13- Aplicación de la energía nuclear

Agricultura y alimentación

Primen ejemplo: Los procesos biológicos de las plantas se estudian, entre otras razones, con la intención de optimizar las técnicas de manejo de los cultivos, Gracias a su radioactividad, se puede seguir la evolución del Carbono 14 en los sarmientos y de esa manera sacar conclusiones sobre podas y otras labores tendientes a lograr una mayor acumulación de azúcar en las uvas.

Segundo ejemplo: Con el auxilio de especies radiactivas en los fertilizantes, como el Fósforo 32, se puede sacar importantes conclusiones con respecto a métodos, oportunidad y tipo de fertilizantes a ser utilizados Se trata de reducir al mínimo el uso de fertilizantes para bajar los costos de producción y reducir los daños que provocan al medio ambiente.

Otro aspecto dentro del tema agricultura y alimentación lo constituye el uso de las mutaciones genéticas para el desarrollo de variedades de cultivos agrícolas y hortícolas de alto rendimiento. Los rayos x, los rayos gamma y los neutrones rápidos son los mutágenos físicos que se usan con mayor frecuencia para irradiar las especies que se desea mejorar genéticamente.

Para aumentar la resistencia al encamado se intenta disminuir la altura de la planta de arroz y dar mayor dureza a su tallo para que pueda resistir la lluvia y las tormentas, Como ejemplo podemos citar un mutante de arroz en china que consiguió tener una caña 20 cm. más corta que la de su progenitor.

Otro objetivo buscado es mejorar las características de los granos como, por ejemplo, aumentar el valor nutritivo (contenido de proteínas o aceites), aumentar la facilidad de cocción y disolución o reducir el tiempo de cocción. Como ejemplo se puede mencionar un mutante de arroz en china que consiguió aumentar el contenido de proteínas a más del 15%.

También puede intentarse mejorar los caracteres agronómicos de la planta, como ser, resistencia al frío del invierno, aumento de la tolerancia al calor o una mejor adaptación a las condiciones de los suelos.

El rendimiento de muchas variedades de cultivos se ha multiplicado después de mutaciones inducidas con radiaciones. Para citar un ejemplo: Pakistán logró duplicar su producción de algodón usando esta técnica.

Una maduración temprana es importante para eludir las heladas y plagas, o simplemente para dar cabida en el terrero a otros cultivos. Un ejemplo de estos logros lo constituye una variedad de arroz en China que madura 24 días antes que su progenitora.

Aumentar la resistencia a las enfermedades tiene gran importancia en los esfuerzos para reducir la utilización de productos químicos contra las plagas, que tanto dañan el medio ambiente. Como ejemplos existe una variedad de arroz de Hungría y una variedad de menta de EE.UU. que resultaron resistentes a ciertos hongos que perjudicaban seriamente la producción.

Otra cuestión importante es el de la producción pecuaria.

-primera contribución: aumentar el peso del cuerpo y el rendimiento lechero del ganado gracias al mejoramiento de los piensos. Un ejemplo: en Indonesia los pastos son de muy baja calidad. Con técnicas nucleares se estudió la eficiencia con que los búfalos digerían esos pastos y se desarrolló, para sustituirlos, un bloque multi nutritivo que los búfalos lamen. Se logró un aumento de 3 Kg. por semana en el ritmo de engorde usando la sexta parte del pasto que antes.

-segunda contribución: mejorar la reproducción del ganado. A través de la medición de las hormonas que controlan la actividad de los ovarios (en particular la progesterona) se determina con exactitud si las hembras se encuentran en la fase adecuada de su ciclo reproductivo para ser fecundadas. Con auxilio de esta técnica se pudo preservar las alpacas y las vicuñas en los países andinos.

-tercera contribución: eliminar enfermedades mediante la producción de vacunas usando irradiación con rayos x o rayos gamma para atenuar los virus, Por ejemplo, en el Reino Unido la bronquitis parasitaria de temeros y corderos fue combatida con éxito mediante vacunas radioatenuadas, lográndose un ahorno de 40 millones de dólares anuales.

Un asunto vinculado e la agricultura y también a la salud y a la ganadería es el de la lucha contra las plagas de insectos. Las técnicas nucleares permiten erradicar o controlar estas plagas utilizando insectos esterilizados o alterados genéticamente con radiaciones, A modo de ejemplo, la principal peste de frutas y vegetares en los países subtropicales es la mosca mediterránea. Pudo ser combatida en varios países con la llamada técnica de los insectos estériles que consiste en desarrollar machos esterilizados por irradiación y soltarlos a competir con los machos fértiles. En sucesivas etapas se logra controlar la plaga.

