De forma general se tiene que la dosis equivalente anual de rayos cósmicos es de 0.29
mSv aproximadamente a nivel del mar. Y la radiación cosmogénica supone aproximada-
mente un 10% de la dosis media anual por contribución de fuentes de radiación natural
y artificial, como se muestra en la Figura 2.8.
Figura 2.8: Dosis media anual en España por contribución de fuentes de radiación natu-
rales y artificiales [7].
2.3. Radionucleidos presentes en la corteza terrestre
Como se ha visto al inicio de la sección, la radiación de fondo puede originarse a
partir de radionucleidos cosmogénicos, o bien a partir de radionucleidos primordiales,
es decir, todos aquellos nucleidos inestables presentes en la corteza terrestre, tanto los
radionucleidos padres como los hijos, producto de la desintegración.
Estos nucleidos tienen su origen en la creación del sistema solar, algunos surgieron
10 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
Estudio y caracterización de la radiación de fondo natural en un entorno geográfico
hace 4.500 millones de años y pueden encontrarse en la corteza terrestre debido a que sus
periodos de semidesintegración son comparables a la edad de la Tierra [8]. La Tabla 2.2
muestra los principales radionucleidos primordiales en la corteza terrestre, aśı como su
periodo de semidesintegración y su abundancia en tanto por ciento. Estos se caracterizan
por desencadenar numerosas desintegraciones que dan lugar a otros nucleidos radiactivos,
es decir, son los nucleidos padres de diversas cadenas radiactivas. Aśı mismo existen otros
radionucleidos naturales de origen terrestre que a diferencia de estos no originan cadenas
radiactivas. Se presentarán a continuación.
Radioisótopo T1/2 (10
9 Y) Abundancia (%)
238U 4,47 99,3
232Th 14,0 100
235U 0,704 0,720
40K 1,25 0,0117
87Rb 48,9 27,9
Tabla 2.2: Radionucleidos primordiales en la corteza terrestre [8].
De los 5 radioisótopos presentados en la Tabla 2.2, sólo los 3 primeros dan lugar a
descendencia radiactiva. El Potasio 40 y Rubidio 87, por el contrario, no originan ninguna
cadena radiactiva, pero están presentes en la corteza terrestre debido a suelevado periodo
de semidesintegración. Se puede observar que este es del orden de 109 años para todos los
nucleidos de la tabla. De los 15 radioisótopos no desencadenantes, estos dos son los que
presentan mayor relevancia, aunque el 87Rb se encuentra en el ambiente y en los tejidos
humanos en bajas concentraciones.
Se van a presentar las cadenas de desintegración de los 3 primeros isótopos, por reflejar
la gran cantidad de isótopos radiactivos presentes actualmente en la corteza terrestre. Sin
embargo, se abordarán en detalle algunos de los isótopos la cadena del 238U, debido a la
influencia que presenta uno de los productos radiactivos sobre la dosis de radiación admi-
sible para los seres humanos, el Radón. Este radioisótopo supone un potencial problema
para la salud si no se toman las medidas de protección que se comentarán más adelante.
Estas tres cadenas mencionadas, junto con el Potasio 40 representan gran parte de la
radiación de fondo externa a las que están sometidos los seres humanos.
En concreto, el Potasio 40, además de encontrase en las rocas en concentraciones de
entre 0.3 y 4.5 ppm, es el componente radiactivo predominante en tejidos humanos y
en alimentos. Sin embargo, el contenido de este radioisótopo en el cuerpo humano se
encuentra controlado y no se ve muy alterado por variaciones ambientales [6].
El Uranio y el Torio se concentran en las rocas mediante procesos ı́gneos y sedimenta-
rios, constituyendo minerales cuando se encuentran en altas concentraciones. Es por ello
que en zonas en las que hay mayor concentración de los mismos, es mayor la exposición
a fuentes radiactivas, o lo que es lo mismo, es mayor la contribución de dichos nucleidos
a la dosis de radiación ambiental.
Ana Erquicia De Clerck 11
2. RADIACTIVIDAD NATURAL
Se mencionó en la sección de consideraciones previas que, en las cadenas de desintegra-
ción, los radionucleidos hijos depend́ıan tanto de su periodo de semidesintegración como
del periodo del nucleido padre, y por ello pod́ıan presentar caracteŕısticas muy distintas
unos de otros. A esto se suma la variación de propiedades en función del número atómico.
Para poder determinar las dosis admisibles para la óptima salud del ser humano, es
necesario conocer cómo interaccionan estos radionucleidos con el medio, por ello, se va a
proceder a comentar varias consideraciones sobre los nucleidos de mayor influencia en la
radiación de fondo ambiental.
Torio
El Torio, al igual que el Uranio, es de naturaleza omnipresente. El 232Th es el único
radioisótopo primordial, pues tiene su T1/2 comparable a la edad de la Tierra; mientras
que el resto de isótopos de menor vida se encuentran presentes como productos radiactivos
de las tres cadenas mencionadas.
Las concentraciones de Torio en aguas naturales no son muy elevadas, sin embargo,
una vez solubilizado se convierte en un radionucleido de mayor movilidad. Las mayores
concentraciones de Torio se encuentran en las rocas comunes, entre las 2 y 20 ppm, con
una actividad espećıfica de 8-80 Bq/kg.
Se han realizado estudios que muestran que la inhalación de part́ıculas suspendidas
del suelo es la mayor fuente de exposición de este nucleido, en concreto se ha visto como
la concentración de los isótopos 232Th y 230Th aumenta con los años en el interior del
cuerpo humano.
La Tabla 2.3 muestra la cadena de desintegración natural del 232Th, el periodo de
semidesintegración de cada isótopo y los principales tipos de desintegraciones que llevan
a cabo. Estos tipos de desintegraciones se explicarán una vez finalizada la sección de
radionucleidos. Igualmente, de forma gráfica se representa esta cadena en la Figura 2.9.
Cabe destacar que la radiación gamma de la cadena del Torio afecta a la tasa de
dosis externa en mayor medida que la radiación gamma de la cadena del Uranio [6]. Esta
radiación procede generalmente de los productos de desintegración del 232Th. Mientras
que el 228Ra, comúnmente presente en agua y suelo, es el principal responsable de la dosis
interna.
