lunes, 14 de octubre de 2019

Energía nuclear en el Mundoo


Planteamiento del problema:

¿Qué produce la radiación nuclear a la alimentación, agricultura, salud, etc.?

Hipótesis:

Variable independiente. _El daño o beneficios dependerá de la cantidad de radiación nuclear que los alimentos reciban.
Variable dependiente. _ Según la cantidad de radiación que reciba se podrá obtener el daño o beneficios que le produzca al alimento y a nuestra salud.

Utilizar las ciencias nucleares para alimentar al mundo


La tecnología nuclear es una de las formas más innovadoras que se utilizan para mejorar las prácticas agrícolas. Las aplicaciones nucleares en la agricultura dependen del uso de isótopos y técnicas de radiación para combatir plagas y enfermedades, aumentar la producción de cultivos, proteger la tierra y los recursos hídricos, garantizar la inocuidad y autenticidad de los alimentos y aumentar la producción ganadera.
La FAO y el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) han ampliado sus conocimientos y fortalecido su capacidad en este ámbito durante más de 50 años. Y los resultados han desembocado en historias de éxito importantes para el mundo.
He aquí sólo siete ejemplos de cómo la tecnología nuclear está mejorando la agricultura:

1. Productividad animal y salud


Las tecnologías nucleares y otras conexas han contribuido a mejorar la productividad ganadera, controlar y prevenir las enfermedades transfronterizas de los animales y proteger el medio ambiente.
Por ejemplo, Camerún utiliza eficazmente la tecnología nuclear en sus programas de reproducción ganadera, selección, inseminación artificial y control de enfermedades. Al cruzar el Bos indicus y el Bos taurus (dos razas locales de ganado), los agricultores triplicaron los rendimientos de producción de leche — de 500 a 1.500 litros — y generaron ingresos adicionales de 110 millones de USD al año. Otro programa ha reducido drásticamente la incidencia de la brucelosis, una zoonosis altamente contagiosa, o enfermedad que puede transmitirse de animales a humanos que beben leche sin pasteurizar o comen carne poco cocinada de animales infectados.

2. Mejora del equilibrio del suelo y del agua

Las técnicas nucleares se utilizan ahora en muchos países para ayudar a mantener sistemas suelo y agua saludables, que son fundamentales para garantizar la seguridad alimentaria de la creciente población mundial.
Por ejemplo, en Benín, un plan que involucró a 5.000 agricultores rurales aumentó el rendimiento del maíz en un 50% y redujo la cantidad de fertilizantes utilizados en un 70%, esto con técnicas que facilitan la fijación de nitrógeno. De manera similar, las técnicas nucleares permiten a los agricultores Masai, en Kenya, programar el riego a pequeña escala, duplicando los rendimientos de los vegetales, mientras que aplican sólo el 55% del agua que normalmente se aplicaría usando el riego manual tradicional.

3. Manejo de plagas

La técnica de los insectos estériles (TIE) implica la cría en masa y la esterilización de insectos machos antes de liberarlos sobre áreas infestadas de plagas. La técnica suprime y elimina gradualmente las plagas ya establecidas o impide la introducción de especies invasoras, y es más segura para el medio ambiente y la salud humana que los plaguicidas convencionales.
Los gobiernos de Guatemala, México y los Estados Unidos de América han estado usando la TIE durante décadas para prevenir la propagación hacia el norte (México y Estados Unidos) de la mosca mediterránea de la fruta. Además, Guatemala envía cientos de millones de mosquitos masculinos estériles cada semana a los estados de California y Florida para proteger cultivos valiosos, como cítricos. Con los machos estériles incapaces de reproducirse, es realmente el perfecto control de la natalidad de los insectos.