El primer insecto erradicado con empleo de esta técnica fue la mosca del gusano barrenador, plaga que desbastó animales domésticos y silvestres en Curaçao y pudo ser controlada recién en 1945. Posteriormente, esta misma plaga fue también erradicada de EE.UU. y México.

La mosca tsetse, como es sabido, es portadora de un parásito unicelular, llamado tripanosoma, que causa la enfermedad del sueño. En el África Subsahariana, medio millón de personas (de las cuales muere el 60%) tiene esta enfermedad. Causa también una enfermedad del ganado llamada nagana, que mata tres millones de cabezas al año. La mosca tsetse es, sin dudas, la causa principal del estancamiento de la agricultura en el continente africano.

Una última cuestión dentro de este gran tema de la agricultura y alimentación es la irradiación de alimentos. Este proceso consiste en exponer a los alimentos, ya sea a granel o envasados, a una cantidad minuciosamente controlada de radiación ionizante. Esa irradiación puede conseguir diversos efectos, entre los cuales está el

a. prolongar el período de conservación de los alimentos,

b. inhibir la germinación de papas y cebollas,

c. retrasar la maduración de los frutos,

d. esterilizar alimentos envasados,

e. descontaminar aditivos e ingredientes.

Salud humana

Las aplicaciones de técnicas nucleares asociadas con la salud aparecieron rápidamente después del descubrimiento de los rayos x en 1896. En la actualidad es casi imposible que un hospital moderno no tenga un departamento de radiología y un departamento de medicina nuclear o que no utilice métodos radioquímicos para diagnosticar e investigar enfermedades. Cada año se llevan a cabo más de 30 millones de procedimientos médicos usando radioisótopos. Sólo en EE.UU. se ahorran 12 millones de dólares por cirugías que no fueron practicadas al ser sustituidas por procedimientos médicos con radisótopos.

Podemos afirmar que uno de cada tres pacientes de un hospital importante recibe los beneficios de la medicina nuclear, en la que intervienen como actores principales los radiofármacos. Cuando se quiere investigar en el cuerpo humano un proceso biológico o el funcionamiento de un órgano es necesario elegir cuidadosamente el compuesto químico radiactivo que se ha de administrar al paciente. Estos compuestos, en su mayoría orgánicos, se llaman radiofármacos. Actualmente, con fines de diagnóstico se usan más de 300 radiofármacos diferentes. Algunos se deben producir en el mismo hospital pues su vida media es muy corta, pero la mayoría se producen en centros nucleares o laboratorios nucleares específicos.

En la llamada medicina nuclear in vivo el radiofármaco se administra al paciente para investigar una función fisiológica o bioquímica del organismo. Por ejemplo, un compuesto conteniendo iodo radiactivo suministrado a un paciente permite investigar las glándulas tiroides a través de un detector especial que obtiene la imagen del órgano estudiado.

El diagnóstico por imágenes nucleares permite obtener información única sobre el funcionamiento de diversos órganos como el corazón, las tiroides, los riñones, el hígado y el cerebro, y también permite diagnosticar un amplio rango de tumores. Para diagnosticar trastornos cardíacos se inyecta cierto radiofármaco específico en el torrente sanguíneo del paciente aplicando luego un método analítico conocido corno tomografía computada de emisión de fotón simple. Una cámara rotatoria va midiendo e intervalos cortos la radiactividad con la ayuda de una computadora, permitiendo determinar que porción del corazón no tiene sangre.

Un nuevo método, llamado tomografía de emisión de positrones, tiene la ventaja de detectar simultáneamente imágenes en lados opuestos del paciente por lo que permite estudiar el metabolismo del músculo cardíaco con mayor precisión, Los positrones son partículas beta positiva emitidas por algunos radisótopos como el Fluor 18.

La llamada medicina nuclear in vitro lo que se hace es detectar y medir en un laboratorio ciertos componentes químicos de fluidos extraídos del cuerpo humano, como la sangre, y sacar conclusiones sobre enfermedades o deficiencias orgánicas. Cientos de millones de radioinmunoanálisis se realizan al año. Este método es de 10 a 100 millones de veces más sensible que otros, lo que hace posible detectar con total precisión hormonas, vitaminas, enzimas y muchas drogas en los fluidos biológicos. Esta técnica se aplica para la detección precoz de alteraciones neurológicas importantes, como es, por ejemplo, el hipotiroidismo en niños aparentemente sanos.