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Estudio y caracterización de la radiación de fondo natural en un entorno geográfico
Radio-nuclide T1/2 Major Radiation
232Th 1,41 · 1010 years α, < 1% γ
228Ra 5,75 years β, < 1% γ
228Ac 6,15 hours β,γ
228Th 1,91 years α,γ
224Ra 3,66 days α,γ
220Rn 55,6 seconds α, < 1% γ
216Po 0,145 seconds α, < 1% γ
212Pb 10,64 hours β,γ
212Bi 1,01 hours α,γ
212Po (64%)/208Tl (36%) 0,3 miliseconds/3,05 minutes α/β,γ
208Pb Stable None
Tabla 2.3: Cadena del 232Th [6].
Figura 2.9: Cadena del 232Th [8].
Uranio
El Uranio presente en la corteza terrestre se encuentra en forma de dos isótopos pri-
mordiales: 238U, que supone un 99.27% en masa del total del Uranio y 235U, que constituye
el 0.72%.
Prácticamente todas las rocas y suelos contienen Uranio natural. Las concentraciones
en las que se halla vaŕıan entre las 0.5 y 4.7 ppm, lo que corresponde a una actividad
espećıfica de 7-60 Bq/kg de 238U [6]. Además, se puede encontrar Uranio en el agua, en
el aire y en determinados alimentos, de forma que afecta tanto a la dosis externa como
interna, estando presente en distintos tejidos humanos.
La Tabla 2.4 muestra la cadena de desintegración natural del 238U, y la Figura 2.10
la representa gráficamente. Cabe destacar en esta cadena la importancia del Radio-226 y
del Radón-222, que se comentarán a continuación.
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2. RADIACTIVIDAD NATURAL
Radio-nuclide T1/2 Major Radiation
238U 4,47 · 109 years α, < 1% γ
234Th 24,1 days β
234mPa 1,17 minutes β, < 1% γ
234U 2,46 · 105 years α, < 1% γ
230Th 7,54 · 104 years α, < 1% γ
226Ra 1600 years α,γ
222Rn 3,82 days α, < 1% γ
218Po 3,1 minutes α, < 1% γ
214Pb 26,8 minutes β,γ
214Bi 19,9 minutes β,γ
214Po 164,3 microseconds α, < 1% γ
210Pb 22,3 years β,γ
210Bi 5,01 days β
210Po 138,4 days α, < 1% γ
206Pb Stable None
Tabla 2.4: Cadena del 238U [6].
Figura 2.10: Cadena del 238U [8].
El 235U es el nucleido padre de la cadena del Actinio, que se muestra en la Tabla
2.5 y gráficamente en la Figura 2.11. Puede sufrir fisiones espontáneas, o debido a la
interacción con neutrones originados en las reacciones de espalación de interacción de los
rayos cósmicos con la atmósfera.
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Estudio y caracterización de la radiación de fondo natural en un entorno geográfico
Radio-nuclide T1/2 Major Radiation
235U 7,04 · 108 years α,γ
231Th 1,06 days β,γ
231Pa 3,28 · 104 years α,γ
227Ac 21,77 years β, < 1% γ
227Th (98,62%)/223Fr (1,38%) 18,72 days/22 minutes α,γ/β,γ
223Ra 11,44 days α,γ
219Rn 3,96 seconds α,γ
215Po 1,78 miliseconds α, < 1% γ
211Pb 36,1 minutes β,γ
211Bi 2,14 minutes α,γ
207Tl 4,77 minutes β, < 1% γ
207Pb Stable None
Tabla 2.5: Cadena del 235U [6].
Figura 2.11: Cadena del 235U [8].
Sin embargo,“los productos de desintegración del uranio, en particular el radio y sus
productos de desintegración, son más importantes que el uranio en śı con respecto a la
dosis que reciben los seres humanos [6]”, en las exposiciones mencionadas, tanto internas
como externas.
Radio-226
El 226Ra es un radioisótopo de la cadena de desintegración del 238U. Tanto este isótopo
como sus desencadenantes, constituyen una fracción importante de la dosis interna que
reciben los seres humanos.
Como puede observarse en la Figura 2.10, el Ra sigue una desintegración de tipo α, y
presenta un periodo de semidesintegración de 1600 años. En dicha desintegración da lugar
al Radón-222, que a diferencia del primero presenta un periodo de semidesintegración de
3.82 d́ıas. Esta diferencia de periodos tiene una gran influencia en las dosis de radiación
recibida.
Ana Erquicia De Clerck 15
2. RADIACTIVIDAD NATURAL
No es tanto por el 226Ra, sino por sus productos radiactivos, emisores de radiación gam-
ma, la importante contribución a la radiación de fondo ambiental. Este se puede encontrar
de forma variable en los distintos suelos yrocas y su concentración está generalmente en
equilibrio con la del 238U.
La variabilidad del Radio en el suelo depende tanto de la ubicación como del clima y
del tiempo de meteorización, en definitiva, factores que caracterizan el desarrollo de un
suelo. En función de cómo se desarrolle el suelo, la distribución de macroconstituyentes,
entre los cuales destacan los radionucleidos, oligoelementos, etcétera, vaŕıa, dando lugar
a distintas concentraciones [6].
Contribuye a la dosis interna al ser absorbido por las plantas desde el suelo, y a través
de los alimentos, es ingerido por los seres humanos. Pero cabe destacar que la variabilidad
del Radio en el suelo hace que la concentración de Radio en los alimentos también sea
variable.
Se va a proceder a estudiar el Radón, isótopo radiactivo con efectos considerables sobre
la salud humana.
2.3.1. Radón
A la vista de las figuras 2.9, 2.10 y 2.11, se puede comprobar que el Radón está presente
en forma de tres distintos isótopos en las tres cadenas de desintegración.
En la cadena encabezada por el 238U, se ha visto como el 226Ra, decae en 222Rn,
emitiendo una part́ıcula α. Este isótopo recibe propiamente el nombre de Radón.
238U92
α−→ 234Th90
β−−→ 234mPa91
β−−→ 234U92
α−→ 230Th90
α−→ 226Ra88
α−→ 222Rn86
El Radón presenta el periodo de semidesintegración más largo de los tres. Ya se ha
dicho anteriormente que es de 3.82 d́ıas.
De la cadena de desintegración que encabeza el 232Th, se obtiene el isótopo 220Rn, que
recibe comúnmente el nombre de Torón, a partir de la desintegración del emisor α, 224Ra.
El periodo de semidesintegración de este isótopo es significativamente menor que el del
Radón, 55.6 segundos.
