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Carlos del Porto Blanco

La radiactividad ha sido siempre un tema delicado, e incluso enigmático, para la mayor parte de las personas. Eclipsado con historias de mutaciones, cánceres y toxicidad, a menudo el término se engloba en una espiral de negatividad sin profundizar realmente en qué es, cómo se produce y, por consecuencia, hasta qué punto o bajo qué condiciones es realmente peligrosa.

Por ejemplo, ¿sabía usted que las características dependen mucho del tipo de radiación (alfa, beta o gamma)? En concreto, la radiación alfa, una radiación ionizante indispensable para entender el comportamiento de la materia, se encuentra en el núcleo de esta situación de desconocimiento.

La partícula alfa (?), protagonista de ese tipo de radiación, no es más que un conjunto de dos protones y dos neutrones, esencialmente equivalente al núcleo de un átomo de helio. Esa singularidad es todo un privilegio, pues confiere a la partícula alfa un sinfín de características que la vuelven única e inconfundible dentro del estudio de la física de partículas. Para ilustrar, un átomo de helio completo es como una pelota de ping-pong con dos bolas de cristal pegadas en el centro (protones + neutrones) y dos moscas volando alrededor (electrones). La partícula alfa es lo que queda sin eliminamos a las moscas.  Este será el objetivo de esta columna.

Sólo a base de trabajar duro puede descubrirse algo. Richard Phillips Feynman

En primer lugar, es crucial hacer una precisión terminológica: a diferencia de los rayos X o gamma, que son ondas electromagnéticas. Un rayo alfa no es, en rigor, un “rayo”. Es una partícula: el núcleo de un átomo de helio-4, compuesto por dos protones y dos neutrones, que una sustancia radiactiva expulsa al desintegrarse. Su carga es positiva (+2e), su masa equivale aproximadamente a cuatro unidades de masa atómica y, en el aire, apenas recorre entre dos y diez centímetros antes de detenerse. Aunque su alcance es diminuto, su poder ionizante es enorme: arranca electrones a todo lo que encuentra a su paso, razón por la que resulta tan destructivo dentro de una célula y, al mismo tiempo, tan fácil de detener con una simple hoja de papel o la capa más externa de la piel.

La radiación alfa es una forma de radiación que se manifiesta a través de la emisión de las partículas alfa desde un núcleo de un átomo inestable. Esas partículas, como ya se anticipó, se componen por dos protones y dos neutrones, es decir núcleo de un átomo de helio. Además, son partículas especialmente grandes y pesadas en comparación a otras, como los electrones (rayos beta) o los fotones (rayos ganma). De hecho, es justamente esa masa la que hace que esas partículas sean menos penetrantes en la materia que otros tipos de radiación, como la beta o la gamma. Eso, realmente, la convierte en la forma de radiación menos peligrosa que existe en términos de exposición externa. La partícula alfa es, en términos subatómicos, un verdadero «gigante». Es unas 7300 veces más masiva que un electrón (la partícula beta). Esa gran masa, unida a su doble carga positiva, define su comportamiento.

La emisión de partículas alfa ocurre, principalmente, en átomos inestables. Y es que, cuando un núcleo tiene un exceso de energía, suele buscar la estabilidad a través de la liberación de la misma en forma de partículas subatómicas. En el caso que no ocupa, eso es equivalente a expulsar una partícula alfa desde el núcleo del átomo, eliminando dos parejas de protones y neutrones del mismo, y transformando el átomo original en otro elemento diferente.

Pero, ¿en qué condiciones se producen esas emisiones por parte del núcleo? ¿Puede ocurrir de forma espontánea? Las causas pueden ser artificiales o naturales. Entre esos últimos destacan algunos elementos como el uranio y el torio – dos de los más abundantes en la corteza terrestre – como fuentes primarias de radiación alfa.

Elementos como esos se descomponen a lo largo del tiempo de forma espontánea, emitiendo esas partículas como parte de su proceso de desintegración natural. También algunos minerales, como la torita y la monacita, contienen concentraciones significativas de esos elementos que contribuyen a la radiación ambiental de las zonas donde están presentes. ¿Le suena el radón? Pues ese gas noble tiene carácter radiactivo. Se forma como subproducto de la descomposición del uranio y el torio en el suelo y las rocas.

