¿Qué es la contaminación radiactiva? Definición

La contaminación radiactiva se conoce como la presencia de sustancias radiactivas no deseadas en superficies, o dentro de sólidos (incluido el cuerpo humano), líquidos o gases, donde su presencia es involuntaria o indeseable. Propiedades del material [/ su_quote]

Por lo general, se hace referencia a la contaminación como la presencia de un constituyente no deseado, una sustancia dañina o una impureza en un lugar (material, cuerpo físico, entorno natural, lugar de trabajo) donde no se pretende ni se desea. La contaminación tiene un significado mucho más general, ya que se puede definir en disciplinas como la química, la protección del medio ambiente, la protección radiológica o la agricultura.

La contaminación radiactiva se conoce como la presencia de sustancias radiactivas no deseadas en superficies, o dentro de sólidos (incluido el cuerpo humano), líquidos o gases, donde su presencia es involuntaria o indeseable. La contaminación radiactiva consiste en átomos radiactivos (material) que han escapado del sistema o estructura que normalmente los contendría. Dado que la contaminación radiactiva es material radiactivo, la contaminación emite radiación ionizante. Es muy importante qué material (qué radioisótopo) es el contaminante radiactivo. También es muy importante distinguir entre la contaminación radiactiva y la propia radiación .

Contaminación versus radiación

La contaminación radiactiva consiste en material radiactivo que genera radiación ionizante. Es la fuente de radiación, no la radiación en sí. Siempre que el material radiactivo no esté en un contenedor de fuente radiactiva sellado y pueda esparcirse sobre otros objetos, existe la posibilidad de contaminación radiactiva. La contaminación radiactiva puede caracterizarse por los siguientes puntos:

• La contaminación radiactiva consiste en material radiactivo (contaminantes), que puede ser sólido, líquido o gaseoso. Los contaminantes grandes pueden incluso ser visibles, pero no se puede ver la radiación producida.
• Cuando se liberan, los contaminantes pueden propagarse por aire, agua o simplemente por contacto mecánico.
• No podemos proteger la contaminación.
• Podemos mitigar la contaminación protegiendo la integridad de las barreras (contenedor de origen, revestimiento de combustible, vasija del reactor , edificio de contención )
• Dado que los contaminantes interactúan químicamente, pueden estar contenidos dentro de objetos como el cuerpo humano.
• Podemos deshacernos de la contaminación por muchos procesos mecánicos, químicos (descontaminar superficies) o biológicos ( vida media biológica ).
• Es de suma importancia qué material es el contaminante radiactivo ( vida media , modo de desintegración, energía).

La radiación ionizante está formada por partículas de alta energía ( fotones , electrones , etc. ), que pueden penetrar la materia e ionizar (para formar iones perdiendo electrones) los átomos objetivo para formar iones. La exposición a la radiación es consecuencia de la presencia cercana a la fuente de radiación. La exposición a la radiación como una cantidad se define como una medida de la ionización del material debido a la radiación ionizante. El peligro de la radiación ionizante radica en el hecho de que la radiación es invisible.y no detectable directamente por los sentidos humanos. Las personas no pueden ver ni sentir la radiación, pero deposita energía en las moléculas del cuerpo. La energía se transfiere en pequeñas cantidades por cada interacción entre la radiación y una molécula y, por lo general, hay muchas de estas interacciones. A diferencia de la contaminación radiactiva, la radiación se puede caracterizar por los siguientes puntos:

• La radiación consiste en partículas de alta energía que pueden penetrar la materia e ionizar (para formar iones perdiendo electrones) los átomos objetivo. La radiación es invisible y no detectable directamente por los sentidos humanos. Cabe señalar que la radiación beta es indirectamente visible debido a la radiación de Cherenkov .
• A diferencia de la contaminación, la radiación no puede propagarse por ningún medio. Viaja a través de los materiales hasta que pierde su energía. Podemos proteger la radiación (por ejemplo, colocándonos a la vuelta de la esquina).
• La exposición a la ionización no significa necesariamente que el objeto se vuelve radiactivo (excepto una radiación de neutrones muy rara).
• La radiación puede atravesar las barreras, pero una barrera suficientemente gruesa puede minimizar todos los efectos.
• A diferencia de los contaminantes, la radiación no puede interactuar químicamente con la materia y no puede unirse al interior del cuerpo.
• No es importante qué material es la fuente de cierta radiación. Solo importa el tipo de radiación y energía.