232Th90
α−→ 228Ra88
β−−→ 228Ac89
β−−→ 228Th90
α−→ 224Ra88
α−→ 220Rn86
Finalmente, el 235U, desencadena una sucesión de desintegraciones que dan lugar al
isótopo restante 219Rn, conocido como Actinón. Este procede de la desintegración del
223Ra, y presenta un periodo de semidesintegración de 3.96 segundos.
235U92
α−→ 231Th90
β−−→ 231Pa91
α−→ 227Ac89
β−−→ 227Th90
α−→ 223Ra88
α−→ 219Rn86
El Radón es un gas noble, inodoro, incoloro e inśıpido, que se presenta como moléculas
monoatómicas no polares y es inerte para fines prácticos [6]. Es perjudicial para la salud
cuando se sufre una exposición prolongada del mismo. Según la Organización Mundial de
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Estudio y caracterización de la radiación de fondo natural en un entorno geográfico
la Salud, es un factor de riesgo en el desarrollo del cáncer de pulmón [9]. Las unidades
de medida que se emplean para caracterizar la concentración de Radón son Bq/m3.
Se entiende que la exposición prolongada que afecta a la salud humana es mediante
inhalación del gas radón. Para poder inhalarlo, este debe pasar del suelo a la atmósfera.
Como el 220Rn y 219Rn presentan unos periodos de semidesintegración tan bajos, repre-
sentan un peligro menor que el 222Rn, que tiene más oportunidades para escapar a la
atmósfera.
Dado que el 222Rn procede de la desintegración del Radio y este a su vez tiene como
precursor en la cadena al 238U, se encuentra en la corteza terrestre con la misma variabi-
lidad que sus progenitores en función de la composición del suelo. Los suelos grańıticos
presentan mayores concentraciones de Radón.
El proceso por el cual el Radón llega a la atmósfera es el siguiente. Tras la desinte-
gración del Radio algunos de los átomos de Rn quedan retenidos en el agua de espacios
capilares. Desde el agua del suelo, por difusión, parte del Radón pasa al gas del suelo,
que posteriormente se intercambiará con gas atmosférico liberándolo. Los suelos porosos
y permeables facilitan esta salida del gas, como se muestra gráficamente en la Figura
2.12. La concentración de Radón en el gas del suelo está entre 4-40 Bq/m3, concentración
bastante superior que la que presenta una vez liberado a la atmósfera.
Figura 2.12: Salida del Radón a la atmósfera en suelos porosos [2].
Esto es aśı porque una vez liberado, el Radón se desintegra en los demás isótopos
radiactivos que pueden observarse en la Figura 2.10, Polonio, Bismuto y Plomo. Estos
tienden a adherirse a los polvos de la atmósfera, pudiendo ser inhalados por el ser humano
y quedar retenidos en el sistema respiratorio (Figura 2.13). Estos radioisótopos, emisores
α, ceden toda su enerǵıa a los pulmones, afectando negativamente a la salud.
Figura 2.13: La inhalación de 222Rn es un factor de riesgo para la salud [9].
Ana Erquicia De Clerck 17
2. RADIACTIVIDAD NATURAL
El problema de este gas noble radiactivo, reside sobretodo en que la liberación no se
produzca a la atmósfera, sino que se realice en espacios cerrados, ya sean cuevas, minas
subterráneas, sótanos o las plantas bajas de las viviendas, pues la densidad del Radón
es mayor a la del aire y tiende a concentrarse. Pese a que la concentración del Radón
disminuye una vez liberado, esta sigue siendo elevada si no existe una buena ventilación.
Según el Comité Cient́ıfico de las Naciones Unidas para el Estudio de los Efectos de las
Radiaciones Atómicas (UNSCEAR),“el 222Rn puede ingresar a la atmósfera interior de
varias formas: la advección y difusión del suelo, la difusión de los materiales de construc-
ción, la infiltración de aire exterior, la emanación del agua y presencia en el gas natural”
[6]. Estas se muestran esquemáticamente en la Figura 2.14.
Figura 2.14: Vı́as de acceso del Radón al interior de un edificio [9].
Distintos estudios han confirmado que en algunas viviendas la concentración de Radón
es tan elevada que su pone un riesgo mucho mayor que otros peligros de contaminación
actuales. Es por ello que el Consejo de Seguridad Nuclear (CSN) ha desarrollado la car-
tograf́ıa del potencial de Radón en España.
A partir de las medidas de concentración de radón en las plantas bajas de un amplio
número de viviendas y del mapa MARNA de radiación gamma natural, que se presentará
posteriormente en la Figura 2.33, se ha elaborado el mapa que se muestra en la Figura
2.15.
El potencial de Radón es el percentil 90 de la distribución de los niveles de Radón
de los edificios que se hallan en una zona. Como se ha explicado a lo largo de la sección,
este dependerá de las propiedades del terreno y de las caracteŕısticas constructivas de las
viviendas (materiales, etcétera).
18 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
Estudio y caracterización de la radiación de fondo natural en un entorno geográfico
Figura 2.15: Mapa del potencial de Radón en España [10].
El mapa de la Figura 2.15 identifica las zonas que presentan concentraciones de Radón
por encima de los 300 Bq/m3. Dichas zonas son consideradas zonas de actuación priori-
taria. Se puede ver que el oeste peninsular en concreto, las comunidades de Galicia, parte
de Castilla y León, y parte de Extremadura, presentan las mayores concentraciones de
Radón.
El Plan Nacional de Actuación contra el Radón descrito en la directiva europea
2013/59/Euratom [10], incluye una serie de soluciones incorporadas en el Código Técnico
de la Edificación, como barreras de protección, cámaras de aire ventiladas, despresuriza-
ción del terreno, sellado de cerramientos o mejora de la ventilación [9].
Cabe destacar antes de concluir la sección, que las medidas para la elaboración del
mapa se han llevado a cabo mediante dośımetros, objeto de estudio del presente trabajo,
con el que se ha llevado a cabo la caracterización de la radiación de fondo. Estos se
abordarán en un caṕıtulo posterior.
Se puede concluir, a la vista de la Figura 2.8, que el Radón y sus productos de desin-
tegración radiactiva representan la mayor contribución a la dosis de radiación de fondo
ambiental (31% de la dosis media anual en España). La dosis efectiva recibida puede
variar entre los 0.03 y 20 mSv en función de la localización.
El Torón supone un 2.7%de la contribución a la dosis media anual, pues ya se ha visto
que era potencialmente menos peligroso que el Radón. Y los radionucleidos presentes en
los alimentos suponen un 8.7%.
