Aplicaciones

 

POSIBILIDADES DE APLICACIÓN EN LA VIDA DIARIA.

Como se mencionó en la descripción las partículas elementales son las partículas que no están constituidas por partículas más pequeñas, algunas de estas como los electrones, muones y quarks (constituyentes de los neutrones y protones) tienen diversas aplicaciones en diversos campos y se describirán algunas sus aplicaciones a continuación:

Generación de corriente eléctrica:

La aplicación más conocida de los electrones y quizás una de las más importantes es la generación de corriente eléctrica que sirve como fuente de energía a los diversos aparatos y máquinas de uso cotidiano. Young & Freedman (2013), definen a la corriente como cualquier movimiento de carga de una región a otra, en los metales (material conductor) la corriente eléctrica es el movimiento o flujo de las partículas elementales llamadas electrones.

Estos electrones que tienen la capacidad de moverse se les conoce como electrones libre y son los que se encuentran en la órbita más lejana del núcleo en donde la fuerza de atracción ha disminuido, por lo tanto al aplicarles una fuerza externa como por ejemplo como un campo magnético los electrones se salen de sus orbitas, quedando libres moviéndose de un átomo a otro, originando así lo que se conoce como corriente de electrones, o lo que también se denomina corriente eléctrica ( ver en figura 2) y esta es la base de la electricidad. (Bosques & Suacedo, 2005).

Figura 2. Corriente eléctrica, Kino (2019).

 

Fibra óptica:

Una aplicación de los fotones, usada diariamente por miles de personas es la fibra óptica, la cual utiliza pulsos luminosos para transmitir información a través de circuitos de fibra, siendo el cable de fibra óptica un medio de comunicación que utiliza luz modulada para transmitir datos a través de fibras de vidrio delgadas, .expresa que la transmisión por fibra óptica involucra el cambio de las señales eléctricas en pulsos de luz, usando un transmisor opto electrónico y enviando los pulsos hacia el núcleo de una fibra óptica, en donde en el extremo opuesto, un receptor cambia los pulsos regresándolos a señales eléctricas.(Pinto y Cabezas, 2014).

Una fibra óptica de acuerdo con Prieto, (2014), consiste en un finísimo hilo de vidrio muy puro (aunque también se construyen de plástico, por economía), con un diámetro de entre cinco o diez micras. Para darle rigidez mecánica, al fabricarlo se rodea de más vidrio o plástico, pero este vidrio o plástico de fuera no es el que conduce la luz. De hecho las dos partes de la fibra óptica se construyen a propósito con un índice de refracción diferente para que la luz sea reflejada siempre hacia el interior y así confinar el haz. Externamente se le pone un recubrimiento para su protección frente al exterior. (Prieto, 2014, p.6)

Microscopios electrónicos:

 

Los microscopios electrónicos utilizan electrones para realizar las observaciones a diferencia de los microscopios ópticos que utilizan luz (fotones). Reyes,(2020), expresa que el aporte crucial para la construcción del microscopio electrónico fue el realizado por Hans Busch, el cual indicaba que era posible enfocar un haz de electrones con campos electromagnéticos (bobinas) de la misma manera en que las ondas de luz se enfocan mediante las lentes de vidrio.

Reyes (2020), expresa que la contribución de los dos tipos principales de microscopios electrónicos (de transmisión y de barrido) a las nanociencias ha sido excepcional por ser el equipo que permite estudiar y analizar materiales nanométricos, ya que este posee un mayor aumento y mejor resolución que el microscopio óptico.

Se debe de mencionar que esto depende de la longitud de onda, siendo una relación inversamente proporcional ya que los electrones en movimiento presentan una longitud de onda más pequeña que la luz y, por lo tanto, podrían ofrecer una resolución mejor que el microscopio de luz.

En el siguiente video de Explainers group (2016), se muestra el funcionamiento de un microscopio electrónico.

Obtención de imágenes diagnósticas:

Las partículas elementales electrones, participan en la obtención de imágenes que sirven en el campo de medicina para hacer diagnósticos. Raudales (2014), expresa que las imágenes diagnósticas son el conjunto de estudios, que mediante la tecnología, obtienen y procesan imágenes del cuerpo humano, estas imágenes se obtienen utilizando algunos métodos en los cuales están implicados los electrones como por ejemplo, los Rayos X y Tomografía Computarizada, en donde los Rayos X están basados en el fenómeno de radiación de energía cuando un haz de electrones choca con un material, dicha radiación es altamente penetrante y permite su uso en radiografías médicas y la Tomografía Computarizada es una técnica basada en los Rayos X que produce imágenes detalladas de cortes axiales del cuerpo ( ver figura 3 y 4),  que en lugar de obtener una imagen convencional como las radiografías, obtiene múltiples imágenes al rotar alrededor del cuerpo sobre un soporte giratorio. Cabe mencionar que cuanto menor es la longitud de onda de los rayos, mayores son su energía y poder de penetración.