4. Seguridad alimentaria

La inocuidad de los alimentos y los sistemas de control de calidad deben ser sólidos a nivel nacional para facilitar el comercio de alimentos seguros y combatir el fraude alimentario, el cual cuesta a la industria alimentaria hasta 15 mil millones de USD al año.
Las técnicas nucleares ayudan a las autoridades nacionales de más de 50 países a mejorar la inocuidad de los alimentos al abordar el problema de los residuos nocivos y los contaminantes en los productos alimenticios y mejorar sus sistemas de trazabilidad con análisis de isótopos estables. Por ejemplo, los programas científicos en Pakistán, Angola y Mozambique ahora permiten la prueba de residuos de medicamentos veterinarios y contaminantes en productos de origen animal. Ya unas 50 instituciones paquistaníes de producción y exportación de alimentos se benefician de las nuevas capacidades de pruebas de laboratorio, las cuales ayudan a asegurar que se cumplen con los estándares internacionales alimentarios y aumentar la reputación del país en el comercio internacional de alimentos.

5. Respuesta de emergencia

La radioactividad está presente en todo lo que nos rodea, desde el sol hasta el suelo. Pero si se produce un incidente o una emergencia nuclear, la comprensión del movimiento de la radiactividad a través del medio ambiente resulta crucial para prevenir o aliviar el impacto en los productos agrícolas.
Durante la emergencia nuclear de 2011 en Japón, la FAO y el OIEA recopilaron una extensa y acreditada base de datos sobre alimentos contaminados con radioisótopos. Esta base de datos apoyó el intercambio de información y facilitó las medidas de seguimiento adecuadas para proteger a los consumidores, al sector agroalimentario y al mundo en general.

6. Adaptación al cambio climático

El sector agrícola utiliza tecnologías nucleares y relacionadas para adaptarse al cambio climático, al aumentar la eficiencia del uso de los recursos y la productividad de manera sostenible.
El programa nuclear de cruzamientos derivados en Burkina Faso es un gran ejemplo de ayuda a los agricultores para criar animales más productivos y resistentes al clima. El programa está respaldado por evaluaciones genéticas en cuatro laboratorios nacionales, y los científicos también pueden utilizar la tecnología asociada para producir alimentos de lamer que contribuyen a tener ganado más grande y productivo con todos los nutrientes que necesitan.

7. Prevención estacional del hambre

Los programas de mejoramiento de cultivos utilizan la tecnología nuclear para ayudar a los países vulnerables a garantizar la seguridad alimentaria, a adaptarse al cambio climático e incluso a hacer frente al hambre estacional. Las nuevas variedades de cultivos mejorados acortan el proceso de crecimiento, permitiendo así a los agricultores plantar cultivos adicionales durante la temporada de crecimiento.
En los últimos años, los agricultores del norte de Bangladesh han utilizado una variedad de arroz mejorado de rápida maduración llamada Binadhan-7. Esta variedad madura 30 días más rápido que el arroz normal, dando tiempo a los agricultores para cosechar otros cultivos en la misma temporada. Gracias al Binadhan-7 y otros factores, la producción de arroz en Bangladesh aumentó de 26,8 millones de toneladas en 2003-2004 a 33,8 millones de toneladas en 2012-2013.

Aprovechamiento de la Radioactividad

El hombre, desde que descubre el fenómeno de la radioactividad, la define y utiliza en un gran número de aplicaciones técnicas y científicas de gran relevancia en el desarrollo humano, desgraciadamente también para la guerra.  En este contexto, la ciencia y la tecnología han permitido al ser humano encontrar y desarrollar una utilidad de paz y práctica al fenómeno de la radiactividad. De este modo y desde hace mucho tiempo, las radiaciones ionizantes tienen aplicaciones en la mayoría de los campos de nuestra vida.
La tecnología nuclear, es aquella tecnología relacionada con las reacciones de los núcleos de ciertos elementos y gracias a ella, se ha podido realizar el aprovechamiento de la radioactividad.

Principales usos de la Radioactividad


Los materiales radiactivos tienen diversos usos: obtención de energía eléctrica,  procesos médicos de diagnóstico y tratamiento de enfermedades, múltiples aplicaciones industriales, agricultura, arqueología, biología entre muchas otras más,  las cuales en su gran mayoría son desconocidas para la sociedad en general. Los actuales desarrollos de la tecnología nuclear, han llevado a que la radiactividad tenga aplicaciones y aprovechamientos fundamentales para la vida cotidiana civil.