Ana Erquicia De Clerck 19
2. RADIACTIVIDAD NATURAL
2.4. Principales tipos de desintegración
Se va a proceder a explicar brevemente los distintos tipos de desintegraciones radiac-
tivas que existen, para aśı cerrar el caṕıtulo de radiactividad natural. Los principales son
3: desintegración α, β y γ.
En todas ellas se cumplen las leyes de conservación: conservación de la enerǵıa, de
la cantidad de movimiento, de la carga, de los números bariónicos y leptónicos y del
momento angular.
DESINTEGRACIÓN α
En la desintegración radiactiva de tipo α, el nucleido padre X, decae al nucleido Y,
liberando simultáneamente una part́ıcula α.
Figura 2.16: Desintegración α [2].
Como se puede ver en la Figura 2.16, las part́ıculas α son núcleos de He-4, formados
por dos protones y dos neutrones fuertemente ligados. Presenta una carga positiva igual
al doble de la carga del electrón, y una masa Mα de 4.00278 uma, por lo que se trata de
una part́ıcula pesada.
Este tipo de desintegración presenta un espectro de enerǵıa discreto, la emisión de las
part́ıculas α se realiza con una enerǵıa concreta y caracteŕıstica de cada nucleido. Gene-
ralmente siguen este tipo de desintegración nucleidos con un número másico A superior
a 140, que al liberar la part́ıcula α, disminuyen en 2 unidades su número atómico y en 4
su número másico para aśı cumplir la ley de conservación de la carga [11].
Estas part́ıculas alfa interaccionan con la materia de distintas formas que se comen-
tarán más adelante.
DESINTEGRACIÓN β
Este tipo de desintegración presenta tres procesos distintos:
Desintegración β−: consiste en la emisión espontánea de un electrón.
Desintegración β+: consiste en la emisión espontánea de un positrón.
Captura electrónica (CE): consiste en la captura de un electrón cortical por parte
del núcleo atómico.
20 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
Estudio y caracterización de la radiación de fondo natural en un entorno geográfico
Desintegración β−
Tal y como se muestra en la Figura 2.17, la desintegración β− consiste en la emisión
espontánea de un electrón que procede de la transformación de un neutrón del núcleo
padre a un protón. Este neutrón a su vez da lugar a un antineutrino, de forma que el
nucleido hijo presenta el mismo número másico que el nucleido padre (isóbaros), pero su
número atómico se incrementa en una unidad [11].
Figura 2.17: Desintegración β− [2].
Los electrones que se emiten en este tipo de desintegraciones presentan un espectro de
enerǵıa continuo, desde los 0 eV hasta una enerǵıa máxima comprendida entre los 0.1 y
3 MeV. Esta transición de nucleidos radiactivos hacia la estabilidad es t́ıpica de aquellos
que presentan un exceso de neutrones, como se véıa gráficamente en la Figura 2.1.
Los electrones, al igual que los núcleos de He-4, interaccionan con la materia causando
distintos efectos que se verán al final de la sección de forma resumida.
Desintegración β+
Por otro lado, se tiene la desintegración β+, que se muestra en la Figura 2.18. Esta,
a diferencia de la anterior, se caracteriza por la emisión de un positrón, antipart́ıcula del
electrón, es decir, presentando la misma masa, tiene la carga opuesta.
Figura 2.18: Desintegración β+ [2].
Los nucleidos con exceso de protones se desintegran siguiendo este mecanismo. Un
protón se transforma en neutrón dando lugar a la emisión de un neutrino además del
positrón mencionado; de forma que se acerca a la estabilidad.
Ana Erquicia De Clerck 21
2. RADIACTIVIDAD NATURAL
Al igual que en la desintegración β−, el espectro de enerǵıa de los positrones emitidos
es continuo con enerǵıas máximas comprendidas entre los 0.3 y 5 MeV. Sin embargo, en
este caso el nucleido hijo diferirá del nucleido padre en el número atómico, que disminuirá
una unidad, manteniéndose constante el número másico.
Captura electrónica (CE)
La captura electrónica es el tercer proceso que puede darse dentro de la desintegración
de tipo β. Esta se caracteriza porque el núcleo padre atrapa un electrón cortical, de las
capas más internas del átomo y lo combina con un protón para dar lugar a un neutrón y
un neutrino. La Figura 2.19 muestra esquemáticamente este tipo de desintegración.
Figura 2.19: Proceso de captura electrónica (CE) [2].
Al igual que en la desintegración β+, el nucleido hijo es un isóbaro del nucleido padre,
y su número atómico disminuye en una unidad. La captura electrónica puede producirse
con mayor facilidad que la desintegración β+. Pero a diferencia de los anteriores procesos,
la enerǵıa que se libera en la captura del electrón cortical se transfiere en su totalidad al
neutrino, que presenta un espectro de enerǵıa discreto.
Este último proceso de desintegración da lugar a dos fenómenos distintos, al quedar
una vacante en el orbital de la capa K del átomo (capa más interna). Como consecuencia
de dicha vacante, el átomo queda en estado excitado, por lo que tenderá a buscar la
estabilidad.
Figura 2.20: Fenómenos derivados de la captura electrónica [2].
La estabilidad se alcanzará mediante un reajuste de la configuración electrónica, que
puede verse gráficamente en la Figura 2.20. Un electrón de una capa más externa, pasa a
22 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
Estudio y caracterización de la radiación de fondo natural en un entorno geográfico
ocupar la vacante provocada por la captura del electrón cortical. En dicha transición del
electrón de una capa a otra, el átomo puede realizar dos cosas para desprenderse de su
exceso de enerǵıa:
Emitir rayos X caracteŕısticos, que presentan un espectro de enerǵıa discreto.
Emitir electrones corticales a través de un fotón virtual que incide sobre ellos al
reajustarse la configuración electrónica. Reciben el nombre de electrones Auger.
Igualmente, de forma más didáctica se presentan estos dos procesos de desprendimiento
de enerǵıa del átomo en la Figura 2.21.
Figura 2.21: Procesos de desexcitación del átomo tras CE [2].
DESINTEGRACIÓN γ
Se puede hablar de emisión de rayos γ, y análogamente de emisión de electrones de
conversión interna, cuando en lugar del átomo, es el núcleo atómico quien se encuentra
en un estado excitado. Este, para desprenderse de su exceso de enerǵıa tras sufrir una de
las desintegraciones anteriores, puede:
Emitir fotones γ monoenergéticos, que presentan un espectro de enerǵıa discreto.
