Radioactividad en el aula Teach article

Traducido por José María Cordobés. Luis Peralta, profesor en el Departamento de Física de la Universidad de Lisboa y Carmen Oliveira, profesora de Física y Química de Bachillerato en el Instituto Casquilhos de Barreiro, cerca de Lisboa, describen el proyecto “Radiación…

Localización de las escuelas
portuguesas que participan
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Adapted from an Imagen
cortesía de Rei-artur; original:
Wikimedia Commons

El proyecto “Radiación Medioambiental”, que comenzó en el año 2007, pone de relieve la importancia de la radiación ionizante -radiación con suficiente energía para extraer los electrones de los átomos y de las moléculas- en la vida diaria. Actualmente participan en este proyecto alumnos (de edades comprendidas entre 12 y 18) años, y profesores de 25 escuelas de Secundaria y de Bachillerato, de Portugal y de las Islas Azores, y reciben ayuda técnica y logística de los departamentos de Física de las universidades de Lisboa y Beira Interior, y del Laboratorio de Instrumentos y Física Experimental de Partículas. La idea del proyecto surgió cuando estudiantes de varios Centros de Bachillerato visitaron la Universidad de Lisboa durante un par de días en el verano del año 2006 y tuvieron la ocasión de visitar unas minas de uranio. Los profesores y estudiantes realizan las experiencias y comunican sus resultados a través de la webw1 del proyecto (ver gráficas abajo) y en un taller anual de un día de duración, que se celebra en una de las escuelas que participan en el proyecto.

Este incluye una feria de la ciencia en la que los alumnos presentan sus resultados e intercambian sus ideas, y los mejores trabajos reciben premios simbólicos. La jornada finaliza con un debate entre los estudiantes y científicos que trabajan en el campo de la radioactividad. Este taller es también un acontecimiento social que atrae la atención de los periódicos y las radios locales.

El Proyecto “Radiación Medioambiental” también prevé actividades extracurriculares. En el año 2008, estudiantes y profesores acompañados por dos geólogos, visitaron las minas de Uranio situadas cerca de Nisa, un pueblo que está a unos 200 kms al noreste de Lisboa. Éste es uno de los lugares de Portugal en el que se pueden encontrar rocas con algún grado de radioactividad. Allí, los estudiantes recogieron más de 50 kg de roca, que sirvieron luego para llevar a cabos los experimentos en la escuela. Hay también otros lugares de Europa, en los que existen este tipo de rocas, como por ejemplo, en la República Checa.

El tema elegido para el Proyecto puede parecer polémico, al tratar sobre la radioactividad y los jóvenes, pero todas las muestras que se usan tienen bajo contenido radioactivo. Además, este aspecto negativo puede ser positivo, ya que permite a los estudiantes desarrollar unos hábitos basados en la necesidad de protección y de seguir unas normas de seguridad al trabajar con radioactividad en la vida diaria- por ejemplo cuando se trata de obtención de imágenes en Medicina. Para ello, la web del Proyecto, ha abierto un forum en el que los estudiantes son animados a debatir sobre temas relacionados con la radiación.

Los experimentos

Mapa radioactivo de Portugal:
uno de los trabajos
presentados por los alumnos
en el año 2008

Imagen cortesía de the
‘Environmental radiation’
project

Conviene saber que nos encontramos con radioactividad natural en diferentes situaciones. Por ejemplo, la radioactividad causada por el radón y los elementos en los que decae, representan alrededor del 50% de la radiación total a la que la gente está expuesta en Europa. A su vez, el radón se origina cuando el Uranio presente en las rocas, especialmente granito, se desintegra. El gas radón se licúa y gotea a través de las grietas en las paredes y se acumula en lugares cerrados, como sótanos, o en el interior de edificios en los pisos bajos, en los que su presencia puede ser detectada mediante experimentos que los estudiantes pueden llevar a acabo en sus escuelas.

