La contaminación radiactiva , también llamada contaminación radiológica , es la deposición o presencia de sustancias radiactivas en superficies o dentro de sólidos, líquidos o gases (incluido el cuerpo humano), donde su presencia es no intencionada o indeseable (de la Agencia Internacional de Energía Atómica ( OIEA) definición). [3]
Esta contaminación presenta un peligro porque la desintegración radiactiva de los contaminantes produce radiaciones ionizantes (es decir, rayos alfa , beta , gamma y neutrones libres ). El grado de peligro está determinado por la concentración de los contaminantes, la energía de la radiación emitida, el tipo de radiación y la proximidad de la contaminación a los órganos del cuerpo. Es importante dejar claro que la contaminación genera peligro de radiación y que los términos "radiación" y "contaminación" no son intercambiables.
Las fuentes de contaminación radiactiva se pueden clasificar en dos grupos: naturales y artificiales. Después de una descarga atmosférica de un arma nuclear o de una brecha en la contención de un reactor nuclear , el aire, el suelo, las personas, las plantas y los animales cercanos quedarán contaminados por combustible nuclear y productos de fisión . Un vial derramado de material radiactivo como nitrato de uranilo puede contaminar el piso y los trapos utilizados para limpiar el derrame. Los casos de contaminación radiactiva generalizada incluyen el atolón Bikini , la planta Rocky Flats en Colorado, el área cercana al desastre nuclear de Fukushima Daiichi , el área cercana al desastre de Chernobyl y el área cercana al desastre de Mayak .
Las fuentes de contaminación radiactiva pueden ser naturales o provocadas por el hombre.
La contaminación radiactiva puede deberse a diversas causas. Puede ocurrir debido a la liberación de gases, líquidos o partículas radiactivas. Por ejemplo, si se derrama un radionúclido utilizado en medicina nuclear (accidentalmente o, como en el caso de Goiânia , por ignorancia), el material podría ser esparcido por las personas mientras caminan.
La contaminación radiactiva también puede ser un resultado inevitable de ciertos procesos, como la liberación de xenón radiactivo en el reprocesamiento de combustible nuclear . En los casos en que no se pueda contener el material radiactivo, se puede diluir a concentraciones seguras. Para una discusión sobre la contaminación ambiental por emisores alfa , consulte actínidos en el medio ambiente .
La lluvia radiactiva es la distribución de la contaminación radiactiva por las 520 explosiones nucleares atmosféricas que tuvieron lugar entre los años 1950 y 1980.
En accidentes nucleares, una medida del tipo y cantidad de radiactividad liberada, como por ejemplo por una falla de contención de un reactor, se conoce como término fuente. La Comisión Reguladora Nuclear de los Estados Unidos lo define como "Tipos y cantidades de material radiactivo o peligroso liberado al medio ambiente después de un accidente". [7]
La contaminación no incluye el material radiactivo residual que queda en un sitio después de completar el desmantelamiento . Por lo tanto, el material radiactivo en contenedores sellados y designados no se denomina propiamente contaminación, aunque las unidades de medida puedan ser las mismas.
La contención es la forma principal de evitar que la contaminación se libere al medio ambiente o entre en contacto con los seres humanos o sea ingerida por ellos.
Estar dentro de la contención prevista diferencia el material radiactivo de la contaminación radiactiva . Cuando los materiales radiactivos se concentran a un nivel detectable fuera de una contención, el área afectada generalmente se denomina "contaminada".
Existe una gran cantidad de técnicas para contener materiales radiactivos de modo que no se propaguen más allá de la contención y se contaminen. En el caso de líquidos, esto se logra mediante el uso de tanques o contenedores de alta integridad, generalmente con un sistema de sumidero para que las fugas puedan detectarse mediante instrumentación radiométrica o convencional.
Cuando es probable que el material se disperse por el aire, se hace un uso extensivo de la caja de guantes , que es una técnica común en operaciones peligrosas de laboratorio y procesos en muchas industrias. Las guanteras se mantienen bajo una ligera presión negativa y el gas de ventilación se filtra en filtros de alta eficiencia, que son monitoreados por instrumentación radiológica para garantizar su correcto funcionamiento.
Una variedad de radionucleidos se encuentran naturalmente en el medio ambiente. Elementos como el uranio y el torio , y sus productos de desintegración , están presentes en las rocas y el suelo. El potasio-40 , un nucleido primordial , constituye un pequeño porcentaje de todo el potasio y está presente en el cuerpo humano. Otros nucleidos, como el carbono-14 , que está presente en todos los organismos vivos, son creados continuamente por los rayos cósmicos .
