¿Qué sucede si todos los átomos de carbono-14 en el cuerpo de una persona se descomponen a la vez?

¿Qué sucede si todos los átomos de carbono-14 en el cuerpo de una persona se descomponen a la vez? ¿Morirían o no se verían afectados?

Respuestas (3)

Hay alrededor de 1 radioactivo 14 átomo de C por cada 10 12 12 átomos de C. Con una vida media de 5730 años, esto significa que normalmente hay alrededor de 0,2 desintegraciones por gramo de carbono por segundo.

El carbono es aproximadamente el 18% de su masa corporal , por lo que un adulto de 80 kg tendría aproximadamente 14 kg de carbono y 7 × 10 14 14 átomos de C. Si todo esto decayera en, digamos, un segundo, la tasa de dosis sería 1.9 × 10 4 Ci

Para estimar los efectos, podríamos asumir que todas las partículas beta son absorbidas y que cada una tiene una energía de alrededor de 0,1 MeV. Esto da una energía absorbida de solo 11 julios de energía. Totalmente despreciable en términos energéticos.

En términos de radiación absorbida, la cantidad es de unos 11 J/80 kg = 0,14 Grays y para las partículas beta, aproximadamente el mismo número de Sieverts, es decir, 140 mSv.

Esta es aproximadamente la misma dosis de radiación que recibiría de ∼ 20 tomografías computarizadas o aproximadamente lo mismo que unas pocas décadas de exposición a la radiación ambiental en el medio ambiente y es suficiente para aumentar ligeramente su riesgo de cáncer a largo plazo (un pequeño porcentaje), pero probablemente no lo suficiente como para causar un envenenamiento agudo por radiación.

+1 por mirar realmente la dosis de radiación
Sin embargo, las tomografías computarizadas +1 varían mucho: 140 mSv es en realidad una dosis bastante alta, y es aproximadamente 70 veces más alta que una tomografía computarizada simple de la cabeza (alrededor de 2 mSv). Otros tipos de tomografía computarizada (es decir, diagnóstico de ataque cardíaco, abdomen/pelvis) pueden ser más altos y más cercanos al valor que está citando (alrededor de 14 mSv). 140 mSv es en realidad casi tres veces el límite de exposición anual para los trabajadores de radiación de EE. UU. (50 mSv). El Fukushima 50 tuvo una cantidad de trabajadores que recibieron dosis en el rango de 100-180 mSv, por lo que esa es quizás la comparación más cercana que OP debe considerar.
@J... Exactamente. Una exposición no muy extrema que conduce a un aumento de quizás un pequeño porcentaje en el riesgo de cáncer. La información de la tomografía computarizada proviene de radiologyinfo.org/en/info/safety-xray , y 10 es un número redondo. Llámalo 20 si quieres.
@ProfRob Diría que es un poco más serio que eso, especialmente como una dosis aguda. Algunas décadas de radiación de fondo ocurren durante mucho tiempo. Todo a la vez, sin embargo, es un asunto diferente. Dos trabajadores de la planta de Fukushima, por ejemplo, estuvieron expuestos en un accidente a 170-180 mSv y tuvieron que ser trasladados al hospital por quemaduras por radiación . Eso es un poco más que un aumento abstracto de un pequeño porcentaje en el riesgo futuro: es un efecto agudo grave. 140 mSv es una gran dosis, especialmente cuando proviene del interior del cuerpo.
@J... el hecho de que esté dentro del cuerpo se explicó diciendo que todo está absorbido. Los sieverts son una medida de la dosis absorbida efectiva. El mismo artículo que cita señala que a los trabajadores se les permitió exposiciones de hasta 250 mSv en un año. Las quemaduras se produjeron porque los 180 mSv eran externos a una zona pequeña, no distribuidos por todo el cuerpo. 11 J sobre todo tu cuerpo no está quemando nada
@ProfRob .11J en cualquier lugar no es mucho de nada. Es 10 000 veces menos energía que en un solo partido, y medio segundo de salida de un láser de explosión de globos de 200 mw. Incluso si lo concentraste en un área lo suficientemente pequeña como para causar una quemadura, soy escéptico de que el área afectada sea lo suficientemente grande como para que se note.
@ProfRob El límite de exposición se elevó de 100 mSv a 250 mSv estrictamente a raíz de la crisis de Fukushima. Sin embargo , muchos de los trabajadores rechazaron este cambio y continuaron trabajando con la regla anterior de 100 mSv. Creo que, en todo caso, es bastante revelador que estemos en un rango de dosis que está empezando a dar un poco de miedo. 140mSv no es una exposición que nadie deba tomar a la ligera, en mi opinión. No es probable que sea inmediatamente fatal, pero es una cantidad muy seria de radiación.
@DanIsFiddlingByFirelight, una fuente beta externa deposita toda su energía en la fina capa externa de la piel y puede "quemarse" con tales exposiciones. Como muestra el artículo citado por J...
@ProfRob La gravedad de que esté "dentro del cuerpo" tampoco se trata solo de la dosis absorbida, sino de dónde se absorbe. El C14 se distribuirá por todos los tejidos del cuerpo, incluido el interior del hueso, que normalmente protege las células sensibles productoras de sangre, el interior del cerebro, etc. Dentro del cuerpo habrá una dosis absorbida mucho mayor en los órganos y tejidos críticos y sensibles.
@J... Lo que la gente "siente" o "cree" acerca de las dosis de radiación no tiene interés físico. No es probable que sea fatal de inmediato o fatal a largo plazo. Sí, el equivalente a 20 tomografías computarizadas es significativo. 140 mSv es un incremento modesto, pero medible, de un pequeño porcentaje de su riesgo de cáncer a largo plazo. Las declaraciones en mi respuesta son fácticas AFAIK.
@ProfRob Estoy de acuerdo en que sus números están en línea con el conocimiento médico actual. Solo digo que la circunstancia de OP es muy irregular y no es el tipo de exposición con el que la ciencia médica tiene mucha experiencia (es decir, todo el cuerpo se vuelve altamente radiactivo). Que el modo de exposición sea tan diferente y absorba la dosis dentro de todos los órganos críticos del cuerpo, podríamos esperar que las consecuencias físicas caigan en el lado pesimista de nuestros modelos estocásticos.
Para la desintegración de C-14, λ ≈ 3.8332 × 10 − 12 s − 1 . Entonces la probabilidad de todos 7 × 10 14 átomos que se descomponen en 1 segundo es incomprensiblemente pequeño. El logaritmo en base 10 de la probabilidad es ≈ − 8 × 10 15 . Si escribiera la probabilidad en una fuente con caracteres de 1 mm de ancho, los ceros se extenderían sobre 53 AU.