Emitir un electrón cortical con la enerǵıa transferida desde el núcleo. Estos electrones
reciben el nombre de electrones de conversión interna.
La emisión de rayos γ recibe el nombre de radiactividad γ cuando tiene lugar una
transición isomérica (Figura 2.22), es decir, cuando un isótopo en estado metaestable o
excitado, se desexcita emitiendo enerǵıa electromagnética.
Figura 2.22: Transición isomérica [2].
Ana Erquicia De Clerck 23
2. RADIACTIVIDAD NATURAL
De la misma manera, la Figura 2.23 muestra estos dos procesos de desexcitación del
núcleo atómico.
Figura 2.23: Procesos de desexcitación del núcleo atómico [2].
Cabe destacar que la emisión de electrones de conversión interna, dejará una vacante
en una de las capas más internas del átomo, dejándolo en estado excitado y, por tanto,
dando lugar a los procesos antes descritos de reajuste de la configuración electrónica de la
mano de emisiones de rayos X caracteŕısticos y electrones Auger, como se puede observar
en la Figura 2.24.
Figura 2.24: Emisión de rayos X como consecuencia de la desexcitación del núcleo [2].
2.4.1. La radiación ionizante y su interacción con la materia
Una vez explicados los distintos tipos de desintegración radiactiva, se debe introdu-
cir el concepto de radiación ionizante, ya quetanto las part́ıculas como las radiaciones
electromagnéticas emitidas en estos procesos pueden tener la capacidad de penetrar la
materia, ionizarla e interaccionar con ella cediendo toda o parte de su enerǵıa.
Por ello, se considera radiación ionizante, según el Reglamento sobre protección sani-
taria contra radiaciones ionizantes 1 , a la“transferencia de enerǵıa en forma de part́ıculas
1El Reglamento de Protección de la Salud frente a las Radiaciones Ionizantes regula la exposición
a las radiaciones naturales por prácticas laborales. El Consejo Español de Seguridad Nuclear, en el
desarrollo de dicha normativa, ha emitido una instrucción y gúıas de seguridad, entre las que se incluyen
24 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
Estudio y caracterización de la radiación de fondo natural en un entorno geográfico
u ondas electromagnéticas de una longitud de onda igual o inferior a 100 nanómetros
capaz de producir iones directa o indirectamente” [12].
Las radiaciones descritas pueden ser directamente ionizantes o indirectamente ionizan-
tes, y es importante conocer cómo se producen las interacciones de estas con la materia,
para introducir los dośımetros o detectores de radiación, las unidades con las que traba-
jan y tener consciencia de los efectos que pueden desencadenarse si la materia con la que
interaccionan es materia viva. Para evitar estos efectos, que se analizarán más adelante,
surgen los principios de protección radiológica y distintas medidas que, si bien no evitan
los efectos, al menos los reducen.
La definición de radiación ionizante del Reglamento sobre protección sanitaria contra
radiaciones ionizantes indica que esta transferencia de enerǵıa se puede llevar a cabo
mediante:
Part́ıculas cargadas: constituyen las radiaciones directamente ionizantes, pues
es la propia part́ıcula emitida la que ioniza la materia al interaccionar con ella.
Ondas o radiación electromagnética: constituyen las radiaciones indirecta-
mente ionizantes, pues no tienen carga eléctrica y por tanto no pueden ionizar
directamente la materia. Ionizan la materia a partir de las part́ıculas cargadas libe-
radas en los distintos procesos de interacción. Los neutrones también se consideran
radiaciones indirectamente ionizantes.
Con la idea de dar constancia de los distintos procesos de interacción sin profundizar
en detalle, se van a exponer a continuación por un lado los procesos de interacción de
part́ıculas cargadas con la materia y por otro los procesos de interacción de la radiación
electromagnética con la materia. En la siguiente sección se verá con más detalle la radia-
ción gamma ambiental, pues supone otra de las principales contribuciones a la radiación
de fondo ambiental.
INTERACCIÓN DE PARTÍCULAS CARGADAS CON LA MATERIA
Las part́ıculas cargadas emitidas durante los distintos tipos de desintegración radiac-
tiva que se han visto, interaccionan electromagnéticamente con los núcleos de los átomos
o con los electrones. Existen principalmente dos tipos de interacción:
Colisión elástica: se caracteriza por conservar la enerǵıa cinética total en la inter-
acción y consecuentemente desviar la trayectoria de la part́ıcula.
Colisión inelástica: caracterizada por no conservar la enerǵıa cinética total.
Cuando la colisión inelástica se produce con los electrones, tienen lugar dos procesos:
ionización y excitación, cuando el átomo absorbe parte de la enerǵıa que pierde la part́ıcu-
la. Por el contrario, cuando la colisión inelástica se produce con los núcleos de los átomos
recomendaciones para limitar la exposición a la radiación natural, especialmente al Radón en las viviendas
[13].
Ana Erquicia De Clerck 25
2. RADIACTIVIDAD NATURAL
de la materia, el proceso que se desencadena recibe el nombre de radiación de frenado o
Bremsstrahlung. Este no es más que la emisión de radiación electromagnética a partir de
la enerǵıa cinética que pierden las part́ıculas cargadas al colisionar.
En la Figura 2.25 se presentan los tres procesos mencionados cuando tiene lugar una
colisión inelástica.
Figura 2.25: Procesos de interacción de part́ıculas cargadas con la materia [12].
Ionización: tiene lugar cuando la part́ıcula incidente colisiona con los electrones
del átomo con una enerǵıa superior a la enerǵıa de enlace del electrón. Como con-
secuencia dicho electrón es expulsado, dando lugar a un par ión-electrón que podrá
igualmente ionizar la materia. La enerǵıa necesaria para ionizar un átomo que se
encuentra en su estado fundamental recibe el nombre de enerǵıa de ionización.
Excitación: se produce cuando la part́ıcula colisiona con una enerǵıa inferior a la
enerǵıa de ionización. Como consecuencia no se expulsa un electrón, sino que este
pasa a ocupar un orbital superior, dejando al átomo en estado excitado. El átomo,
tendiendo a la estabilidad, se desexcitará según los mecanismos vistos anteriormente
(figuras 2.20 y 2.21).
Radiación de frenado o Bremsstrahlung: radiación electromagnética que se
emite cuando la part́ıcula que colisiona interacciona con el campo culombiano del
núcleo atómico. Como consecuencia de esta interacción, la part́ıcula se frena y la
radiación emitida presenta un espectro de enerǵıa continuo. Esta interacción es
caracteŕıstica de los electrones, que a su vez pueden provocar la excitación del átomo
dando lugar a la emisión de rayos X caracteŕısticos (espectro de enerǵıa discreto).
