Métodos de Producción de Radionucleidos en Física Nuclear

Equipos para la Producción de Radionucleidos

Los radionucleidos, fundamentales en diversas aplicaciones como la medicina nuclear, se obtienen mediante el uso de equipos especializados:

• Generadores de Radionucleidos
• Ciclotrones
• Reactores Nucleares

Generadores de Radionucleidos

Son unidades que contienen un nucleido "padre" radioactivo con vida media larga que se desintegra en un nucleido "hijo" de vida corta. El ejemplo más común es el generador de Tecnecio-99m (^99mTc).

Curvas de Actividad para Generadores

La actividad del nucleido hijo en un generador sigue un patrón característico que puede dividirse en segmentos:

1. Primer Segmento: Corresponde al periodo posterior a la elución (separación) de una porción del nucleido hijo. Durante este tiempo, la actividad del hijo aumenta a medida que se regenera. Su duración es aproximadamente de 4 vidas medias del hijo.

2. Segundo Segmento: Corresponde al periodo de equilibrio. La actividad del nucleido hijo disminuye a medida que se desintegra el padre, pero la proporción entre las actividades del padre y el hijo se mantiene relativamente constante.

Clasificación de los Generadores según el Equilibrio

Los generadores se pueden clasificar en dos grupos principales según la relación entre las vidas medias del padre y el hijo:

A) Equilibrio Transitorio

Ocurre cuando la vida media del padre es significativamente mayor (aproximadamente entre 10 y 100 veces) que la de la hija. En este caso, la actividad de la hija disminuye de manera perceptible con el tiempo, siguiendo la desintegración del padre, pero siempre es mayor que la actividad del padre en el equilibrio.

B) Equilibrio Secular

Ocurre cuando la vida media del padre es mucho mayor (más de 100 veces) que la de la hija. La curva de actividad del hijo es casi plana durante un largo periodo. Esto significa que la actividad del hijo es aproximadamente igual a la del padre y decae con la vida media del padre.

Energía Cinética

Es la energía asociada al movimiento de un objeto. Está directamente relacionada con su masa y su velocidad (E_k = ½ mv²).

Ciclotrón

Es un dispositivo circular en el que partículas cargadas, como protones o partículas alfa, son aceleradas en una trayectoria espiral mediante campos eléctricos y magnéticos. Se utilizan para producir radionucleidos bombardeando blancos específicos con estas partículas de alta energía.

• Deflector: Componente que dirige las partículas aceleradas fuera del ciclotrón, a través de una ventana, hacia un blanco.

• Ejemplo de Producción: El Indio-111 (¹¹¹In) se produce en un ciclotrón cuando protones (p) inciden sobre un blanco de Cadmio-111 (¹¹¹Cd), resultando en la reacción nuclear ¹¹¹Cd(p,n)¹¹¹In, donde se emite un neutrón (n).

Reactores Nucleares

Son instalaciones donde se lleva a cabo una reacción nuclear en cadena controlada. Son los equipos principales donde se generan muchos de los radionucleidos utilizados en medicina nuclear, como el Molibdeno-99 (⁹⁹Mo) y el Xenón-133 (¹³³Xe).

Un reactor nuclear se compone de varios elementos clave:

• Barras de Combustible: Contienen material fisible (como Uranio-235 o Uranio-238) que experimenta fisión nuclear al ser bombardeado por neutrones. La fisión libera una gran cantidad de energía térmica y emite nuevos neutrones (típicamente 2-3 por fisión).

• Moderador: Material (como grafito, agua pesada o agua ligera) que ralentiza los neutrones rápidos emitidos en la fisión para convertirlos en neutrones térmicos, que son más efectivos para inducir nuevas fisiones.

• Barras de Control: Fabricadas con materiales que absorben neutrones (como Cadmio o Boro). Se insertan o retiran del núcleo para regular la velocidad de la reacción en cadena.

La producción de radionucleidos en reactores se realiza principalmente mediante dos mecanismos:

• Fisión: El radionúclido deseado es uno de los fragmentos resultantes de la fisión de un átomo pesado (como el Uranio). Por ejemplo, el ⁹⁹Mo se obtiene como un fragmento de fisión del ²³⁵U.

• Captura de Neutrones: Un átomo blanco estable captura un neutrón térmico, convirtiéndose en un isótopo generalmente inestable (radionúclido). Este nuevo átomo puede decaer emitiendo fotones gamma o partículas cargadas. Por ejemplo, muchos isótopos se producen por la reacción (n,γ), donde se captura un neutrón y se emite un fotón gamma.

En algunos tipos de reacciones nucleares inducidas, si se emite un protón, el proceso se denomina Transmutación, ya que el elemento original se transforma en otro.