Estos niveles de radiactividad representan un pequeño peligro, pero pueden confundir la medición. Se encuentra un problema particular con el gas radón generado naturalmente , que puede afectar los instrumentos que están configurados para detectar contaminación cerca de los niveles normales y puede causar falsas alarmas. Debido a esta habilidad, el operador del equipo de estudios radiológicos necesita saber diferenciar entre la radiación de fondo y la radiación que emana de la contaminación.
Los materiales radiactivos naturales (NORM) pueden salir a la superficie o concentrarse mediante actividades humanas como la minería, la extracción de petróleo y gas y el consumo de carbón.
Puede existir contaminación radiactiva 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.
La vigilancia de la contaminación depende enteramente del despliegue y utilización correctos y apropiados de los instrumentos de vigilancia radiológica.
La contaminación de la superficie puede ser fija o "libre". En el caso de una contaminación fija, el material radiactivo por definición no puede propagarse, pero su radiación sigue siendo mensurable. En el caso de contaminación libre, existe el riesgo de que la contaminación se propague a otras superficies, como la piel o la ropa, o que quede atrapada en el aire. Una superficie de hormigón contaminada por radiactividad se puede raspar hasta una profundidad específica, eliminando el material contaminado para su eliminación.
Para los trabajadores ocupacionales, se establecen áreas controladas donde puede haber riesgo de contaminación. El acceso a esas zonas está controlado mediante diversas técnicas de barrera, que a veces implican cambios de ropa y calzado según sea necesario. Normalmente, la contaminación dentro de una zona controlada se controla periódicamente. La instrumentación de protección radiológica (RPI) desempeña un papel clave en el seguimiento y la detección de cualquier posible propagación de contaminación, y a menudo se instalan combinaciones de instrumentos topográficos portátiles y monitores de área instalados permanentemente, como monitores de partículas en el aire y monitores gamma de área. La detección y medición de la contaminación de la superficie del personal y de la planta se realiza normalmente mediante contador Geiger , contador de centelleo o contador proporcional . Los contadores proporcionales y los contadores de centelleo de fósforo dual pueden discriminar entre contaminación alfa y beta, pero el contador Geiger no. Los detectores de centelleo generalmente se prefieren para los instrumentos de monitoreo portátiles y están diseñados con una ventana de detección grande para agilizar el monitoreo de áreas grandes. Los detectores Geiger tienden a tener ventanas pequeñas, que son más adecuadas para áreas pequeñas de contaminación.
La propagación de la contaminación por el personal que sale de zonas controladas en las que se utilizan o procesan materiales nucleares se vigila mediante instrumentos especializados de control de salida instalados, como sondas de registro, monitores de contaminación de las manos y monitores de salida de todo el cuerpo. Se utilizan para comprobar que las personas que salen de las zonas controladas no portan contaminación en el cuerpo o la ropa.
En el Reino Unido , HSE ha publicado una nota de orientación para el usuario sobre cómo seleccionar el instrumento portátil de medición de radiación correcto para la aplicación en cuestión. [8] Esto cubre todas las tecnologías de instrumentos de radiación y es una guía comparativa útil para seleccionar la tecnología correcta para el tipo de contaminación.
La NPL del Reino Unido publica una guía sobre los niveles de alarma que se utilizarán con los instrumentos para controlar al personal que sale de áreas controladas en las que se puede encontrar contaminación. [9] La contaminación de la superficie generalmente se expresa en unidades de radiactividad por unidad de área para emisores alfa o beta. Para el SI , esto son becquerelios por metro cuadrado (o Bq/m 2 ). Se pueden utilizar otras unidades como picoCuries por 100 cm 2 o desintegraciones por minuto por centímetro cuadrado (1 dpm/cm 2 = 167 Bq/m 2 ).
El aire puede estar contaminado con isótopos radiactivos en forma de partículas, lo que supone un peligro especial por inhalación. Estos peligros se pueden mitigar con respiradores con filtros de aire adecuados o trajes completamente autónomos con suministro de aire propio.
La contaminación del aire se mide mediante instrumentos radiológicos especializados que bombean continuamente el aire muestreado a través de un filtro. Las partículas en el aire se acumulan en el filtro y se pueden medir de varias maneras:
Normalmente se utiliza un sensor de detección de radiación semiconductor que también puede proporcionar información espectrográfica sobre la contaminación que se está recopilando.
Un problema particular con los monitores de contaminación en el aire diseñados para detectar partículas alfa es que el radón natural puede ser bastante frecuente y puede aparecer como contaminación cuando se buscan niveles bajos de contaminación. Por ello, los instrumentos modernos disponen de una "compensación de radón" para superar este efecto.