En concreto, esta radiación se emplea para la generación de rayos X comerciales.
Una vez expuestos los procesos derivados de la interacción de las part́ıculas cargadas
con la materia, se va a proceder a explicar en concreto cómo interacciona cada una de las
part́ıculas estudiadas en la sección 2.4.
La capacidad de penetración o alcance, es decir, máxima distancia de penetración de
la radiación en el medio, es diferente para cada part́ıcula, y es importante conocerlo de
cara a poder poner los medios para limitar la exposición a dichas radiaciones, mediante
un blindaje adecuado.
Part́ıculas α
Las part́ıculas alfa son part́ıculas pesadas que pierden enerǵıa cinética por ionización
o excitación. Dado que se trata de un núcleo de He-4, la desviación de la trayectoria es
despreciable puesto que no es afectada ni por colisión elástica ni por Bremsstrahlung.
26 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
Estudio y caracterización de la radiación de fondo natural en un entorno geográfico
Tiene un poder de penetración bajo (del orden de cm en el aire y µm en tejidos [16]),
es decir, presentan un alcance aproximadamente igual a la longitud recorrida, y también
aproximadamente igual para todas las part́ıculas emitidas con la misma enerǵıa. Son por
ello muy fáciles de blindar.
Aproximadamente el 80% de la ionización total (número de pares de iones creados
tanto por ionización primaria como secundaria en el recorrido de la part́ıcula) es ionización
primaria, y presentan una ionización espećıfica (número de pares de iones tanto primarios
como secundarios por unidad de camino recorrido) muy elevada. No suponen un peligro
por irradiación externa, pero la elevada ionización espećıfica dota a las part́ıculas α de
una peligrosidad considerable por irradiación interna, provocando daños celulares intensos
[16].
Durante la interacción, la part́ıcula transfiere su enerǵıa cinética hasta que se para,
captura dos electrones para formar un átomo estable de Helio y por tanto pierde su
capacidad de ionización. Este proceso se representa en la curva de Bragg de la Figura
2.26: evolución de la ionización espećıfica en función del recorrido de la part́ıcula. Esta
ionización es mayor a menor velocidad con la que avanza la part́ıcula.
Figura 2.26: Curva de Bragg [12].
Actualmente esta curva se aprovecha en tecnoloǵıas empleadas en el ámbito de la
medicina, como la protonterapia.
Tras el paso de la radiación, la materia ademásde ionizarse o excitarse, sufre cambios
qúımicos, por lo que se produce un aumento de temperatura que hace que se caliente.
Además, los desplazamientos atómicos pueden provocar daños materiales.
Electrones e−
Los electrones, a diferencia de las part́ıculas alfa, son part́ıculas ligeras que pierden su
enerǵıa cinética por colisión inelástica con los electrones de la materia mediante ionización
y excitación, y con los núcleos atómicos mediante Bremsstrahlung.
Ana Erquicia De Clerck 27
2. RADIACTIVIDAD NATURAL
El hecho de que tengan poca masa hace que se vean afectados también por colisio-
nes elásticas, que junto con la radiación de frenado ocasiona fuertes desviaciones en la
trayectoria, resultando esta ser en zig - zag.
Tanto los electrones como los positrones, que se estudiarán a continuación, presentan
un espectro de enerǵıa continuo. Esto hace que el alcance no esté tan bien definido como
para las part́ıculas alfa, si bien este aumenta en el aire hasta alcanzar unos metros, y es
capaz de penetrar el espesor de la piel [16]. Más allá de la piel no penetra el interior del
cuerpo humano. En general, el alcance de dichas part́ıculas es menor que la longitud que
recorren.
Aproximadamente el 50% de la ionización total es primaria, y la ionización espećıfica
es inferior a la que presentan las part́ıculas alfa. Es por ello que contribuyen esencialmente
a la radiación externa, y al igual que los núcleos de He-4, son part́ıculas fáciles de blindar.
El proceso de interacción es el siguiente. El electrón transfiere su enerǵıa cinética hasta
que se para y es capturado por el átomo contra el que colisiona. La curva de absorción
permite conocer el espesor de material necesario para absorber la radiación incidente. Esta
se muestra en la Figura 2.27 y representa la intensidad del haz colimado de part́ıculas
beta en función de dicho espesor en unidades másicas (g/cm2).
Figura 2.27: Curva de absorción para un haz de part́ıculas beta [12].
En la figura se marca el valor de x1/2, espesor de semirreducción, es el espesor necesario
para que la intensidad del haz se reduzca a la mitad. La curva sigue una exponencial que
depende, además del espesor del material, del coeficiente de absorción másico µm en este
caso. Este coeficiente depende exclusivamente de la enerǵıa máxima del espectro.
I(x) = I0 · e−µm·x (2.6)
La materia sufre los mismos efectos que con la interacción de part́ıculas alfa.
28 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
Estudio y caracterización de la radiación de fondo natural en un entorno geográfico
Positrones e+
Al tratarse de la antipart́ıcula del electrón, las caracteŕısticas son prácticamente las
mismas. Los positrones son part́ıculas ligeras que además de perder su enerǵıa cinética
por los procedimientos explicados para los electrones, sufren reacciones de aniquilación.
Cuando el positrón interacciona con la materia le transfiere su enerǵıa cinética hasta
quedar en reposo, y “aniquilarse” con un electrón. El proceso se muestra gráficamente en
la Figura 2.28.
Figura 2.28: Reacción de aniquilación [12].
Los isótopos radiactivos emisores de positrones se pueden considerar a efectos prácti-
cos emisores de radiación gamma, ya que al unirse el positrón a su antipart́ıcula se liberan
dos fotones de radiación gamma de 0.511 MeV cada uno, es decir, de las enerǵıas corres-
pondientes a dichas part́ıculas aniquiladas. Generalmente, estos tipos de desintegraciones
van acompañados de emisión de radiación electromagnética al quedar el núcleo atómico
o el propio átomo excitados [11].
En cuanto al alcance, trayectoria, ionización y efectos sobre la materia, estos son
idénticos que los descritos para electrones.
INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA CON LA MATERIA
Se conoce como radiación electromagnética a las ondas u oscilaciones de los campos
eléctrico y magnético que se propagan por el espacio a la velocidad de la luz transpor-
tando una enerǵıa E = hν = hc/λ. Las radiaciones electromagnéticas que se conocen se
distinguen en el origen y la enerǵıa, pero todas presentan la misma naturaleza. La Figura
2.29 muestra el espectro de radiación electromagnética. Se recuerda que dicha radiación
es ionizante cuando presenta una longitud de onda λ igual o inferior a 100 nm.
Ana Erquicia De Clerck 29
2. RADIACTIVIDAD NATURAL
Figura 2.29: Espectro de radiación electromagnética [14].
Los tres procesos por los que la radiación electromagnética ioniza indirectamente la
materia son los siguientes:
Efecto fotoeléctrico
Dispersión Compton
Producción de pares
Estos procesos se recogen esquemáticamente en la Figura 2.30, pero se va a proceder
a comentar cada uno.
Figura 2.30: Procesos de interacción de la radiación electromagnética ionizante con la
materia [12].
Efecto fotoeléctrico
El efecto fotoeléctrico consiste en la transferencia de enerǵıa total de un fotón que
incide y es absorbido, a un electrón de las capas internas del átomo, que sale expulsado
con una enerǵıa cinética igual a la diferencia entre la enerǵıa del fotón y la enerǵıa de
ligadura del electrón. Como consecuencia, el átomo quedará excitado, y emitirá rayos X
caracteŕısticos para volver al estado fundamental. De forma que, como resultado de este
fenómeno, se obtiene un par ión - electrón.
30 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
Estudio y caracterización de la radiación de fondo natural en un entorno geográfico
Efecto Compton
El efecto o dispersión Compton a diferencia del efecto fotoeléctrico no absorbe el fotón
incidente, sino que parte de su enerǵıa se transfiere a un electrón situado en una de las
capas más externas del átomo. De forma que se obtiene el mismo par ión – electrón, pero
el fotón no desaparece, por lo que hay radiación dispersada, de ah́ı el nombre del efecto.
En función del ángulo de dispersión, la enerǵıa que se cede al electrón es mayor o menor.
Al estar el electrón expulsado en capas más externas que en el efecto fotoeléctrico, el
átomo excitado emitirá radiación electromagnética caracteŕıstica de menor enerǵıa para
volver al estado fundamental.
Producción de pares
Este efecto recibe el nombre de producción de pares debido a que la interacción de un
fotón con el campo electromagnético del núcleo atómico hace que dicho fotón desaparezca
y se materialice en un par, part́ıcula – antipart́ıcula, es decir, en un par electrón - positrón.
Estas part́ıculas emitidas, interaccionarán con la materia mediante los procesos descri-
tos anteriormente. En concreto, el positrón interaccionará con un electrón de la materia,
emitiendo dos fotones de aniquilación de 0.511 MeV cada uno, tal y como se acaba de
explicar.
Existe una predominancia de un efecto frente al resto en función de la enerǵıa de la
radiación electromagnética ionizante y del número atómico del elemento absorbente. La
Figura 2.31 representa los distintos rangos de enerǵıa en los que predomina cada uno de
los efectos expuestos.
Figura 2.31: Predominancia de los efectos de interacción de radiación EM con la materia
en función de la enerǵıa [15].
Se puede concluir a la vista de la gráfica, que el efecto fotoeléctrico predomina para
fotones de enerǵıa inferior a 100 keV. El efecto Compton es predominante para fotones
de enerǵıas comprendidas entre los 0.5 y 10 MeV, mientras que la producción de pares se
da para fotones de enerǵıas mayores, superiores a los 10 MeV.
Ana Erquicia De Clerck 31
2. RADIACTIVIDAD NATURAL
A su paso por la materia, la radiación electromagnética se atenúa, según la curva de
atenuación, que sigue una exponencial similar a la de la curva de absorción de electrones
mostrada en la Figura 2.27.
I(x) = I0 · e−µ·x (2.7)
En este caso, µ es el coeficiente lineal de atenuación que, a diferencia del coeficiente
de absorción, depende de la enerǵıa de la radiación, del número atómico del materialy
de las secciones eficaces microscópicas, es decir, de la probabilidad de interacción.
El factor geométrico también influye en la atenuación de la radiación. La atenuación
es mayor, es decir, la radiación se debilita más a medida que se aleje la fuente del objeto
[16].
A diferencia de las part́ıculas cargadas, el alcance de la radiación electromagnética γ
es much́ısimo mayor, pudiendo traspasar el cuerpo humano y materiales como el aluminio.
Además de las radiaciones electromagnéticas ionizantes, los neutrones también se con-
sideran radiaciones indirectamente ionizantes. Estos interaccionan con la materia me-
diante reacciones nucleares como dispersiones elásticas, inelásticas, absorción o captura
del neutrón, etcétera, dando lugar a radiaciones secundarias que ionizan la materia. Los
neutrones son aún más penetrantes que la radiación γ.
La Figura 2.32 da una idea de la capacidad de penetración de los distintos tipos de
radiación en la materia, dando constancia de lo que se acaba de explicar. Se puede observar
que materiales como el hormigón son capaces de blindar neutrones, resultando estos por
tanto muy peligrosos a la exposición humana.
Figura 2.32: Capacidad de penetración de los distintos tipos de radiación en la materia
[16].
Se ha visto cómo el blindaje y la distancia son factores importantes para atenuar la
radiación. Estos, junto con el tiempo de exposición, constituyen factores esenciales en la
protección radiológica, por lo que serán estudiados más adelante.
32 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
Estudio y caracterización de la radiación de fondo natural en un entorno geográfico
2.4.2. Radiación gamma ambiental
Por último, se va a prestar especial atención a la radiación gamma ambiental, ya que
este tipo de radiación supone el objeto de estudio del trabajo, pues el detector empleado
para el mismo blinda part́ıculas de enerǵıas menores. Más adelante en el caṕıtulo 6, en el
que se trata el marco práctico, se contrastarán los resultados obtenidos con los que se van
a exponer a continuación.
La radiación gamma ambiental supone una de las principales contribuciones a la dosis
de radiación ionizante de fondo natural, puesto que como se puede observar en las ta-
blas 2.3, 2.4 y 2.5, los radioisótopos presentes en la corteza terrestre procedentes de las
distintas cadenas de desintegración estudiadas, contribuyen emitiendo dicha radiación en
su desintegración. En menor medida también la radiación cósmica origina radionucleidos
que contribuyen a la fuente de exposición γ.
