La tasa de producción de iones por acción de la radiación en la unidad de volumen de aire libre es una medida de la tasa de fluencia del componente del campo de rayos cósmicos constituido por partículas cargadas, y se suele expresar en número de iones formados por segundo en cada centímetro cúbico de aire a presión y temperatura normales. Los valores comunicados desde 1.960 de esta tasa de densificación iónica de los rayos cósmicos a nivel del mar oscilan entre 1,9 y 2,6 cm-3 s-1, estando su media en torno a los 2,1 cm-3s-1[32][33][34], valor este último que se suele utilizar normalmente para
calcular la tasa de dosis absorbida[9]. Así, considerando que para que se forme un par iónico en el aire húmedo son necesarios 33,7 eV de energía incidente, la tasa de dosis absorbida en aire resulta ser de 32 nGy h-1, al nivel del mar para latitudes medias y altas[2].
Como la dosis procede fundamentalmente de los muones[35], para los que el factor de ponderación es la unidad[36], este valor numérico de 32 puede también ser tomado para la tasa de dosis equivalente al aire libre, es decir, se puede considerar una tasa de dosis efectiva media debida a la radiación cósmica al nivel del mar de 32 nSv h-1
Si no se tiene en cuenta el efecto de protección o disminución de dosis en personas debida al efecto pantalla de los edificios que habitamos, se obtiene un valor anual de índice de dosis absorbida de 2,8 10-4 Gy.
La tasa de dosis absorbida en aire va creciendo lentamente con la altura sobre el nivel del mar hasta los 3.000 m aproximadamente, a partir de la cual aumenta rápidamente hasta una altura de unos 20.000 m en que vuelve a estabilizarse en un valor en torno a 6 x 10-6 Gy h-1[9]. En la Figura I.10, extraída del Informe UNSCEAR-82[2] y basada en numerosas medidas en el suelo y a bordo de naves aéreas, recogidas en el
Informe UNSCEAR-77[9], se puede observar las variaciones con la altura de la tasa del índice de dosis absorbida, debidas no sólo a la componente ionizante de la radiación
cósmica sino también a su componente neutrónica. Durante los períodos de máxima actividad solar, las tasas de dosis de la componente ionizante se reducen alrededor de un 10% a 10 km de altitud y en mucho menor grado a nivel del mar[3].
Figura I.10.- Tasas del índice de dosis absorbida a elevadas latitudes geomagnéticas (50º) procedentes de los componentes ionizante y neutrónico de los rayos cósmicos a diferentes altitudes, en 1969 (actividad solar máxima) y 1965 (actividad solar mínima).
La tasa de dosis absorbida en aire también crece con la latitud al decrecer la eficacia del apantallamiento geomagnético del campo terrestre. Este efecto se propaga a través de la atmósfera de tal manera que al nivel del mar la densidad de flujo de partículas cargadas (y por tanto la tasa de dosis correspondiente) es alrededor de un 10% más bajo en el ecuador que a elevadas latitudes. El efecto se incrementa también con la altitud aumentando en un factor de 2 para una altura de 10 km sobre el nivel del mar[24].
Se acepta un valor de 32 nGy h-1 como tasa de dosis absorbida en aire, a nivel del mar, debida a los rayos cósmicos para lugares situados en latitudes medias y altas. No obstante, se referencian valores inferiores para localidades que se encuentran en bajas latitudes, como es el caso de Hong Kong (22.3o N) con tasas de dosis que van de
La Figura I.11[1] muestra la variación de la dosis absorbida en aire para bajas y altas latitudes en el rango que va desde 0 a 12 km de altitud. Se dan valores de la tasa de dosis debida a la componente ionizante de los rayos cósmicos de unos 30 nGy h-1 al nivel del mar, en media para cualquier latitud, incrementándose hasta cerca de 4.000 nGy h-1 a una altura de 12 km, en altas latitudes[37].
Figura I.11.- Tasa de dosis absorbida en aire debida a la radiación cósmica en función de la altitud y de la latitud geográfica: (A) altas latitudes; (B) bajas latitudes.