La contaminación radiactiva puede ingresar al cuerpo mediante ingestión , inhalación , absorción o inyección . Esto dará como resultado una dosis comprometida .
Por este motivo, es importante utilizar equipo de protección personal cuando se trabaja con materiales radiactivos. La contaminación radiactiva también se puede ingerir como resultado de comer plantas y animales contaminados o beber agua o leche contaminada de animales expuestos. Después de un incidente de contaminación importante, se deben considerar todas las vías potenciales de exposición interna.
Utilizada con éxito en Harold McCluskey , existen terapias de quelación y otros tratamientos para la contaminación interna por radionucleidos. [10]
La limpieza de la contaminación da como resultado desechos radiactivos, a menos que el material radiactivo pueda volver a utilizarse comercialmente mediante reprocesamiento . En algunos casos de grandes áreas de contaminación, la contaminación se puede mitigar enterrando y cubriendo las sustancias contaminadas con concreto, tierra o roca para evitar una mayor propagación de la contaminación al medio ambiente. Si el cuerpo de una persona está contaminado por ingestión o por una lesión y la limpieza estándar no puede reducir más la contaminación, entonces la persona puede estar contaminada permanentemente. [ cita necesaria ]
El Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) y la industria nuclear comercial han utilizado productos de control de la contaminación durante décadas para minimizar la contaminación en equipos y superficies radiactivos y fijar la contaminación en su lugar. "Productos para el control de la contaminación" es un término amplio que incluye fijadores, recubrimientos desprendibles y geles descontaminantes . Un producto fijador funciona como un recubrimiento permanente para estabilizar la contaminación radiactiva residual suelta/transferible fijándola en su lugar; esto ayuda a prevenir la propagación de la contaminación y reduce la posibilidad de que la contaminación se transmita por el aire, reduciendo la exposición de la fuerza laboral y facilitando futuras actividades de desactivación y desmantelamiento (D&D). Los productos de recubrimiento desprendibles se adhieren libremente a películas similares a pinturas y se utilizan por sus capacidades de descontaminación. Se aplican a superficies con contaminación radiactiva suelta/transferible y luego, una vez secos, se retiran, lo que elimina la contaminación suelta/transferible junto con el producto. La contaminación radiactiva residual en la superficie se reduce significativamente una vez que se retira el recubrimiento desprendible. Los recubrimientos desprendibles modernos muestran una alta eficiencia de descontaminación y pueden rivalizar con los métodos tradicionales de descontaminación mecánica y química. Los geles descontaminantes funcionan de manera muy similar a otros recubrimientos desprendibles. Los resultados obtenidos mediante el uso de productos de control de la contaminación son variables y dependen del tipo de sustrato, el producto de control de la contaminación seleccionado, los contaminantes y las condiciones ambientales (p. ej., temperatura, humedad, etc.).[2]
Algunas de las áreas más grandes comprometidas a ser descontaminadas se encuentran en la prefectura de Fukushima , Japón. El gobierno nacional está bajo presión para limpiar la mayor cantidad de tierra posible de la radiactividad provocada por el accidente nuclear de Fukushima en marzo de 2011, para que algunas de las 110.000 personas desplazadas puedan regresar. Eliminar el radioisótopo clave que amenaza la salud ( cesio-137 ) de los residuos de baja actividad también podría reducir drásticamente el volumen de residuos que requieren una eliminación especial. El objetivo es encontrar técnicas que puedan eliminar entre el 80 y el 95% del cesio del suelo y otros materiales contaminados, de manera eficiente y sin destruir el contenido orgánico del suelo. Una de las que se está investigando se denomina voladura hidrotermal. El cesio se separa de las partículas del suelo y luego se precipita con ferricianuro férrico ( azul de Prusia ). Sería el único componente de los residuos que requeriría lugares de enterramiento especiales. [11] El objetivo es reducir la exposición anual procedente del entorno contaminado a un milisievert (mSv) por encima del nivel ambiental. El área más contaminada donde las dosis de radiación son superiores a 50 mSv/año debe permanecer fuera de los límites, pero algunas áreas que actualmente tienen menos de 5 mSv/año pueden descontaminarse, lo que permitirá el regreso de 22.000 residentes.