Hay una característica común, la radiación natural y los contaminantes naturales nos rodean . En, alrededor y por encima del mundo en el que vivimos. Es una fuerza de energía natural que nos rodea. Es una parte de nuestro mundo natural que ha estado aquí desde el nacimiento de nuestro planeta. Todas las criaturas vivientes, desde el principio de los tiempos, han estado y siguen estando expuestas a radiaciones ionizantes . La radiación de fondo natural es una radiación ionizante que se origina a partir de una variedad de fuentes naturales. Todas las criaturas vivientes, desde el principio de los tiempos, han estado y siguen estando expuestas a radiaciones ionizantes.. Esta radiación no está asociada con ninguna actividad humana. Hay isótopos radiactivos en nuestros cuerpos, casas, aire, agua y en el suelo. Todos también estamos expuestos a la radiación del espacio exterior.

Tipos de contaminación

Los materiales radiactivos pueden existir en superficies o en volúmenes de material o aire, y se utilizan técnicas especializadas para medir los niveles de contaminación mediante la detección de la radiación emitida. Podemos distinguir entre los siguientes tipos de contaminación:

Contaminación superficial

La contaminación de la superficie significa que se ha depositado material radiactivo en superficies (como paredes, pisos). Puede depositarse de forma suelta, como el polvo ordinario, o puede fijarse con bastante firmeza mediante una reacción química. Esta distinción es importante y clasificamos la contaminación de la superficie en función de la facilidad con la que se puede eliminar:

• Contaminación libre . En el caso de contaminación libre (o contaminación suelta), el material radiactivo puede esparcirse. Esta es la contaminación de la superficie que se puede eliminar fácilmente con métodos simples de descontaminación. Por ejemplo, si las partículas de polvo que contienen varios radioisótopos caen sobre la piel o la ropa de la persona, podemos limpiarla o quitarle la ropa. Una vez que una persona ha sido descontaminada, se eliminan todas las fuentes de radiactividad particulada y la persona ya no está contaminada. La contaminación libre también es un peligro más serio que la contaminación fija, porque las partículas de polvo pueden transportarse por el aire y pueden ser fácilmente ingeridas. Esto conduce a una exposición interna por contaminantes radiactivos. Aunque casi todos los contaminantes son beta radiactivos y los acompañanemisión gamma , pero también existe la posibilidad de contaminación alfa en cualquier área de manipulación de combustible nuclear.
• Contaminación fija . En el caso de contaminación fija, el material radiactivo no se puede esparcir, ya que está unido química o mecánicamente a las estructuras. No se puede quitar con los métodos de limpieza normales. La contaminación fija es un peligro menos grave que la contaminación libre, no se puede volver a suspender ni transferir a la piel. Por lo tanto, el peligro suele ser solo externo. Por otro lado, depende del nivel de contaminación. Aunque casi todos los contaminantes son radiactivos beta con emisión gamma acompañante, pero también existe la posibilidad de contaminación alfa en cualquier área de manipulación de combustible nuclear. A menos que el nivel de contaminación sea muy severo, la tasa de dosis de radiación gamma será pequeña y la exposición externa será significativa solo en contacto o muy cerca de las superficies contaminadas. Dado que las partículas beta son menos penetrantes que los rayos gamma , la tasa de dosis beta solo puede ser alta al contacto. Un valor de 1 mSv / h en contacto para un nivel de contaminación de 400 - 500 Bq / cm ² es bastante representativo.

Suponga una superficie que está contaminada por 1.0 Ci de ¹³⁷ Cs . Suponga que este contaminante puede aproximarse a la fuente isotrópica puntual que contiene 1.0 Ci de ¹³⁷ Cs , que tiene una vida media de 30.2 años . Tenga en cuenta que a continuación se muestra la relación entre la vida media y la cantidad de radionúclido necesaria para dar una actividad de un curio . Esta cantidad de material se puede calcular usando λ, que es la constante de desintegración de cierto nucleido:

Aproximadamente el 94,6 por ciento se desintegra por emisión beta a un isómero nuclear metaestable de bario: bario-137m. El pico de fotones principal de Ba-137m es 662 keV . Para este cálculo, suponga que todas las desintegraciones pasan por este canal.

Calcule la tasa de dosis de fotones primarios , en sieverts por hora (Sv.h ^-1 ), en la superficie exterior de un escudo de plomo de 5 cm de espesor. Luego calcule las tasas de dosis equivalentes y efectivas para dos casos.

1. Suponga que este campo de radiación externa penetra uniformemente a través de todo el cuerpo. Eso significa: Calcule la tasa de dosis efectiva para todo el cuerpo .
2. Suponga que este campo de radiación externa penetra solo en los pulmones y que los otros órganos están completamente protegidos. Eso significa: Calcule la tasa de dosis efectiva .