1. Obtención de energía eléctrica
En el mundo el 15% de la energía eléctrica se produce en centrales nucleares y para el caso de España, este porcentaje aumenta al más del 20%. Para comprender la manera en que la radiactividad es aprovechada para la obtención de la energía eléctrica  vamos a responder las siguientes preguntas.
  ¿Qué es la energía nuclear?
La energía nuclear es la energía que está en el núcleo del átomo, manteniendo unidos a los neutrones y los protones. Esta energía puede ser liberada del núcleo a través de dos formas: fusión nuclear y fisión nuclear.
En la fusión nuclear los núcleos de dos átomos se combinan o se fusionan entre sí para formar un núcleo más grande. En la fisión nuclear el núcleo de un átomo se divide o se separa para formar núcleos más pequeños. En ambas reacciones los átomos pierden una pequeña cantidad de masa, que se convierte en una gran cantidad de energía calorífica y de radiación.
Fisión Nuclear

Fusión Nuclear


Medicina


La medicina nuclear consiste en el uso de sustancias radiactivas no selladas y de las propiedades de los núcleidos estables en el diagnóstico, el tratamiento, la investigación y la prevención de enfermedades.
Según la Sociedad Española de Medicina Nuclear e Imagen Molecular la medicina nuclear se define como la rama de la medicina que emplea los isótopos radioactivos, las radiaciones nucleares, las variaciones electromagnéticas de los componentes del núcleo y técnicas biofísicas afines para la prevención, diagnóstico, terapéutica e investigación médica.
En la práctica, la medicina nuclear implica la administración de cantidades traza de compuestos radiactivos al paciente, para proporcionar información sobre los estados de enfermedad o para su tratamiento.
La principal cualidad de la medicina nuclear reside en que es una técnica no invasiva con alta capacidad de proporcionar medidas muy sensibles de una amplia gama de procesos biológicos en el cuerpo, que complementan la información anatómica brindada por otras modalidades de imágenes médicas.
En el área terapéutica, la gran aportación de la medicina nuclear es el tratamiento selectivo y directo de tumores, mediante substancias que van directamente al órgano enfermo y destruyen las células cancerosas.

Los principales procedimientos radiológicos terapéuticos o de diagnóstico son:
Radiofármacos: Elementos radiactivos que permiten investigar en el cuerpo humano un proceso biológico o el funcionamiento de un órgano.
Gammagrafía: Obtención de imágenes de órganos utilizando una gammacámara que detecta la radiación gamma emitida por los radiofármacos. Permite obtener información sobre el funcionamiento de diversos órganos y diagnosticar un amplio rango de tumores.
Radioterapia:  Aplicación de radiaciones ionizantes para la destrucción de tejidos malignos y tumores.
Diagnóstico mediante radioisótopos: Se utilizan radioisótopos para escanear y obtener imágenes de órganos y para la terapia contra el cáncer.
Esterilización de equipos médicos: A través de su irradiación.
Conocimiento de procesos biológicos mediante trazadores: Se pueden determinar pequeñísimas concentraciones de enzimas, hormonas, drogas, venenos, etc, mediante la técnica de radioinmunoanálisis (RIA).
Estudio de los caracteres de las células tumorales, su localización y extensión tumoral: Permite planificar la dosis, frecuencia y cantidad de sesiones de irradiación que se debe realizar, de manera que se facilite una reducción progresiva del tumor y se permita la mejor reparación de los tejidos circundantes.
En la página web de International Atomic Nuclear Agency (Agencia internacional de la energía nuclear), te informarán sobre la manera en que la tecnología nuclear se usa en el cuidado y control del cáncer y en la salud y nutrición humana.
En la página web de The World Nuclear Association (Asociación nuclear mundial) encontrarás ejemplos de las aplicaciones de la radiactividad y la tecnología nuclear en medicina.