Las partículas alfa son emitidas comúnmente por todos los núcleos radiactivos más grandes, como el uranio, el torio, el actinio y el radio, así como por los elementos transuránicos. A diferencia de otros tipos de desintegración, la desintegración alfa como proceso debe tener un núcleo atómico de tamaño mínimo que pueda soportarlo. Los núcleos más pequeños que se han encontrado hasta la fecha capaces de emitir alfa son el berilio-8 y los nucleidos más ligeros de telurio (elemento 52), con números de masa entre 104 y 109. La desintegración alfa deja a veces el núcleo en un estado excitado; la emisión de un rayo gamma elimina entonces el exceso de energía.

A diferencia de la desintegración beta, las interacciones fundamentales responsables de la desintegración alfa son un equilibrio entre la fuerza electromagnética y la fuerza nuclear. La desintegración alfa es el resultado de la repulsión de Coulomb entre la partícula alfa y el resto del núcleo, que tienen ambos una carga eléctrica positiva, pero que es mantenida a raya por la fuerza nuclear. En física clásica, las partículas alfa no tienen suficiente energía para escapar del pozo de potencial de la fuerza fuerte dentro del núcleo (ese pozo implica escapar de la fuerza fuerte para subir por un lado del pozo, lo que es seguido por la fuerza electromagnética que causa un empuje repulsivo hacia el otro lado).

Sin embargo, el efecto de efecto túnel permite que las partículas alfa escapen, aunque no tengan suficiente energía para superar la fuerza nuclear. Eso lo permite la naturaleza ondulatoria de la materia, que permite a la partícula alfa pasar parte de su tiempo en una región tan alejada del núcleo que el potencial de la fuerza electromagnética repulsiva compensa totalmente la atracción de la fuerza nuclear. Desde ese punto, las partículas alfa pueden escapar.

En 2011, los miembros de la colaboración internacional STAR que utilizan el acelerador relativista de iones pesados en el Laboratorio Nacional de Brookhaven del Departamento de Energía de los Estados Unidos, detectaron la pareja de antimateria del núcleo de helio, también conocida como antialfa. El experimento utilizó iones de oro que se movían casi a la velocidad de la luz y colisionaban frontalmente para producir la antipartícula.

  • Alto Poder de Ionización: Al desplazarse a través de la materia, la partícula alfa interacciona violentamente con los átomos que encuentra a su paso, arrancándoles electrones en un proceso conocido como ionización. Es como una bola de demolición en miniatura, capaz de generar decenas de miles de pares de iones por cada centímetro de recorrido en el aire.
  • Bajo Poder de Penetración: Esa constante interacción hace que la partícula alfa pierda su energía cinética con una rapidez asombrosa. En el aire, una partícula alfa típica (de unos 5 MeV de energía) recorre apenas 3.5 a 4 centímetros antes de detenerse. En tejido biológico, su alcance se reduce a unas miserables 40 a 70 micrómetros (una micra es la milésima parte de un milímetro). Esa distancia es menor que el grosor de la capa externa de la piel humana. Por ello, una hoja de papel, la ropa o incluso la epidermis muerta son suficientes para bloquear por completo ese tipo de radiación.

La información anterior lleva a una conclusión aparentemente tranquilizadora: si una hoja de papel detiene los rayos alfa, ¿por qué se le debería temer? La respuesta es la clave para entender su peligrosidad. El problema no es externo, sino interno. La piel y el aire actúan como un escudo natural. Sin embargo, si un emisor alfa (como el radio-226, el radón-222 o el plutonio-239) es inhalado, ingerido o entra en el torrente sanguíneo a través de una herida, la situación cambia drásticamente. Una vez dentro del cuerpo, la partícula alfa impacta directamente contra células vivas y desprotegidas. Su enorme poder de ionización concentra toda su energía en un volumen microscópico de tejido.