La mayoría de la población mundial vive en altitudes próximas al nivel del mar, aceptándose generalmente un valor de 32 nGy h-1, en media, como la tasa de dosis absorbida outdoor en aire procedente de la componente ionizante de la radiación cósmica. Este valor, que se referencia en el Informe UNSCEAR-82, coincide con el de la tasa de dosis efectiva.
En el interior de los edificios, las dosis son algo más bajas por el efecto de apantallamiento de las estructuras de las construcciones. Los muones, que contribuyen en cerca de dos tercios a la dosis outdoor debida a rayos cósmicos al nivel del mar, son atenuados por la materia de forma muy débil. Los electrones y los neutrones son absorbidos mucho más eficazmente. Se han estimado las atenuaciones producidas por distintos tipos de viviendas: mientras que una casa de madera sólo reduce la dosis debida a partículas cósmicas cargadas en un 10%, las estructuras utilizadas en la construcción de grandes edificios de viviendas o establecimientos públicos producen reducciones entre el 40% y el 90% de las tasas de dosis estimadas en el exterior[24].
En la Tabla 1.17[38] aparecen los valores medidos de la radiación cósmica en el centro de diferentes pisos de un edificio de 12 plantas, así como el porcentaje de reducción respecto al máximo obtenido en su cubierta. La disminución tan pronunciada que se produce entre el tejado y el piso doceavo (65%), se debe al efecto de filtración sobre el flujo de las componentes relativamente blandas de los rayos cósmicos a nivel del mar. Como se puede observar, el valor de la componente dura decrece mucho más lentamente con la profundidad de materia atravesada.
Tabla 1.17.- Tasas de dosis absorbidas en aire obtenidas a partir de las tasas de exposición medidas en el centro de cada piso de un edificio de 12 plantas.
Planta Tasa de dosis(nGy h-1) transmisiónFactor de
Tejado 31,4 1 12 20,2 0,64 10 20,0 0,64 8 18,1 0,58 5 17,4 0,55 4 13,7 0,44 2 11,5 0,37 Bajo 8,6 0,27
Se han indicado factores de apantallamiento en torno a 0,85 para el caso de capas de hormigón con un espesor de 0,2 m. Otros autores han estimado valores entre 0,42 y 0,82, para Holanda, dependiendo de los tipos de edificaciones considerados y entre 0,54 y 0,96 en distintas viviendas de la antigua Unión Soviética. A partir de estas referencias que se resumen en el Informe UNSCEAR-88[1] y de las medidas y cálculos que se presentan en el Informe NCRP Nº 94[31], se pueden establecer factores de apantallamiento que van desde 0,96 para pequeñas casas de madera hasta 0,42 para
Generalmente se acepta, siguiendo el Informe UNSCEAR-88[1], un factor de apantallamiento de los rayos cósmicos dentro de los edificios de 0,8 como media. Se reconoce, sin embargo, que puede existir una incertidumbre del 25 % asociada con este valor[3]. Tomando este factor de 0,8, se suele considerar un valor de 26 nGy h-1 como tasa de dosis absorbida en aire indoor al nivel del mar, para la mayoría de la población mundial, debida a la acción de la radiación cósmica directamente ionizante.
Alrededor de la Tierra existen unas fajas o cinturones de radiación que están constituidas fundamentalmente por protones y electrones atrapados geomagnéticamente y formados como resultado de la interacción de las partículas primarias con la magnetosfera y la atmósfera de la Tierra. Las mediciones efectuadas dentro de un blindaje de 0,7 g cm-2 por Savun y colaboradores[39] dieron un valor máximo de la tasa de dosis absorbida de 0,22 Gy h-1 dentro de la faja inferior y de 0,054 Gy h-1 en la exterior. Estos datos son de interés para la protección radiológica de los astronautas en cuyos viajes espaciales se han medido dosis comprendidas entre 2 x 10-5 y 500 x 10-5 Gy.
I.2.2.2.- COMPONENTE DE LOS RAYOS CÓSMICOS CORRESPONDIENTE