Las experiencias desarrolladas para este proyecto, pueden ser realizadas empleando pocos materiales y nada costosos. A cada una de las escuelas participantes se le facilitó un contador Geiger, semillas irradiadas, placas para radiografías dentales y un recipiente de plástico con 2 kgs de rocas procedentes de las minas de uranio. Las escuelas aportaban el laboratorio, ordenadores y el entusiasmo de profesores y alumnos.

Una amplia gama de experimentos puede ser realizada para introducir e investigar la radioactividad, con diversos grados de complejidad. Por ejemplo, los estudiantes pueden utilizar contadores Geiger para medir los niveles de radiación en y alrededor de sus escuelas, y dibujar un mapa local de radiación utilizando las coordenadas con ayuda de un GPS, que pueden obtener con Google Earthw2. Otros experimentos sencillos empleando sólo un contador Geiger, podían ser el de determinar la radioactividad de la sal empleada para la preparación de alimentos, proveniente del cloruro potásico, así como la de las rocas; en experiencias más complejas, los estudiantes pueden colocar placas de metal de diferente espesor y composición (plomo, aluminio) entre el material radioactivo y el contador Geiger, y observar como disminuye la radiación al atravesar el metal.

Detección de radioactivdad
en las rocas

Imagen cortesía de proyecto
‘Environmental radiation’

Entre los experimentos realizados en el Proyecto “Radiación Medioambiental” está el uso de un globo para recoger polvo radioactivo en una habitación habitualmente cerrada: se frota el globo con una gamuza con el objeto de crear electricidad estática que atrae el polvo, se cuelga durante 30 minutos en dicha habitación; posteriormente se desincha y se coloca un contador Geiger para medir la radiación que emite. Los alumnos pueden incluso reproducir el histórico experimento de Becquerel, que le llevó al descubrimiento de la radioactividad, utilizando rocas radioactivas situadas cerca de placas dentales de rayos X y revelándolas después para ver lo que se ha originado.

Para ver las descripciones detalladas de todos los experimentos y un forum de discusión sobre radioactividad (en lengua portuguesa), ver la web del proyectow1.

Siguiendo las instrucciones detalladas más abajo, los alumnos pueden explorar una aplicación comercial de la radioactividad. El experimento ha sido realizado con éxito por estudiantes de 13 a 20 años, pero también es aconsejable para estudiantes más jóvenes, si la evaluación (medidas y gráficas) se adaptan oportunamente.

Aunque el efecto ionizante de la radiación daña el DNA y otras estructuras de la célula, con el consiguiente riesgo para las personas, este hecho también tiene su lado positivo. La radiación es usada para aniquilar microbios en instrumentos quirúrgicos, esterilizándolos, y también es empleado de un modo similar para alargar la vida de algunos alimentos, e incluso en la agricultura, donde se usa para eliminar parásitos en las semillas de plantas. En Portugal la irradiación de las semillas se hace únicamente como tema de investigación, mientras que en USA es ya una práctica frecuente. Está claro que con ello también se pueden producir daños a las semillas. Sin embargo, las semillas de las plantas son generalmente más resistentes a la radiación que los microorganismos que constituyen sus plagas, de ahí que la cuestión sea procurar un equilibrio: la radiación empleada debe ser lo suficientemente fuerte para matar los parásitos, sin perjudicar a las semillas.

Siguiendo la evolución de las semillas de plantas sometidas a diferentes dosis de radiación, los estudiantes también pueden observar los efectos de la misma en la germinación de las plantas y en su crecimiento.

Para este experimento, el Proyecto “Radiación Medioambiental” mantuvo las semillas irradiadas en el Departamento de Física de la Universidad de Lisboa, en un local destinado a esterilizar material quirúrgico. En cada país se pueden encontrar instituciones que permiten irradiar las semillas que uno necesita.

Equipamiento y materiales por grupo de 2 a 4 estudiantes

  • Varias bandejas (todas de la misma forma y tamaño)
  • Semillas de plantas sometidas previamente a diferentes dosis de radiación (preferiblemente de 0-400 Gy)
  • Recomendamos en lo posible el uso de semillas de trigo, pero el conocido alpiste (Phalaris canariensis, alimento corriente de canarios) también sirve y es quizás más fácil de adquirir.