El carbono-14 tiene una abundancia relativa con respecto al carbono-12 de alrededor del 0,0000000001 % (una parte por billón). El cuerpo humano promedio tiene alrededor de 15 kg de carbono más o menos, lo que significa alrededor de 1,5 microgramos de carbono-14. Eso es 107 nanomoles de carbono, o aproximadamente 6.444 × 10 ^ 16 átomos (1/3000 de un grano de arena). Cuando un átomo de carbono-14 se desintegra en un átomo de nitrógeno-14 a través de la desintegración beta, pierde el 0,001% de su masa en forma de electrón y energía cinética (156,5 keV de energía cinética para ser precisos). La cantidad total de energía cinética liberada en el cuerpo si los 6.444 × 10 ^ 16 átomos se desintegraran sería de 1.6 kJ.

Es difícil decir exactamente cuánto daño le haría eso al cuerpo, pero definitivamente haría algo. Eso es aproximadamente la energía que su cuerpo libera en 15 segundos, por lo que el daño que se haría depende completamente de la rapidez con la que ocurra la descomposición. Si son más de unos segundos, es probable que no pase nada. Si es instantáneo, sería como un sofoco muy repentino que podría dañar algún tejido, aunque ni siquiera eso te mataría. Lo peligroso de lo que tendrías que preocuparte es el cáncer. Para dar una perspectiva, solo alrededor de 20 átomos de carbono se descompondrían en una célula dada, y solo un 20% de probabilidad de que en una célula dada uno de ellos estuviera en una molécula de ADN. Aproximadamente 1 de cada 5 de sus células probablemente tendrá un solo par de bases destruido, lo que significa una letra de su código genético. Si bien esto sucede todo el tiempo, si este escenario ocurriera durante un segundo, sería unas 200.000 veces mayor que la tasa normal de mutación por segundo. Por supuesto, eso no garantizaría el cáncer, pero no me ofrecería como voluntario para que esto me suceda pronto.

Gracias por la respuesta. Pero, ¿tendrá la cantidad faltante de carbono algún impacto significativo?
El carbono no desaparece, simplemente se convierte en un átomo de nitrógeno con aproximadamente la misma masa. Cualquier molécula con uno de los carbonos se dañaría, sí, pero eso es solo una fracción muy pequeña de moléculas. Como digo en mi respuesta, 1 de cada 5 células tendrá una molécula de ADN que se verá afectada.
Supongo que hay una buena posibilidad de que la radiación lo mate: la energía corresponde a una dosis de aproximadamente 20 J / kg, por lo tanto, aproximadamente 20 Sievert, lo que provocaría una enfermedad aguda.
Tenga en cuenta que la KE de 156,5 keV se divide aleatoriamente entre el electrón y el antineutrino (más una pequeña cantidad para la hija N-14), la KE media es de alrededor de 49,5 keV. Consulte chemistry.stackexchange.com/a/65816 para ver la curva de energía de descomposición.
Puede corregir su producción de energía para 1.6 kJ ( 49.5 / 156.5 ) = 0.5 kJ. Haz una aproximación aproximada de que tu cuerpo está hecho de agua. El calor específico del agua es 4186 kJ/kg/ o C. Suponga que usó el valor de masa humana promedio de Wikipedia de 62 kg. Entonces tanta energía elevaría tu temperatura 1.6 micro o C.
En comparación con esta otra respuesta en esta página , su estimación de la masa de carbono-14 es mayor por un factor de 100, y su estimación de la energía de desintegración total es mayor por un factor de 1000. Tiene (v1) al menos una conversión de unidad error: "kilo" veces 10 − 12 es "nano", pero pasas de kilogramos de carbono a microgramos de carbono-14. No he hecho el cálculo de energía, pero échale un segundo vistazo.
Una billonésima parte de 15 kg no son 1,5 microgramos, son 15 nanogramos . Eso está fuera por un factor de 100.
Esta respuesta está rota.

Más importante que la dosis de radiación es que el Carbono-14 se descompondría en Nitrógeno-14 y las proteínas aleatorias, las estructuras celulares, el ARN y el ADN dejarían de funcionar. Puede haber efectos secundarios, como The Bends, también conocido como enfermedad por descompresión, por nitrógeno en la sangre u otras enfermedades. Dudaría en predecir cualquier cosa que no fuera una muerte dolorosa y prolongada.

Dudo que obtengas las curvas de 14 nanogramos de nitrógeno.
OK entonces. Leí las respuestas anteriores y me impresionaron más los posibles efectos biológicos que la radiación. Tal vez necesitemos un voluntario, pero ¿cómo podría lograrse esto?
¿Qué sucede si todos los átomos de carbono-14 en el cuerpo de una persona se descomponen a la vez?
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