El yodo-129 ( 129 I) es un radioisótopo de yodo de larga vida que se produce de forma natural, pero que también es de especial interés en el seguimiento y los efectos de los productos de fisión nuclear fabricados por el hombre , donde sirve como trazador y como posible contaminante radiológico.
129 I es uno de los siete productos de fisión de larga duración . Se forma principalmente a partir de la fisión del uranio y el plutonio en reactores nucleares . Se liberaron cantidades significativas a la atmósfera por los ensayos de armas nucleares en los años 1950 y 1960, por accidentes de reactores nucleares y por el reprocesamiento militar y civil del combustible nuclear gastado. [3]
También se produce naturalmente en pequeñas cantidades, debido a la fisión espontánea del uranio natural , por la espalación por rayos cósmicos de trazas de xenón en la atmósfera y por los muones de rayos cósmicos que chocan con el telurio -130. [4] [5]
El 129 I se desintegra con una vida media de 15,7 millones de años, con emisiones beta y gamma de baja energía , hasta convertirse en xenón-129 estable ( 129 Xe). [6]
129 I es uno de los siete productos de fisión de larga duración que se producen en cantidades significativas. Su rendimiento es del 0,706% por fisión de 235 U. [7] Se producen proporciones mayores de otros isótopos de yodo, como el 131 I , pero debido a que todos tienen vidas medias cortas, el yodo en el combustible nuclear gastado enfriado consta de aproximadamente 5 ⁄ 6 129 I y 1 ⁄ 6 del único isótopo estable de yodo, 127 yo.
Debido a que el 129 I tiene una vida larga y es relativamente móvil en el medio ambiente, es de particular importancia en la gestión a largo plazo del combustible nuclear gastado. En un depósito geológico profundo de combustible usado no reprocesado, es probable que el 129 I sea el radionucleido de mayor impacto potencial en períodos prolongados.
Dado que el 129 I tiene una modesta sección transversal de absorción de neutrones de 30 graneros [8] y está relativamente sin diluir con otros isótopos del mismo elemento, se está estudiando su eliminación mediante transmutación nuclear mediante reirradiación con neutrones [9] o mediante láseres de alta potencia. [10]
Una gran fracción del 129 I contenido en el combustible gastado se libera a la fase gaseosa, cuando el combustible gastado se tritura primero y luego se disuelve en ácido nítrico hirviendo durante el reprocesamiento. [3] Al menos en las plantas de reprocesamiento civiles, se supone que los depuradores especiales retienen el 99,5% (o más) del yodo por adsorción, [3] antes de que el aire de escape se libere al medio ambiente. Sin embargo, el Laboratorio de Salud Radiológica del Noreste (NERHL) encontró, durante sus mediciones en la primera planta de reprocesamiento civil de Estados Unidos, operada por Nuclear Fuel Services, Inc. (NFS) en el oeste de Nueva York, que "entre el 5 y el 10% de la En total , 129 I disponibles del combustible disuelto" se liberaron en la chimenea de escape. [3] Escribieron además que "estos valores son mayores que la producción prevista (Tabla 1). Esto era de esperar ya que los depuradores de yodo no estaban funcionando durante los ciclos de disolución monitoreados". [3]
El Laboratorio de Salud Radiológica del Noreste afirma además que, debido a las limitaciones de sus sistemas de medición, la liberación real de 129 I puede haber sido incluso mayor, "dado que las pérdidas [ de 129 I] [por adsorción] probablemente ocurrieron en las tuberías y conductos entre la chimenea y el muestreador". [3] Además, el sistema de toma de muestras utilizado por NERHL tenía una trampa de burbujeo para medir el contenido de tritio de las muestras de gas antes de la trampa de yodo. Sólo después de tomar las muestras, el NERHL descubrió que "la trampa de burbujeo retenía entre el 60 y el 90% de los 129 que tomé como muestra". [3] Concluyeron: "Los burbujeadores ubicados aguas arriba de los intercambiadores de iones eliminaron una porción importante del 129 I gaseoso antes de que llegara al muestreador de intercambio iónico. La capacidad de eliminación de yodo del burbujeador se anticipó, pero no en la magnitud en la que ocurrió. ". La liberación documentada de "entre el 5 y el 10% del total de 129 I disponible en el combustible disuelto" [3] no se corrige para esas dos deficiencias de medición.
El aislamiento militar del plutonio del combustible gastado también ha liberado 129 I a la atmósfera: "Más de 685.000 curios de yodo 131 arrojados de las chimeneas de las plantas de separación de Hanford en los primeros tres años de funcionamiento". [11] Como el 129 I y el 131 I tienen propiedades físicas y químicas muy similares, y no se realizó ninguna separación de isótopos en Hanford, el 129 I también debe haber sido liberado allí en grandes cantidades durante el proyecto Manhattan. Mientras Hanford reprocesaba combustible "caliente", que había sido irradiado en un reactor sólo unos meses antes, la actividad del 131 I liberado, de vida corta , con un tiempo de vida media de sólo 8 días, era mucho mayor que la del 129 I de larga duración . Sin embargo, si bien todo el 131 I liberado durante los tiempos del proyecto Manhattan ya se ha descompuesto, más del 99,999% del 129 I todavía está en el medio ambiente.
Los datos de la perforación de hielo obtenidos por la Universidad de Berna en el glaciar Fiescherhorn en las montañas alpinas a una altura de 3950 m muestran un aumento algo constante en la tasa de depósito de 129 I (que se muestra en la imagen como una línea continua) con el tiempo. En particular, los valores más altos obtenidos en 1983 y 1984 son aproximadamente seis veces mayores que el máximo medido durante el período de los ensayos de la bomba atmosférica en 1961. Este fuerte aumento tras la conclusión de los ensayos de la bomba atmosférica indica que el reprocesamiento del combustible nuclear ha sido la fuente principal de yodo-129 atmosférico desde entonces. Estas mediciones duraron hasta 1986. [12]
129 I no se produce deliberadamente para ningún propósito práctico. Sin embargo, su larga vida media y su relativa movilidad en el medio ambiente lo han hecho útil para una variedad de aplicaciones de citas. Estos incluyen la identificación de aguas subterráneas más antiguas en función de la cantidad de 129 I natural (o su producto de desintegración 129 Xe) presente, así como la identificación de aguas subterráneas más jóvenes por el aumento de los niveles antropogénicos de 129 I desde la década de 1960. [13] [14] [15]
En 1960, el físico John H. Reynolds descubrió que ciertos meteoritos contenían una anomalía isotópica en forma de un exceso de 129 Xe. Dedujo que debía ser un producto de la desintegración del 129 I radiactivo de larga desintegración. Este isótopo se produce en cantidad en la naturaleza sólo en explosiones de supernova . Como la vida media del 129 I es comparativamente corta en términos astronómicos, esto demostró que había transcurrido poco tiempo entre la supernova y el momento en que los meteoritos se solidificaron y atraparon el 129 I. Estos dos eventos (supernova y solidificación de la nube de gas ) se infirió que ocurrieron durante la historia temprana del Sistema Solar , ya que el isótopo 129 I probablemente se generó antes de que se formara el Sistema Solar, pero no mucho antes, y sembró los isótopos de la nube de gas solar con isótopos de una segunda fuente. Esta fuente de supernova también puede haber provocado el colapso de la nube de gas solar. [16] [17]