Imaginemos el núcleo de una célula, donde reside nuestro material genético (ADN). Una partícula alfa que atraviesa un núcleo celular puede causar rupturas en la doble hélice del ADN. Si la reparación celular de ese daño es incorrecta o incompleta, puede inducir mutaciones que, con el tiempo, deriven en cáncer. Por esa razón, los emisores alfa son especialmente vigilados en la protección radiológica. El radón, un gas radiactivo de origen natural que se filtra del suelo, es un emisor alfa y la segunda causa principal de cáncer de pulmón en muchos países, solo por detrás del tabaco.

Por el otro lado, la radiación artificial tiene como mayores exponentes a la industria nuclear y a los residuos que ellas producen. Así, la manipulación y producción de materiales radiactivos en la industria y en el sector médico pueden generar fuentes de radiación alfa artificiales, es decir, isótopos radiactivos que se utilizan luego en medicina nuclear y en reactores nucleares. Los residuos de esas actividades pueden también contener materiales radiactivos que emiten radiación alfa. Por esa razón, la gestión de estos residuos es esencial para prevenir impactos negativos en la salud y en el medio ambiente.

De la curiosidad al núcleo: una cronología

La historia de los rayos alfa comienza con un accidente de laboratorio afortunado. En 1896, el físico francés Henri Becquerel estaba investigando si los minerales fluorescentes emitían rayos X tras ser expuestos a la luz solar. Al almacenar unas sales de uranio en un cajón oscuro junto a una placa fotográfica sin usar, descubrió, días después, que la placa se había velado por completo. El uranio emitía espontáneamente una radiación invisible que podía atravesar el papel. Ese evento se considera el acta de nacimiento de la radiactividad.

El tema pronto cautivó a una joven investigadora polaca radicada en París: Marie Sk?odowska Curie. En su tesis doctoral de 1903, Curie demostró que la radiactividad no era una propiedad química, sino un fenómeno atómico, y descubrió dos elementos nuevos —el polonio y el radio— cuyas emisiones alimentaron décadas de investigación.

Fue el físico neozelandés Ernest Rutherford, entonces en la Universidad McGill de Canadá, quien ordenó el caos. Entre 1898 y 1899, clasificó las radiaciones en dos tipos: Al primero, que era fácilmente bloqueado por una hoja de papel, lo llamó radiación alfa; al segundo, más penetrante, lo llamó radiación beta. En 1900, Paul Villard añadió los rayos gamma (ver Rayos Ganma, la radiación más poderosa, publicado el 20 de diciembre de 2024). En 1903, Rutherford publicó una tabla comparativa de penetración que sentó las bases de la radioprotección moderna.

Dado que las partículas alfa se producen de forma natural, pero pueden tener una energía lo suficientemente alta como para participar en una reacción nuclear, su estudio condujo a muchos de los primeros conocimientos de la física nuclear. Rutherford utilizó las partículas alfa emitidas por el bromuro de radio para inferir que el modelo del pudín de ciruela de J. J. Thomson del átomo era fundamentalmente erróneo. En un experimento con una lámina de oro que Rutherford realizado por sus alumnos Hans Geiger y Ernest Marsden, se estableció un estrecho haz de partículas alfa que atravesaba una lámina de oro muy fina (de unos cientos de átomos de espesor). Las partículas alfa fueron detectadas por una pantalla de sulfuro de zinc, que emite un destello de luz al colisionar las partículas alfa. Rutherford planteó la hipótesis de que, suponiendo que el modelo del átomo “pudín de ciruela” fuera correcto, las partículas alfa con carga positiva solo se desviarían ligeramente, si es que lo hacían, por la carga positiva dispersa prevista.