Tenga en cuenta que la tasa de dosis de fotones primarios ignora todas las partículas secundarias. Suponga que la distancia efectiva de la fuente al punto de dosis es de 10 cm . También asumiremos que el punto de dosis es tejido blando y puede ser simulado razonablemente por agua y usamos el coeficiente de absorción de energía de masa para el agua.

Ver también: Atenuación de rayos gamma

Ver también: Blindaje de rayos gamma

Solución:

La tasa de dosis de fotones primarios se atenúa exponencialmente , y la tasa de dosis de fotones primarios, teniendo en cuenta el escudo, viene dada por:

Como puede verse, no tenemos en cuenta la acumulación de radiación secundaria. Si se producen partículas secundarias o si la radiación primaria cambia su energía o dirección, entonces la atenuación efectiva será mucho menor. Este supuesto generalmente subestima la tasa de dosis real, especialmente para escudos gruesos y cuando el punto de dosis está cerca de la superficie del escudo, pero este supuesto simplifica todos los cálculos. Para este caso, la tasa de dosis real (con la acumulación de radiación secundaria) será más de dos veces mayor.

Para calcular la tasa de dosis absorbida , tenemos que usar en la fórmula:

• k = 5,76 x 10 ^-7
• S = 3,7 x 10 ¹⁰ s ^-1
• E = 0,662 MeV
• μ _t / ρ =  0.0326 cm ² / g (los valores están disponibles en NIST)
• μ = 1.289 cm ^-1 (los valores están disponibles en NIST)
• D = 5 cm
• r = 10 cm

Resultado:

La tasa de dosis absorbida resultante en grises por hora es entonces:

1) Irradiación uniforme

Dado que el factor de ponderación de la radiación para los rayos gamma es igual a uno y hemos asumido el campo de radiación uniforme (el factor de ponderación del tejido también es igual a la unidad), podemos calcular directamente la tasa de dosis equivalente y la tasa de dosis efectiva (E = H _T ) a partir de la tasa de dosis absorbida como:

2) Irradiación parcial

En este caso asumimos una irradiación parcial de los pulmones solamente. Por tanto, tenemos que utilizar el factor de ponderación del tejido , que es igual a w _T = 0,12 . El factor de ponderación de la radiación para los rayos gamma es igual a uno. Como resultado, podemos calcular la tasa de dosis efectiva como:

Tenga en cuenta que, si una parte del cuerpo (por ejemplo, los pulmones) recibe una dosis de radiación, representa un riesgo de un efecto particularmente dañino (por ejemplo, cáncer de pulmón). Si se administra la misma dosis a otro órgano, representa un factor de riesgo diferente.

Si queremos tener en cuenta la acumulación de radiación secundaria, tenemos que incluir el factor de acumulación. La fórmula ampliada para la tasa de dosis es entonces:

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Contaminación aérea

Este tipo de contaminación es de especial importancia en las centrales nucleares , donde debe ser monitoreada. Los contaminantes pueden transportarse por el aire, especialmente durante la extracción del cabezal superior del reactor, el reabastecimiento de combustible del reactor y durante las manipulaciones dentro de la piscina de combustible gastado. El aire puede estar contaminado con isótopos radiactivos, especialmente en forma de partículas, lo que representa un peligro particular de inhalación . Esta contaminación consiste en varios productos de fisión y activación que ingresan al aire en forma de gas, vapor o partículas. Hay cuatro tipos de contaminación del aire en las plantas de energía nuclear, a saber:

• Partículas . La actividad de partículas es un peligro interno, porque puede inhalarse. El material particulado transportable que ingresa al sistema respiratorio ingresará al torrente sanguíneo y será transportado a todas las partes del cuerpo. Las partículas no transportables permanecerán en los pulmones con una cierta vida media biológica. Por ejemplo, Sr-90, Ra-226 y Pu-239 son radionucleidos conocidos como radionucleidos que buscan hueso. Estos radionucleidos tienen una vida media biológica prolongada y son peligros internos graves. Una vez depositados en el hueso, permanecen allí esencialmente sin cambios durante la vida del individuo. La acción continua de las partículas alfa emitidas. Puede causar lesiones importantes: durante muchos años depositan toda su energía en un volumen minúsculo de tejido, porque el rango de las partículas alfa es muy corto.
• Gases nobles . Los gases nobles radiactivos, como el xenón-133 , el xenón-135 y el   criptón-85, están presentes en el refrigerante del reactor, especialmente cuando hay fugas de combustible. A medida que aparecen en el refrigerante, se transportan por el aire y pueden inhalarse. Se exhalan inmediatamente después de inhalarlos, porque el cuerpo no reacciona químicamente con ellos. Si los trabajadores están trabajando en una nube de gas noble, la dosis externa que recibirán es aproximadamente 1000 veces mayor que la dosis interna. Debido a esto, solo nos preocupan las tasas de dosis externas beta y gamma.
• Yodo radiactivo . El yodo radiactivo , yodo-131 , es un importante radioisótopo del yodo. El yodo radiactivo desempeña un papel importante como isótopo radiactivo presente en los productos de fisión nuclear y es un factor importante que contribuye a los peligros para la salud cuando se libera a la atmósfera durante un accidente. El yodo-131 tiene una vida media de 8.02 días. El tejido diana de la exposición al yodo radiactivo es la glándula tiroides. La dosis externa de beta y gamma del yodo radiactivo presente en el aire es bastante insignificante en comparación con la dosis asignada a la tiroides que resultaría de respirar este aire. La vida media biológicapara el yodo dentro del cuerpo humano es de aproximadamente 80 días (según ICRP). El cuerpo absorbe el yodo de los alimentos y se concentra preferentemente en la tiroides, donde es necesario para el funcionamiento de esa glándula. Cuando el ¹³¹ I está presente en niveles altos en el medio ambiente debido a la lluvia radiactiva, puede absorberse a través de alimentos contaminados y también se acumulará en la tiroides. ^{El 131} I se desintegra con una vida media de 8.02 días con partículas beta y emisiones gamma. A medida que se descompone, puede dañar la tiroides. El riesgo principal de la exposición a niveles altos de ¹³¹ I es la posibilidad de aparición de cáncer de tiroides radiogénico en una etapa posterior de la vida. Para ¹³¹ I, la ICRP ha calculado que si inhala 1 x 10 ⁶Bq, recibirá una dosis tiroidea de H _T = 400 mSv (y una dosis ponderada para todo el cuerpo de 20 mSv).
• Tritio. El tritio es un subproducto de los reactores nucleares . La fuente más importante (debido a las liberaciones de agua tritiada) de tritio en las plantas de energía nuclear proviene del ácido bórico , que se usa comúnmente como calce químico.para compensar un exceso de reactividad inicial. Tenga en cuenta que el tritio emite partículas beta de baja energía con un rango corto en los tejidos corporales y, por lo tanto, representa un riesgo para la salud como resultado de la exposición interna solo después de la ingestión en agua potable o alimentos, o inhalación o absorción a través de la piel. El tritio que ingresa al cuerpo se distribuye uniformemente entre todos los tejidos blandos. Según la ICRP, el tiempo medio biológico del tritio es de 10 días para el HTO y de 40 días para el OBT (tritio unido orgánicamente) formado a partir del HTO en el cuerpo de los adultos. Como resultado, para una ingesta de 1 x 10 ⁹ Bq de tritio (HTO), un individuo obtendrá una dosis de 20 mSv para todo el cuerpo (igual a la ingesta de 1 x 10 ⁶ Bq de ¹³¹ I). Mientras que para los PWR el tritio representa un riesgo menor para la salud, parareactores de agua pesada , contribuye significativamente a la dosis colectiva de los trabajadores de la planta. Tenga en cuenta que, “El aire saturado con agua moderadora a 35 ° C puede dar 3 000 mSv / h de tritio a un trabajador desprotegido (Ver también: JUBurnham. Protección contra radiación). La mejor protección contra el tritio se puede lograr utilizando un respirador con suministro de aire. Los respiradores de cartucho de tritio protegen a los trabajadores solo por un factor de 3. La única forma de reducir la absorción cutánea es usando plásticos. En las centrales eléctricas PHWR, los trabajadores deben usar plásticos para trabajar en atmósferas que contengan más de 500 μSv / h.

Los respiradores con filtros de aire adecuados o trajes completamente autónomos con su propio suministro de aire pueden mitigar los peligros de la contaminación del aire. La contaminación del aire generalmente se mide con instrumentos radiológicos especiales que bombean continuamente el aire muestreado a través de un filtro. Los instrumentos que hacen esto se denominan monitores de aire continuo (CAM). Las partículas radiactivas en el aire se acumulan en el filtro, donde la actividad se mide mediante un detector colocado cerca del filtro.

Ver también: Concentración de aire derivado

Ver también: Límite anual de ingesta

Descontaminación

La descontaminación es un proceso que se utiliza para reducir o eliminar la contaminación radiactiva para reducir el riesgo de exposición a la radiación. La eliminación de la contaminación de las áreas ocupadas, el equipo y el personal es importante para mantener una dosis de radiación ionizante tan baja como sea razonablemente posible (ALARA). La descontaminación también reduce los niveles de radiación de fondo, el inventario de material radiactivo y la propagación de la contaminación a áreas, equipos y personal no controlados.