Industria

En la industria el uso de radioisótopos y radiaciones de diversas formas, ha permitido el desarrollo y mejora de los procesos, las mediciones, la automatización y el control de calidad. Además, son muy numerosas las tipologías de Instalaciones radiactivas que funcionan con base en una fuente radiactiva, usando técnicas de gran precisión.
Los materiales radiactivos se utilizan en la radiografía industrial, ingeniería civil, análisis de materiales, dispositivos de medición, control de procesos en las fábricas y la comprobación de oleoductos y gasoductos en busca de fugas y debilidades. En la actualidad, casi todas las ramas de la industria utilizan radioisótopos y radiaciones de diversas maneras:
Se introducen sustancias radiactivas para investigar diversas variables de procesos industriales (caudales, filtraciones, fugas, etc), monitorear la tasa de desgaste del motor y la corrosión de los equipos de procesamiento. Estas sustancias son denominadas “Trazadores”.
Radiografías de la estructura interna de las piezas: Se trata de un método no destructivo que permite comprobar la calidad en soldaduras, piezas metálicas o cerámicas, etc, sin dañar o alterar la composición del material. Pueden ser gammagrafías (si se realizan con rayos gamma) o neutrografías (si se realizan con neutrones).
Para mejorar la calidad de determinados productos y para la esterilización de productos de «un sólo uso», se pueden irradiar con fuentes intensas.
Reducción de la tasa de dosis radiactiva de los reactores nucleares, con la inyección de radionucleidos.
Se utilizan radioisótopos como dispositivos de imagen para inspeccionar las debilidades y los defectos de los productos terminados.
La industria ha utilizado radioisótopos para desarrollar indicadores muy sensibles para medir el grosor y la densidad de muchos materiales.
Los medidores que contienen  fuentes radiactivas (generalmente gamma), son de uso generalizado en todas las industrias en las que los niveles de gases, líquidos y sólidos deben comprobarse. Ayudan a:
Probar el contenido de humedad de los suelos durante la construcción de carreteras.
Medir el espesor de papel y plástico durante la fabricación.
Comprobar la altura de fluido cuando se llenan botellas en las fábricas.
Detectar explosivos.
Los materiales radiactivos también se utilizan en la industria para:
Inspeccionar los defectos de las piezas metálicas y soldaduras.
Medir, monitorear y controlar el espesor de la chapa, textiles, servilletas de papel, periódico. plástico, películas fotográficas y otros productos.
Calibrar instrumentos.
La fabricación de cerámica y cristalería.
Generar calor o energía para estaciones meteorológicas remotas, satélites espaciales.
Las industrias que utilizan materiales radiactivos incluyen:
La industria del automóvil
Fabricantes de aeronaves
Las empresas mineras y petroleras
Compañías de tuberías
Compañías de construcción

Arte y Arqueología

La aplicación de la tecnología nuclear en el arte ha contribuido mediante nuevas técnicas de restauración y conservación preventiva al patrimonio cultural mundial:
Conservación y restauración del patrimonio: Mediante la impregnación con un monómero (molécula pequeña) y su posterior irradiación gamma, es posible reducir la progresiva pérdida de fijación que sufre la obra al estar expuesta al medio ambiente, a la vez que se esterilizan y luego se eliminan los insectos, hongos y demás que dañan y contaminan las obras.
Determinación de la antigüedad: La técnica del carbono-14 permite la datación de obras de arte y de piezas arqueológicas e históricas.
Determinación del origen de piezas históricas y arqueológicas: Se obtiene información sobre los recursos y técnicas que se usaron en su fabricación, su autenticidad, estado de deterioro y cómo restaurarlo.
Autenticidad de las obras de arte, mediante análisis de los elementos microconstituyentes de la materia prima, que varían según el autor y las épocas.
Algunas de las aplicaciones de la  radiactividad en el arte y la conservación del patrimonio son:
Análisis de obras pictóricas e instrumentos: Permite detectar si ha habido reparaciones previas, alteraciones, falsificaciones, daño interno por insectos, alteraciones significativos en la composición estructural y aporta información sobre la densidad de los materiales.
Conservación de libros antiguos: En situaciones extremas y como último recurso disponible, se usa la radiación gamma para la recuperación, tratamiento, saneamiento y limpieza de libros.
Restauración de Esculturas.