    El factor más importante es la uniformidad en la dosis (es decir, cuando se irradian, todas las semillas de un lote, deben recibir la misma cantidad de radiación). Nosotros usamos un tubo de rayos X de alta potencia, marca Philips, para la irradiación). Las semillas (un volumen de aproximadamente 0,5 l al principio) se colocaron en una caja o vasija de plástico, que estaba a 0,5 m de la ventana del tubo de rayos X. Para controlar la dosis de la radiación, una cámara de ionización PTW Farmer fue colocada en el interior del recipiente, en medio de las semillas. Al término de cada una de las dosis previstas, parte de las semillas fueron sacadas del recipiente y separadas en una bolsa etiquetada. De ese modo las dosis son acumulativas para las semillas que permanecen en la caja de plástico.

    Uno de los problemas que aparecen en la irradiación es el de que las semillas más cercanas a la ventana del tubo, reciben una dosis más elevada, aunque la caja sea girada 180 º entre irradiaciones. Una buena solución podía ser colocar la caja sobre una base giratoria del tipo de la utilizada por los antiguos tocadiscos.

  • Tierra (la tierra del jardín podía servir)
  • Agua
  • Una regla
  • Opcional: termómetro, pH-ímetro, monitores de luz y de humedad.

Método de trabajo

  1. Colocar cantidades iguales de la misma clase de tierra en cada bandeja.
  2. Dividir las bandejas en áreas iguales (un área para cada dosis de radiación), etiquetarlas convenientemente, y colocar las semillas ya irradiadas en su área respectiva. Asegurarse de que se colocan el mismo número de semillas (de 50 a 100) en cada área y anotar el número! Si es posible, colocarlas en una rejilla –esto ayuda cuando se tienen que medir y contar las plantas individualmente.
  3. Cubrir las semillas con una capa de tierra de 2 a 3 mm de espesor (si es mayor, tardarán más tiempo en brotar).
  4. Regar las semillas regularmente con el mismo tipo y cantidad de agua.
  5. Keep all trays in the same place throughout the experiment, to ensure growth conditions are the same.
  6. Si se tienen los aparatos necesarios, medir y registrar las variables medioambientales (temperatura, luz, pH y humedad) de un modo regular. Si se trata de una actividad extracurricular, los estudiantes pueden hacer las medidas diariamente. En otro caso, hacerlo durante las horas de clase
  7. Para cada dosis de radiación, contar cuántas semillas germinan. También se puede anotar qué dosis de radiación hace germinar a las semillas en primer lugar.

    El tiempo empleado en germinar depende sobre todo de las condiciones locales. Hemos notado diferencias de hasta más de una semana entre las diversas escuelas. La luz y la temperatura son factores importantes, al igual que la profundidad a la que se colocan las semillas. En una de las escuelas, se podían anotar datos de las plantas a los 4 días mientras que en otras, había que esperar a los 12 días. Como norma, se pueden hacer las primeras medidas cuando las plantas han alcanzado 4 ó 5 cm de altura.

  8. Medir la altura de cada planta 8 y 12 días después que comenzaron a germinar y anotarlas. Como se ha apuntado más arriba, esto es sólo una guía, ya que el tiempo de crecimiento es variable. Se mide cada planta por separado, lo que lleva unos 15 minutos para 50 plantas. Colocar las semillas sobre una rejilla hace más fácil este proceso.
  9. Para cada dosis de radiación, agrupar las alturas medidas en intervalos de 0,5 cm, y dibujar un histograma que muestre el número de plantas en cada grupo, como indica el histograma de la figura.
  10. Calcular la altura media de cada planta para cada dosis de radiación, a los 8 y 12 días de la germinación.
  11. Anotar estos resultados en las tablas y dibujar una gráfica que muestre cómo la altura media de las plantas varía con la dosis de la radiación.
  12. Calcular el porcentaje de semillas que germinaron para cada dosis de radiación (relativo al número de semillas plantadas para esas dosis). Representar estos resultados en una gráfica para ver cómo las dosis de radiación afectan al porcentaje de semillas que germinaron (ver un ejemplo de gráfica).
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Imágenes cortesía de proyecto ‘Environmental
radiation’