Para ayudar a proteger a las personas que viven en áreas geográficas que han sido contaminadas radiactivamente, la Comisión Internacional de Protección Radiológica ha publicado una guía: "Publicación 111 – Aplicación de las recomendaciones de la Comisión para la protección de las personas que viven en áreas contaminadas a largo plazo después de un accidente nuclear o una emergencia radiológica". [12]
Los peligros para las personas y el medio ambiente derivados de la contaminación radiactiva dependen de la naturaleza del contaminante radiactivo, el nivel de contaminación y el alcance de su propagación. Los niveles bajos de contaminación radiactiva representan poco riesgo, pero aún pueden detectarse mediante instrumentación de radiación. [ cita necesaria ] Si se realiza una encuesta o un mapa de un área contaminada, los lugares de muestreo aleatorio se pueden etiquetar con su actividad en becquerels o curies al contacto. Los niveles bajos pueden informarse en cuentas por minuto utilizando un contador de centelleo .
En el caso de contaminación de bajo nivel por isótopos con una vida media corta, el mejor curso de acción puede ser simplemente dejar que el material se descomponga naturalmente . Los isótopos de vida más larga deben limpiarse y eliminarse adecuadamente porque incluso un nivel muy bajo de radiación puede poner en peligro la vida si se expone a ellos durante mucho tiempo.
Las instalaciones y ubicaciones físicas que se consideren contaminadas pueden ser acordonadas por un físico sanitario y etiquetadas como "Área contaminada". Las personas que se acerquen a una zona de este tipo normalmente necesitarán ropa anticontaminación ("anti-C").
Los altos niveles de contaminación pueden plantear riesgos importantes para las personas y el medio ambiente. Las personas pueden quedar expuestas a niveles de radiación potencialmente letales, tanto externa como internamente, debido a la propagación de la contaminación después de un accidente (o una iniciación deliberada ) que involucre grandes cantidades de material radiactivo. Los efectos biológicos de la exposición externa a la contaminación radiactiva son generalmente los mismos que los de una fuente de radiación externa que no involucra materiales radiactivos, como las máquinas de rayos X , y dependen de la dosis absorbida .
Cuando se mide o mapea la contaminación radiactiva in situ , cualquier lugar que parezca ser una fuente puntual de radiación probablemente esté muy contaminado. Un lugar altamente contaminado se conoce coloquialmente como "punto caliente". En un mapa de un lugar contaminado, los puntos calientes pueden estar etiquetados con su tasa de dosis "por contacto" en mSv/h. En una instalación contaminada, los puntos calientes pueden marcarse con un letrero, protegerse con bolsas de perdigones de plomo o acordonarse con cinta de advertencia que contenga el símbolo del trébol radiactivo .
El peligro de contaminación es la emisión de radiaciones ionizantes. Las principales radiaciones que se encontrarán son alfa, beta y gamma, pero tienen características bastante diferentes. Tienen poderes de penetración y efectos de radiación muy diferentes, y el diagrama adjunto muestra la penetración de estas radiaciones en términos simples. Para comprender los diferentes efectos ionizantes de estas radiaciones y los factores de ponderación aplicados, consulte el artículo sobre dosis absorbida .
La vigilancia de la radiación implica la medición de la dosis de radiación o la contaminación por radionucleidos por motivos relacionados con la evaluación o el control de la exposición a la radiación o sustancias radiactivas, y la interpretación de los resultados. Los detalles metodológicos y técnicos del diseño y funcionamiento de programas y sistemas de vigilancia de la radiación ambiental para diferentes radionucleidos, medios ambientales y tipos de instalaciones se presentan en la Colección de Normas de Seguridad del OIEA Nº RS–G-1.8 [13] y en la Serie de Informes de Seguridad del OIEA. Núm. 64. [14]
La contaminación radiactiva, por definición, emite radiaciones ionizantes, que pueden irradiar el cuerpo humano desde un origen externo o interno.
Esto se debe a la radiación de la contaminación ubicada fuera del cuerpo humano. La fuente puede estar cerca del cuerpo o en la superficie de la piel. El nivel de riesgo para la salud depende de la duración y del tipo y fuerza de la irradiación. Las radiaciones penetrantes como los rayos gamma, los rayos X, los neutrones o las partículas beta suponen el mayor riesgo procedente de una fuente externa. Las radiaciones de baja penetración, como las partículas alfa, tienen un riesgo externo bajo debido al efecto protector de las capas superiores de la piel. Consulte el artículo sobre sievert para obtener más información sobre cómo se calcula.
La contaminación radiactiva puede ser ingerida por el cuerpo humano si se transporta por el aire o se ingiere como contaminación de alimentos o bebidas, e irradiará el cuerpo internamente. El arte y la ciencia de evaluar la dosis de radiación generada internamente es la dosimetría interna .