Algunas hormonas que pueden ser medidas con la sangre del paciente mediante el radioinmunoanálisis son: la de la función tiroidea, la de la función paratiroidea (vinculada a la descalcificación de los huesos), la de la reproducción, la de la función suprarenal, las que intervienen en la vasoconstricción y las que son segregadas en el páncreas.

Otra aplicación muy importante del radioinmunoanálisis es en el diagnóstico y seguimiento del cáncer por la medición de las sustancias que son segregadas en la mayoría de los tumores.

Los expertos predicen que la utilización general de técnicas nucleares en medicina habrá de triplicarse en un futuro próximo a fin de hacer frente a todos los casos que prevén las proyecciones.

Entre otros aspectos, la radioterapia permite el tratamiento de ciertas enfermedades, particularmente el cáncer, a través de la aplicación de radiaciones ionizantes. Dentro de la radioterapia, la tele terapia es el tratamiento en que la fuente de las radiaciones no está en contacto directo con el objeto del tratamiento. Las radiaciones utilizadas pueden ser de diferentes tipos y energías y tener origen en diversas fuentes. Por ejemplo, la cobaltoterapia es la forma de tele terapia que usa fuentes de cobalto 60. Otra forma de tele terapia son los modernos aceleradores que proporcionan haces de electrones, neutrones o iones pesados que permiten combatir el cáncer.

La otra forma de radioterapia es la braquiterapia que utiliza radisótopos en forma de alambre, semilla o cápsula que se implantan directamente en el tumor, donde pueden permanecer en forma continua hasta perder su actividad o ser extraídos después de un cierto tiempo.

Estos procedimientos pueden aplicarse cuando el tumor no ha sobrepasado unos pocos centímetros lo que -afortunadamente- es el caso de muchos pacientes. Un ejemplo es el tratamiento del cáncer de útero y de próstata muy comunes en muchos países en desarrollo,

En el ámbito de la salud también las técnicas de irradiación son altamente eficaces y de bajo costo en la esterilización de artículos de uso médico (vestimenta quirúrgica, suturas, catéteres y jeringas, entre otros). Las implantaciones de injertos de tejidos biológicos, como huesos, nervios y recubrimientos de corion amniota para quemaduras también se esterilizan exitosamente con radiaciones ionizantes.

Hay que tener en cuenta que las radiaciones ionizantes pueden producir daños importantes en los tejidos y en los órganos si no se toman las previsiones para evitar que incidan en forma descontrolada en nuestro organismo. Los departamentos de protección radiológica, que deben existir en todas las instalaciones que manejan radiaciones ionizantes, tienen la obligación de asegurar que técnicos, profesionales, operarios, pacientes y público en general no reciban más radiaciones ionizantes que las que sean imprescindibles y en un todo de acuerdo con las normas respectivas.

Un tema especialmente importante es, entonces, la determinación exacta de las dosis de radiaciones. En las aplicaciones terapéuticas su importancia puede ser de vida o muerte, por lo que es imprescindible que las dosis administradas se ajusten lo más estrechamente posible a las dosis prescriptas y que éstas, a su vez, sean las adecuadas a cada situación. De allí que la presencia de físico-médicos junto a los radioterapeutas sea obligatoria en los países avanzados.

Industria

En los países desarrollados casi todas las industrias utilizan técnicas nucleares de alguna forma. Así tenemos los trazadores radiactivos. El método consiste en añadir en un determinado proceso muy pequeñas cantidades de sustancias radiactivas llamadas trazadores y seguir su camino gracias a que emiten radiaciones. Según se cuenta, la primera vez que se usó un trazador radiactivo fue en 1911 cuando un estudiante húngaro, llamado George de Hevesy, que vivía en una pensión en Manchester, le puso a las sobras de comida una pequeña dosis de material radioactivo mediante la cual pudo confirmar al día siguiente que la comida estaba hecha con esas sobras. Como consecuencia, la dueña de la pensión lo acusó de brujo y lo expulsó de la pensión.

El hecho de que cantidades insignificantes de sustancias radiactivas puedan medirse rápidamente y con precisión hace que los trazadores radiactivos tengan muchos usos en la industria. Algunos ejemplos son:

- Control de mezclas. Por ejemplo, en un horno de cemento, al que se han agregado trazadores radiactivos, se puede realizar mediciones a distintas alturas del proceso para sacar conclusiones sobre la eficiencia del mezclado.