Figura 3. Radiografía. Instituto de diagnóstico maxilofacial (2015).

Figura 4. Tomografía. Wikipedia (2021).

Tratamientos radioterápicos:

La radioterapia es la aplicación de radiaciones ionizantes para el tratamiento del cáncer, las cuales condicionan el daño del ADN de las células cancerosas. Los avances tecnológicos han permitido localizar la radiación, lo cual significa que se es tratada una parte específica del cuerpo, depositando la energía, en forma precisa directamente en el tumor. Los haces de radiación más usados en radioterapia externa proceden de partículas elementales como electrones y fotones, algunos equipos generadores de estas partículas elementales y la radiación son aceleradores lineales que generan rayos X y aparatos de orto voltaje. (Pelayo, 2013).

Como se mencionó en el párrafo anterior, los electrones y fotones son utilizados en la terapia convencional, pero hoy en día según Geser (2019), se cuenta con modernas técnicas para el tratamiento del cáncer conocidas como radioterapias no-convencionales, entre estas técnicas no-convencionales, se encuentra la hadronterapia, que consiste básicamente en la utilización de partículas cargadas pesadas como los protones (los cuales están constituidos de quarks), siendo tratamientos actuales altamente efectivos y están expendiendo su aplicación a mayor cantidad de patologías.

López (2020), expresa que la radioterapia con protones representa una alternativa avanzada, segura y efectiva en la lucha contra algunos tipos de cáncer dado que permite “esculpir” la dosis de radiación alrededor del tumor, reduciendo el riesgo de dañar los tejidos sanos circundantes, ya que con la radioterapia convencional en donde se aplica electrones y fotones afecta también a los tejidos sanos que deberían de preservarse.

El siguiente video de Quirónsalud (2020), trata sobre la radiación de protones como tratamiento del cáncer, siendo más preciso disminuyendo la dosis de radiación a tejidos próximos al volumen por irradiar.

Radiografía de muones:

Los muones son partículas elementales que no pertenecen directamente a los átomos. Tiene una carga igual a la del electrón, pero una masa unas 200 veces superior. Se producen de forma natural al interaccionar los rayos cósmicos con las capas altas de nuestra atmósfera terrestre y de forma artificial en las instalaciones de experimentaciones de los aceleradores de partículas. La energía de éstos es tan elevada se sitúan entre 1 y 1000 Giga eV que pueden atravesar cualquier material que se interponga, aunque, irá perdiendo velocidad conforme vaya penetrando en los materiales. (Requena, 2017).

Tramontini (2018), menciona que el principio de la radiografía por muones es similar al de la radiografía por Rayos X que se realiza en el ámbito de la medicina, esta consiste en recuperar la distribución de densidad del cuerpo de interés midiendo el efecto de absorción que este produce sobre el flujo incidente de partículas, en donde la forma de interactuar con la materia y sus energías son tales que les permiten atravesar cientos de metros de roca prácticamente en línea recta. También menciona que el método consiste entonces en colocar el detector de muones, llamado telescopio de muones, de forma tal que el cuerpo de interés quede posicionado entre éste y el cielo abierto, obteniendo una radiografía ya sea del volcán o de la montaña que se está estudiando.

La radiografía por muones ha sido aplicada en numerosos lugares alrededor del mundo para estudiar estructuras geológicas como por ejemplo la estructura interna de volcanes y montañas, Betancourt (2017), menciona que mediante esta radiografía se puede predecir erupciones al realizarlas en volcanes activos, esto debe según Requena (2017), mediante esta técnica se puede detectar la presencia de lava debajo del cráter, dado que, justamente es la densidad lo que se modifica en el proceso de una erupción, pero además esta técnica se aplica en grandes contenedores, por ejemplo las aduanas y controles portuarios, aeroportuarios, zonas militares, son susceptibles de utilizar la técnica. Este mismo autor expresa que inclusive se han examinado pirámides como la de Egipto a través de la aplicación de muones.