La descontaminación se puede lograr limpiando o tratando las superficies para reducir o eliminar la contaminación. También se puede lograr filtrando aire o agua contaminados o cubriendo la contaminación para proteger o absorber la radiación. El proceso también puede simplemente permitir el tiempo adecuado para que la desintegración radiactiva natural disminuya la radiactividad.

En las plantas de energía nuclear , es inevitable que muchos elementos del equipo, así como herramientas, ropa, áreas de trabajo e incluso personas, se contaminen. Esto es bastante común, que parte del material radiactivo se adhiera a las superficies (por ejemplo, la suela de un zapato). En este caso, los trabajadores son monitoreados continuamente y, en este caso, se debe eliminar la contaminación de la superficie. Podemos deshacernos de la contaminación por muchas mecánicas, químicas (descontaminar superficies). Procesos biológicos ( vida media biológica) funcionan siempre en caso de contaminación interna. Una persona se vuelve 'radiactiva' si partículas de polvo que contienen varios radioisótopos caen sobre la piel o la ropa de la persona. Una vez que una persona ha sido descontaminada mediante la eliminación de la ropa y el lavado dérmico, se eliminan todas las fuentes de radiactividad de partículas y la persona ya no está contaminada.

Técnicas de descontaminación

En general, se utilizan muchas técnicas y equipos para descontaminar superficies y personas. En cualquier caso, el tipo de contaminación y el material contaminado son importantes. Por ejemplo, es muy difícil descontaminar materiales porosos. Como orientación general al lector, estas técnicas de descontaminación y sus principales aplicaciones se destacan en:

Referencia especial: Tecnología de punta para la descontaminación y el desmantelamiento de instalaciones nucleares, OIEA. OIEA Viena, 1999. ISBN 92–0–102499–1.

• Descontaminación química . La descontaminación química es uno de los mejores métodos para la mayoría de las operaciones de descontaminación que consiste en limpiar con agua a la que se han agregado uno o más agentes de limpieza químicos adecuados. Estos métodos incluyen la descontaminación con soluciones químicas, geles químicos, descontaminación de espuma, etc. La eliminación de la contaminación del personal debe realizarse con cuidado para garantizar que la piel no se dañe y para evitar que la contaminación ingrese al cuerpo o una herida.
• Descontaminación mecánica . La descontaminación mecánica se puede utilizar especialmente para la descontaminación industrial. Existen métodos de descontaminación en los que la capa exterior de la superficie contaminada se elimina mediante fuerza física. Tales métodos son efectivos, pero son algo toscos y destructivos, y puede que no sea posible usarlos en objetos delicados. Estos métodos incluyen la descontaminación mediante limpieza con vapor, limpieza abrasiva, pulido con chorro de arena, limpieza con aspiradora, limpieza ultrasónica, etc.

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Protección de radiación:

1. Knoll, Glenn F., Detección y medición de radiación, cuarta edición, Wiley, 8/2010. ISBN-13: 978-0470131480.
2. Stabin, Michael G., Protección radiológica y dosimetría: Introducción a la física de la salud, Springer, 10/2010. ISBN-13: 978-1441923912.
3. Martin, James E., Física para la protección radiológica, tercera edición, Wiley-VCH, 4/2013. ISBN-13: 978-3527411764.
4. USNRC, CONCEPTOS DE REACTORES NUCLEARES
5. Departamento de Energía, Física Nuclear y Teoría de Reactores de EE. UU. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.

Física nuclear y de reactores:

1. JR Lamarsh, Introducción a la teoría de los reactores nucleares, 2ª ed., Addison-Wesley, Reading, MA (1983).
2. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
3. WM Stacey, Física de reactores nucleares, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1.
4. Glasstone, Sesonske. Ingeniería de Reactores Nucleares: Ingeniería de Sistemas de Reactores, Springer; 4a edición, 1994, ISBN: 978-0412985317
5. WSC Williams. Física nuclear y de partículas. Prensa de Clarendon; 1 edición, 1991, ISBN: 978-0198520467
6. GRKeepin. Física de la cinética nuclear. Addison-Wesley Pub. Co; 1a edición, 1965
7. Robert Reed Burn, Introducción a la operación de reactores nucleares, 1988.
8. Departamento de Energía, Física Nuclear y Teoría de Reactores de EE. UU. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
9. Paul Reuss, Física de neutrones. EDP ​​Sciences, 2008. ISBN: 978-2759800414.

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Ver también:

Protección contra exposiciones [/ su_button] [/ lgc_column]

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