El resultado mostró que algunas de las partículas alfa se desviaban en ángulos mucho mayores de lo esperado y algunas incluso rebotaban casi directamente. Aunque la mayoría de las partículas alfa pasaron directamente, como se esperaba, Sin embargo, Marsden detectó que una fracción minúscula —aproximadamente una de cada 8000— rebotaba hacia atrás. Rutherford, asombrado, comparó el hallazgo con “disparar un proyectil de quince pulgadas a una servilleta de papel y verlo regresar”, suponiendo de nuevo que la teoría del «pudín de ciruela» fuera correcta. Este resultado determinó que la carga positiva del átomo se concentraba en una pequeña zona de su centro, lo que hacía que la carga positiva fuera lo suficientemente densa como para desviar cualquier partícula alfa con carga positiva que se acercara a lo que posteriormente se denominó el núcleo.

Antes de ese descubrimiento, no se sabía que las partículas alfa eran en sí mismas núcleos atómicos, ni se conocía la existencia de protones o neutrones. Después de ese descubrimiento, se abandonó el modelo del «pudín de ciruela» de J.J. Thomson, y el experimento de Rutherford condujo al modelo de Bohr y más tarde al moderno modelo ondulatorio del átomo.

En 1917, Rutherford pasó a utilizar las partículas alfa para producir accidentalmente lo que más tarde entendió como una transmutación nuclear dirigida de un elemento a otro. La transmutación de elementos de uno a otro se había entendido desde 1901 como resultado de la desintegración radiactiva natural, pero cuando Rutherford proyectó partículas alfa de la desintegración alfa en el aire, descubrió que eso producía un nuevo tipo de radiación que resultó ser núcleos de hidrógeno (Rutherford los llamó protones). Otros experimentos mostraron que los protones procedían del componente de nitrógeno del aire, y se dedujo que la reacción era una transmutación de nitrógeno en oxígeno

La anécdota más célebre ocurrió entre 1908 y 1909 en los laboratorios de la Universidad de Manchester. Rutherford encargó a Geiger y a un joven estudiante de dieciocho años, Ernest Marsden, que observaran cómo una fina lámina de oro desviaba un haz de partículas alfa. La expectativa era que todas atravesaran la lámina con ligeras desviaciones. Sin embargo, Marsden detectó que una fracción minúscula —aproximadamente una de cada 8000— rebotaba hacia atrás. Rutherford, asombrado, comparó el hallazgo con “disparar un proyectil de quince pulgadas a una servilleta de papel y verlo regresar”. En 1911, publicó su modelo nuclear: el átomo es casi todo vacío, con una carga positiva y la mayor parte de la masa concentrada en un núcleo central diminuto. En 1908, Rutherford ya había recibido el Premio Nobel de Química por sus trabajos sobre radiactividad.

El estudio teórico de la desintegración alfa llevó al desarrollo de un modelo cuántico, denominado modelo de Gamow. Ese modelo se basa en un efecto meramente cuántico conocido como efecto túnel. Más adelante, se vio que podía predecir los períodos de semidesintegración de los núcleos que sufrían desintegraciones alfa, por lo que fue la primera confirmación del efecto túnel predicho por la mecánica cuántica.

Del laboratorio al espacio y al hospital

El decaimiento alfa no es solo un capítulo de la historia de la física; es una tecnología de alto impacto.

Medicina nuclear

En 2013, la Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos (FDA) aprobó el cloruro de radio-223 (Ra-223), comercializado como Xofigo®, para tratar el cáncer de próstata resistente a la castración con metástasis óseas sintomáticas. El Ra-223 imita al calcio y se deposita en los huesos afectados, donde su emisión alfa destruye las células tumorales con un alcance de apenas 40-100 micrómetros, preservando el tejido sano circundante. En 2025, el ensayo de fase III PEACE III confirmó que añadir Ra-223 al enzalutamida mejoró la supervivencia libre de progresión radiológica (19.4 frente a 16.4 meses) y la supervivencia global (42.3 frente a 35.0 meses) en pacientes de primera línea.