Medio Ambiente

Además de las aplicaciones de la radiactividad en Hidrología (diríjase a nuestra aplicación de la radiactividad número 3) y en agricultura y alimentación (diríjase a nuestra aplicación de la radiactividad número 4), los isótopos radiactivos son muy útiles para la reducción de la contaminación ambiental, para la evaluación del cambio climático, en el análisis del estado de conservación de la naturaleza y en todo tipo de investigaciones relacionadas.
Los radioisótopos son utilizados como trazadores ambientales que permiten detectar y analizar los contaminantes. En las iniciativas de reducción de la contaminación, son usados para identificar:
las cantidades de las sustancias contaminantes y los lugares en que se presentan
las causas de la contaminación
Las técnicas nucleares como el Análisis por Activación Neutrónica y difracción de rayos X han contribuido en la solución de problemas de contaminación, como los causados por el dióxido de azufre, las descargas gaseosas a nivel del suelo, en derrames de petróleo, en desechos agrícolas, en contaminación de aguas y en la contaminación generada por las ciudades.
Las aplicaciones y tecnologías nucleares son herramientas que se utilizan para entender el cambio climático; también permiten que los países generen las medidas adecuadas de adaptación a las consecuencias de dicho cambio. Con respecto a las medidas de adaptación, han contribuido en:
mejorar el control de las inundaciones
desarrollar nuevas técnicas de riego en regiones cada vez más áridas
generar nuevas tecnologías para medir el impacto del cambio climático

Exploración Espacial


La utilización de fuentes radiactivas y radiaciones ionizantes ha contribuido al desarrollo de la actual tecnología espacial.
Los radioisótopos han sido una importante fuente de energía en el espacio desde 1961.  Los reactores nucleares también han contribuido en los viajes espaciales, se han usado para la propulsión de los cohetes espaciales.
La gran cantidad de energía que emiten los radioisótopos, es transformada para generar corriente eléctrica que alimenta de energía eléctrica a: los instrumentos de las naves de exploración espacial y satélites; los equipos robóticos de misiones no tripuladas a planetas exteriores del sistema solar; los equipos eléctricos y electrónicos de medida y transmisión de datos a la tierra.

Las baterías eléctricas funcionan gracias a pequeñas fuentes radioactivas con plutonio 238, cobalto 60 o estroncio 90. Son de tamaño muy reducido y pueden funcionar sin ninguna operación de mantenimiento durante años.
La fuentes de energía de fisión nuclear para los viajes espaciales ha sido usada principalmente por Rusia, sin embargo, tanto Rusia como Estados Unidos están desarrollando nuevos y más poderosos diseños. La energía nuclear se ha usado como sustituta de los cohetes químicos en las últimas fases de lanzamiento de los cohetes espaciales.
El calor de desintegración del plutonio-238 ha impulsado muchos vehículos espaciales y ha contribuido al éxito de las misiones espaciales. Entre los vehículos espaciales se encuentran Apolo, Pioneer, Vikingo, Voyager, Galileo, Cassini, Rover Curiosity (el laboratorio científico de Marte) y entre las misiones espaciales están Rosetta con su sonda Philae y New Horizonts.

Radiactividad natural en los alimentos: expertos discuten la armonización de las normas internacionales