- Detección de fugas. En la india se pudo detectar filtraciones en un oleoducto de 140 Km de largo en sólo seis semanas, ahorrando seis meses de trabajo y 300 mil dólares en investigación, además de permitir una producción adicional de 1,6 millones de toneladas.

- Medición del desgaste de motores. En las pruebas de desgaste de la camisa de cilindros y de los asientos de cojinetes de los nuevos modelos de motores, el uso de trazadores radiactivos produce un ahorno de más de 3 millones de dólares en uno y otro caso, además del ahorro de 4 años de pruebas.

Respecto de los diversos instrumentos de uso industrial que se benefician de las técnicas nucleares, gran parte de ellos se basan en la propiedad de la materia de interactuar con los rayos gamma. Así tenemos:

-medidores de densidad (petróleo, tabaco, silos, pasta de papel, polvos. lechadas)

-indicadores de nivel (en silos, pozos, enlatados, botellas)

-indicadores de espesor de láminas (papel, plásticos, chapas)

-indicadores de espesor de bitumen

-detectores de humo.

También la energía nuclear se usa en baterías nucleares de satélites artificiales, estaciones meteorológicas aisladas y marca-pasos cardíacos.

Se sabe que cada elemento químico reacciona a las radiaciones electromagnéticas emitiendo rayos x característicos de dicho elemento, La detección y análisis de esos rayos x ofrece información cualitativa y cuantitativa sobre la composición de cualquier muestra sometida a radiaciones. Esto abre campo al análisis por fluorescencia de rayos x de carácter industrial.

Otro tema industrial son los ensayos no destructivos. La radiografía con empleo de rayos x, rayos gamma o neutrones se emplea corrientemente en la verificación de soldaduras, en fundiciones, en maquinaria ensamblada (como motores a chorro), en control de corrosión de materiales, en control de calidad de cerámicas, en la detección de explosivos, en la detección de humedad y en muchas otras aplicaciones.

Las radiaciones pueden inducir ciertas reacciones químicas convenientes para su aplicación en la industria. Por ejemplo, pueden emplearse en la fabricación de plásticos o en el injerto de plástico en otros materiales como madera u hormigón, o en la fabricación de material súper absorbente como pañales desechables y tampones, o para reducir las consecuencias medioambientales y sanitarias del empleo a gran escala de combustibles fósiles.

Finalmente, las radiaciones pueden ayudar a mejorar las condiciones ambientales. Por ejemplo, al ayudar a descomponer desechos sépticos o venenosos evitando el empleo de productos químicos altamente nocivos para el medio ambiente como, por ejemplo, el cloro.

Hidrología isotópica

La hidrología es un campo en que los Isótopos pueden desempeñar un papel de vanguardia en relación con muchas actividades de investigaciones y diversas aplicaciones.

Con empleo de trazadores isotópicos se han estudiado exitosamente las interacciones del agua subterránea y la matriz de los acuíferos. A modo de ejemplo, en México, Creta y Portugal se han descubierto fuentes de contaminación de agua marina en los acuíferos costeros con ayuda de trazadores isotópicos.

El método de datación isotópica está basado en la comparación de las proporciones de los isótopos radiactivos presentes al inicio de un proceso y al momento de la datación. Durante el lapso que se quiere medir ha habido un cambio en las proporciones iniciales -supuestamente conocidas- de los radisótopos presentes inicialmente en el elemento o sustancia. El cambio es debido a la desintegración radiactiva que se ha operado en esos radisótopos. Los cálculos se apoyan, justamente, en los valores de vida media de los radisótopos intervinientes. Por ejemplo, en las zonas áridas y semiáridas puede determinarse la edad del agua subterránea en lugares en que se prevé impulsar un desarrollo industrial. Si la datación dice que el agua tiene miles de años debe concluirse que, en caso de extraerla, no habrá reposición y la zona se secará en poco tiempo.

Las técnicas nucleares ayudan a explorar los recursos geoterrnales y conocer sus mecanismos de recarga, así como la calidad de su agua y sus posibles conexiones con otros acuíferos.

En aguas superficiales las técnicas nucleares ayudan a medir la dinámica de lagos y embalses, la filtración de las represas y de los conductos subterráneos, la descarga de los ríos, el transporte de sedimentos suspendidos y de fondo y la tasa de sedimentación.