Más allá del radio-223, el actinio-225 (Ac-225) ha emergido como la próxima frontera. Emitiendo cuatro partículas alfa en su cadena de decaimiento, el Ac-225 conjugado con ligandos como el PSMA-617 logó reducciones del antígeno prostático específico (PSA) superiores al 50 % en cáncer de próstata metastásico resistente a tratamientos previos con beta-emisores. Su principal obstáculo no es científico, sino logístico: la oferta mundial ronda los 63 GBq al año, apenas suficiente para tratar entre 100 y 200 pacientes anualmente. Curiosamente, parte de ese suministro futuro podría provenir de agujas históricas de radio-226 donadas por la propia Marie Curie en 1926, que Brasil revalorizó en junio de 2025 para procesarlas y obtener Ac-225 mediante colaboración internacional.

Exploración espacial

La energía del decaimiento alfa también alimenta las misiones más lejanas de la humanidad. Los generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) utilizan plutonio-238, un emisor alfa con una vida media de 87.7 años, para convertir calor en electricidad mediante termopares. Esa tecnología, sin partes móviles, ha mantenido operativas a las sondas Voyager 1 y 2 durante más de cuatro décadas, y ha permitido a los rovers Curiosity (2012) y Perseverance (2021) explorar la superficie marciana donde la luz solar es débil e inestable. La NASA desarrolla la siguiente generación de RTG para misiones más allá de Neptuno.

Mientras que la radiación alfa es un martillo pesado, pero de alcance muy corto (peligro solo por dentro), la beta es un proyectil más pequeño y penetrante (riesgo externo moderado), y la gamma es una luz invisible que lo atraviesa casi todo (peligro externo mayor, requiere blindaje denso). Esa triada resume la riqueza de la radiactividad y por qué cada tipo requiere estrategias de protección y usos distintos.

Reservas, producción y geografía del combustible nuclear.

Las partículas alfa surgen de elementos radiactivos que, a su vez, se extraen de la corteza terrestre. En 2024, la producción mundial alcanzó unas 60 213 toneladas de uranio. Los cinco principales productores, según el World Nuclear Association, 2026, fueron:

  • Kazajistán: 23 270 toneladas de uranio (39 % del total).
  • Canadá: 14 309 toneladas de uranio (24 %).
  • Namibia: 7333 toneladas de uranio (12 %).
  • Australia: 4598 toneladas de uranio (aproximadamente 8 %).
  • Uzbekistán: aproximadamente 4000 (aproximadamente 7 %).

Para recordar

  • Cuando un núcleo atómico emite una partícula alfa, su número másico disminuye en cuatro unidades y su número atómico disminuye en dos unidades, transformándose en un elemento químico diferente (transmutación).
  • Las partículas alfa fueron las primeras «balas» utilizadas para sondear la estructura de la materia, allanando el camino para el descubrimiento del protón por Rutherford en 1919.
  • A pesar de su baja penetración, un solo emisor alfa dentro del cuerpo puede causar más daño biológico relativo (RBE) que una partícula beta o gamma de la misma energía.

Desde la tesis de Marie Curie en 1903 hasta los ensayos clínicos de 2025 con actinio-225, los rayos alfa han recorrido un arco extraordinario: de herramienta para revelar la estructura íntima del átomo a bisturí molecular contra el cáncer, y de fuente de energía para sondas interestelares a arma de asesinato político. Su corto alcance los hace seguros a distancia y devastadores en el interior de una célula. En el fondo, son un símbolo del dualismo de la ciencia: el mismo fenómeno que permite a Curiosity explorar Marte puede, en otras manos, envenenar un té en Londres. Conocerlos no es un ejercicio de erudición, sino un requisito de ciudadanía en un mundo que depende cada vez más de la energía nuclear y de la precisión de la medicina molecular.

Tabla Resumen de Relaciones

Radiación ¿Qué es? ¿Contiene protones? ¿Contiene neutrones? ¿Contiene electrones? Relación con átomo de helio
Alfa (?) Núcleo de helio-4 Sí (dos) Sí (dos) No Es el núcleo del helio sin electrones
Beta (??) Electrón de alta energía No No Sí (uno) Ninguna directa. Es un electrón libre.
Beta (??) Positrón (antielectrón) No No No (es antimateria) Ninguna. Es la antipartícula del electrón.
Gamma (?) Fotón (onda electromagnética) No No No Ninguna. Es energía pura emitida por el núcleo.

 

Referencias.

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