Todos los alimentos contienen radionucleidos naturales, que se transfieren del suelo a los cultivos en el terreno y del agua a los peces de los ríos, lagos y mares. Los niveles de radionucleidos naturales en los alimentos y el agua potable por lo general son muy bajos y seguros para el consumo humano. No obstante, pueden variar considerablemente en función de la geología local, el clima y las prácticas agrícolas.
El OIEA y expertos internacionales están elaborando, por lo tanto, orientaciones para medir y determinar los niveles aceptables de radiactividad natural en los alimentos, con el objetivo último de mejorar la inocuidad de estos. Del agua potable se hablará más adelante.
“Diariamente recibimos una pequeña dosis de radiación con nuestra dieta. Desde el punto de vista de la salud pública es insignificante en la mayoría de los casos, pero aun así es importante mejorar nuestro conocimiento de los factores que inciden en las dosis que reciben los consumidores”, dice Tony Colgan, Jefe de la Dependencia de Protección Radiológica del OIEA.
En una reunión sobre el tema celebrada en Viena el mes pasado, los expertos señalaron que, hasta ahora, las normas y orientaciones se han centrado en los niveles de la radiación artificial y se ha prestado menos atención a la radiación natural. Sin embargo, como indicó Lieve Sweeck, del Centro de Estudios de Energía Nuclear (SCK•CEN) de Bélgica, evaluar el movimiento y la acumulación de radionucleidos naturales en el medio ambiente y en la cadena alimentaria es importante porque la dosis de radiación de la mayoría de las personas procede mayormente de fuentes naturales.
La Organización Mundial de la Salud ha elaborado un marco, que incluye niveles orientativos, para gestionar los radionucleidos presentes en el agua potable, tanto los de origen natural como los artificiales[1]. Asimismo, la Comisión Mixta FAO/OMS del Codex Alimentarius ha publicado niveles de referencia aplicables a los radionucleidos presentes en alimentos destinados al consumo humano y objeto de comercio internacional que han sido contaminados tras una emergencia nuclear o radiológica [2].
El OIEA procurará ahora elaborar principios de orientación armonizada sobre la radiactividad natural presente en los alimentos en situaciones no de emergencia, intentando integrar las orientaciones ya existentes relativas a los radionucleidos artificiales. Esto incluye un examen de la información disponible sobre la concentración de radionucleidos naturales en los alimentos, estudiando las circunstancias en que pueden ocurrir concentraciones elevadas y determinando los radionucleidos y alimentos de particular interés, comprendidos los alimentos con respecto a los cuales los datos disponibles son pocos o inexistentes.
Muchos países aplican programas nacionales de vigilancia para determinar los niveles de radiactividad en los alimentos y esos programas tienden a centrarse en radionucleidos artificiales como el cesio, el estroncio y el plutonio. Medir la presencia en los alimentos de radionucleidos naturales como el uranio, el torio, el radio y el polonio puede ser difícil y oneroso y requiere instalaciones, equipo y recursos humanos que muchos países no poseen.
En la reunión celebrada del 30 de octubre al 1 de noviembre de 2017, expertos de Bélgica, el Brasil, el Irán y Rusia presentaron los trabajos realizados para medir los radionucleidos naturales presentes en alimentos de producción nacional.
A la reunión también asistieron representantes de la FAO, el Comité Científico de las Naciones Unidas para el Estudio de los Efectos de las Radiaciones Atómicas (UNSCEAR) y la OMS.
Esta actividad surge en respuesta a una solicitud formulada por los Estados Miembros en la resolución GC(61)/RES/8 de la Conferencia General del OIEA. Este año y en 2018 se celebrarán nuevas reuniones.

Conclusiones




En la ganadería, la tecnología nuclear es muy beneficiosa para la inseminación artificial.


Las técnicas nucleares se utilizan ahora en muchos países para ayudar a mantener sistemas suelo y agua saludables, que son fundamentales para garantizar la seguridad alimentaria de la creciente población mundial.

Las técnicas nucleares ayudan a las autoridades nacionales de más de 50 países a mejorar la inocuidad de los alimentos.

El sector agrícola utiliza tecnologías nucleares y relacionadas para adaptarse al cambio climático.

En el mundo el 15% de la energía eléctrica se produce en centrales nucleares.

La medicina nuclear consiste en el uso de sustancias radiactivas no selladas y de las propiedades de los núcleidos estables en el diagnóstico, el tratamiento, la investigación y la prevención de enfermedades.

En la industria el uso de radioisótopos y radiaciones de diversas formas, ha permitido el desarrollo y mejora de los procesos.

La aplicación de la tecnología nuclear en el arte ha contribuido mediante nuevas técnicas de restauración y conservación preventiva al patrimonio cultural mundial.