Tras el accidente de la central nuclear de Chernóbil, en la década de los 80, la Unión
Europea y el Organismo Internacional de Enerǵıa Atómica (OEIA) promovieron, con
objeto de estimar la exposición a las distintas fuentes de radiación de origen natural, la
elaboración de atlas dosimétricos nacionales.
En respuesta, el Consejo de Seguridad Nuclear, en colaboración con ENUSA (Empresa
Nacional del Uranio) y con universidades españolas, desarrolló el proyecto MARNA (Mapa
de Radiación de gamma Natural), proyecto de I+D iniciado en 1991 que evalúa los niveles
de radiación de gamma natural en España, con medidas obtenidas durante los 30 años
que estuvo vigente el Plan Nacional de Exploración e Investigación del Uranio (PNEIU)
y con otras medidas de las tasas de exposición en distintos lugares del páıs [17].
En la Figura 2.33 se muestra el actual mapa del proyecto MARNA, que muestra la
tasa de exposición a la radiación γ en µR/hora.
Aunque en el próximo caṕıtulo se detallarán las distintas unidades empleadas para
las dosis de radiación, procede introducir el Roentgen (R). Esta unidad se define como
la cantidad de radiación X o gamma que produce una unidad electrostática de carga de
cualquier signo en un mililitro de aire seco a presión y temperatura estándar [17].
El microroentgen/hora (µR/h) se suele emplear en las medidas ambientales referidas
al aire exclusivamente y en concreto a la exploración de minerales radiactivos.
Extráıdas del proyecto MARNA del CSN, las figuras 2.34, 2.35 y 2.36 muestran dicho
mapa en las provincias de Madrid, Cádiz y Ávila, respectivamente, que serán princi-
palmente las provincias estudiadas en el trabajo, aunque en la Tabla 2.6 se presentan las
tasas de exposición media correspondientes a las distintas provincias ordenadas de manera
creciente.
Ana Erquicia De Clerck 33
2. RADIACTIVIDAD NATURAL
Figura 2.33: Mapa de la Radiación Natural de fondo en España (µR/h) [18].
A la vista del mapa se puede comprobar como las zonas de mayor exposición a la
radiación γ ambiental, coinciden con las zonas de mayor potencial de Radón. En la Figura
2.8 se véıa que el Radón supońıa la mayor contribución a la tasa de dosis anual en España,
seguido de los rayos γ, que suponen un 13% de la dosis anual.
Figura 2.34: Mapa de la Radiación Natural de fondo en Madrid [17].
Se observan diferencias significativas entre la exposición a fuentes radiactivas naturales
34 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
Estudio y caracterización de la radiación de fondo natural en un entorno geográfico
entre Madrid y Cádiz (figuras 2.34 y 2.35 respectivamente). Esto se debe generalmente a
la composición de los suelos y rocas en ambos emplazamientos, siendo la zona del centro
peninsular más rica en Uranio y por ende en Radón.
Figura 2.35: Mapa de la Radiación Natural de fondo en Cádiz [17].
Igualmente se puede observar a la vista de la Figura 2.36, como los niveles de radiación
de fondo ambiental son mayores en Ávila que en las dos provincias recién mostradas.
Figura 2.36: Mapa de la Radiación Natural de fondo en Ávila [17].
Ana Erquicia De Clerck 35
2. RADIACTIVIDAD NATURAL
Nº Provincia Media (µR/h) mSv/año µSv/h
1 Murcia 4.56 0.39 0.044
2 Castellón 4.85 0.43 0.05
3 Valencia 4.93 0.43 0.05
4 Alicante 4.94 0.43 0.05
5 Albacete 5.3 0.46 0.052
6 Cádiz 5.4 0.47 0.054
7 Tarragona 5.96 0.52 0.059
8 Almeŕıa 6.09 0.52 0.059
9 Cuenca 6.27 0.52 0.059
10 Cantabria 6.57 0.57 0.065
11 Teruel 6.67 0.58 0.066
12 Soria 6.72 0.58 0.066
13 Burgos 6.79 0.59 0.067
14 Granada 6.79 0.59 0.067
15 Palencia 6.82 0.59 0.067
16 Sevilla 6.83 0.59 0.067
17 Guadalajara 6.90 0.60 0.068
18 Álava 6.91 0.60 0.068
19 Barcelona 7.08 0.61 0.07
20 Málaga 7.20 0.63 0.072
21 La Rioja 7.29 0.63 0.072
22 Zaragoza 7.38 0.64 0.073
23 Huelva 7.49 0.66 0.075
24 Navarra 7.76 0.68 0.078
25 Huesca 7.81 0.68 0.078
26 Ciudad Real 7.87 0.69 0.079
27 Jaén 7.94 0.69 0.079
28 Lérida 7.95 0.69 0.079
29 Vizcaya 8.32 0.73 0.083
30 León 8.94 0.79 0.090
31 Córdoba 9.09 0.8 0.091
32 Valladolid 9.11 0.8 0.091
33 Gerona 9.28 0.81 0.092
34 Zamora 9.82 0.86 0.098
35 Asturias 9.95 0.86 0.098
36 Segovia 10.20 0.89 0.102
37 Badajoz 10.44 0.91 0.104
38 Guipúzcoa 10.64 0.93 0.106
39 La Coruña 10.95 0.95 0.108
40 Salamanca 12.31 1.07 0.122
41 Toledo 12.44 1.08 0.123
42 Madrid 12.74 1.11 0.127
43 Cáceres 13.00 1.13 0.129
44 Lugo 13.61 1.16 0.132
45 Orense 14.37 1.25 0.143
46 Ávila 15.12 1.33 0.151
47 Pontevedra 17.06 1.49 0.17
Tabla 2.6: Tasa de exposición media de cada provincia (2000) [17].
36 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (UPM)
Estudio y caracterización de la radiación de fondo natural en un entorno geográfico
Sin embargo, la unidad que se suele emplear para caracterizar las dosis de radiación en
el sistema internacional es el Sievert, que corresponde a 1 J/kg. 1 µSv equivale a 100 µR
si se consideran los efectos biológicos de las radiaciones. Con esta equivalencia se puede
presentar el mapa de radiación natural de fondo en España con los valores de tasa de
dosis equivalentes en mSv/año (Figura 2.37).
Figura 2.37: Mapa de la radiación natural de fondo en España [16].
Se vuelve a concluir, a la vista de los mapas y de la Tabla 2.6, que Murcia es la
provincia con el fondo natural más bajo, (0.39 mSv/año) y Pontevedra