 

 

 

 

 

 

 

 

Normas sobre seguridad:

  • Colocar las rocas radioactivas en una caja de plástico y utilizar guantes cuando se manejan.
  • Los experimentos sobre rocas radioactivas hay que hacerlos en una habitación ventilada.
  • Para las experiencias con semillas irradiadas, basta con que los estudiantes lleven guantes cuando siembran las semillas. La irradiación la hacen técnicos del Departamento de Física de la Universidad de Lisboa que ya siguen las normas de seguridad apropiadas.
  • Para la experiencia de Becquerel hay que llevar guantes para revelar la placa dental de rayos X.

Discusión

  • ¿Influye la dosis de radiación en el número de semillas que germinan? ¿cómo?
  • ¿Afecta esta dosis a la altura que alcanzan las plantas?¿ y a la velocidad con que crecen?
  • ¿Qué dosis de radiación produce el mayor número de semillas que germinan?¿cuál es la dosis que permite obtener la mayor altura en las plantas?

Los estudiantes deberían concluir que incrementando la dosis de radiación aumenta el porcentaje de semillas que germinan y la altura media de las plantas, hasta una dosis, por encima de la cual, la radiación se vuelve peligrosa para las semillas. y el número de las que germinan y la altura media de las plantas disminuye. En nuestra experiencia, dependiendo de la especie de planta, por encima de 300-400 Gy, la mayor parte de las semillas no germinan y aquéllas que lo hacen tienen graves problemas, pudriéndose después de un par de días.

Los organizadores del Proyecto “Radiación Medioambiental” están en contacto con biólogos y profesores de Biología para ampliar este experimento en una colaboración multidisciplinar, en la que los estudiantes sean capaces de observar los efectos de la radiación en las células de las plantas y en el material genético. Los profesores interesados pueden contactar con los organizadores a través del forum de la web del proyecto.

Agradecimientos

Este proyecto fue financiado por Ciência Viva, la Agencia Nacional Portuguesa para la Cultura Científica y Tecnológica, el Programa de Innovación y Ciencia para 2010 y la ERDF (European Regional Development Fund)

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Web References

Resources

Author(s)

Luis Peralta es profesor en el Departamento de Física de la Universidad de Lisboa. Obtuvo su doctorado en 1991 en Física de Altas energías con un trabajo sobre colisiones de iones pesados en CERN. Recientemente ha estado trabajando sobre Física de la radiación en el campo de la Medicina y actualmente su interés se centra en problemas relacionados con la radiación ambiental de radón.

Carmen Oliveira es profesora de Física y Química en el instituto Casquilhos de Barreiro, cerca de Lisboa. Obtuvo su Máster en Física en 1996, trabajando sobre Radioactividad y Medio Ambiente. Actualmente está haciendo su tesis doctoral diseñando detectores de radiación para escuelas de Primaria y Secundaria.


Review

La radioactividad en sus varias formas y aplicaciones, desempeña de modo creciente un papel vital en nuestras vidas. Hoy en día, la cantidad de radiación procedente de la actividad del hombre es aproximadamente igual a la originada por las fuentes naturales (la Tierra y el Espacio). Además, el número de centrales nucleares continúa creciendo.
Como ciudadanos del futuro, tendremos que tomar decisiones críticas sobre aspectos relacionados con ella; los estudiantes hoy en día, deberían comenzar a prepararse estudiando las potenciales aplicaciones de la Radioactividad y las posibles consecuencias de su uso.
En este artículo, Luis Peralta y Carmen Oliveira ofrecen información e ideas sobre como involucrar a los estudiantes en actividades educativas motivadoras relacionadas con importancia de la radiación ionizante. La variedad y el número de modos en que estas actividades pueden ser incorporadas al currículo, son notables


Vangelis Koltsakis, Grecia




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