Los efectos biológicos de los radionucleidos ingeridos dependen en gran medida de la actividad, la biodistribución y las tasas de eliminación del radionucleido, que a su vez dependen de su forma química, el tamaño de las partículas y la ruta de entrada. Los efectos también pueden depender de la toxicidad química del material depositado, independientemente de su radiactividad. Algunos radionucleidos pueden distribuirse generalmente por todo el cuerpo y eliminarse rápidamente, como es el caso del agua tritiada .
Algunos órganos concentran ciertos elementos y, por tanto, variantes radionucleidas de esos elementos. Esta acción puede conducir a tasas de eliminación mucho más bajas. Por ejemplo, la glándula tiroides absorbe un gran porcentaje del yodo que ingresa al cuerpo. Grandes cantidades de yodo radiactivo inhalado o ingerido pueden dañar o destruir la tiroides, mientras que otros tejidos se ven afectados en menor medida. El yodo-131 radiactivo es un producto de fisión común ; fue un componente importante de la radiactividad liberada por el desastre de Chernobyl , que provocó nueve casos mortales de cáncer de tiroides e hipotiroidismo en niños . Por otro lado, el yodo radiactivo se utiliza en el diagnóstico y tratamiento de muchas enfermedades de la tiroides precisamente debido a la absorción selectiva de yodo por parte de la tiroides.
El riesgo de radiación propuesto por la Comisión Internacional de Protección Radiológica (ICRP) predice que una dosis efectiva de un sievert (100 rem) conlleva un 5,5% de posibilidades de desarrollar cáncer. Este riesgo es la suma de las dosis de radiación interna y externa. [15]
La ICRP afirma que "los radionucleidos incorporados en el cuerpo humano irradian los tejidos durante períodos determinados por su vida media física y su retención biológica dentro del cuerpo. Por lo tanto, pueden dar lugar a dosis en los tejidos del cuerpo durante muchos meses o años después de la ingesta. La necesidad de regular la exposición a los radionucleidos y la acumulación de dosis de radiación durante largos períodos de tiempo ha llevado a la definición de cantidades de dosis comprometidas". [16] La ICRP establece además: "Para la exposición interna, las dosis efectivas comprometidas generalmente se determinan a partir de una evaluación de las ingestas de radionucleidos a partir de mediciones de bioensayos u otras cantidades (por ejemplo, actividad retenida en el cuerpo o en las excretas diarias). La dosis de radiación es determinada a partir de la ingesta utilizando los coeficientes de dosis recomendados". [17]
La ICRP define dos cantidades de dosis para la dosis comprometida individual:
Dosis equivalente comprometida , H T ( t ) es la integral de tiempo de la tasa de dosis equivalente en un tejido u órgano particular que recibirá un individuo después de la ingesta de material radiactivo en el cuerpo por una Persona de Referencia, donde t es el tiempo de integración en años. [18] Esto se refiere específicamente a la dosis en un tejido u órgano específico, de manera similar a la dosis equivalente externa.
La dosis efectiva comprometida, E( t ) es la suma de los productos de las dosis equivalentes comprometidas en órgano o tejido y los factores de ponderación de tejido apropiados WT , donde t es el tiempo de integración en años después de la ingesta. El período de compromiso se considera de 50 años para los adultos y de 70 años para los niños. [18] Esto se refiere específicamente a la dosis en todo el cuerpo, de manera similar a la dosis efectiva externa.
Un informe de 2015 en Lancet explicó que los impactos graves de los accidentes nucleares a menudo no eran directamente atribuibles a la exposición a la radiación, sino más bien a efectos sociales y psicológicos. [19] Las consecuencias de la radiación de bajo nivel son a menudo más psicológicas que radiológicas. Como no se pueden detectar los daños causados por la radiación de muy bajo nivel, las personas expuestas a ella quedan en una angustiosa incertidumbre sobre lo que les sucederá. Muchos creen que han sido fundamentalmente contaminados de por vida y pueden negarse a tener hijos por temor a defectos de nacimiento . Es posible que otros miembros de su comunidad los rechacen por temor a una especie de contagio misterioso. [20]
La evacuación forzosa tras un accidente radiológico o nuclear puede provocar aislamiento social, ansiedad, depresión, problemas médicos psicosomáticos, conductas imprudentes e incluso suicidio. Éste fue el resultado del desastre nuclear de Chernobyl en Ucrania en 1986. Un amplio estudio realizado en 2005 concluyó que "el impacto de Chernobyl en la salud mental es el mayor problema de salud pública provocado por el accidente hasta la fecha". [20] Frank N. von Hippel , un científico estadounidense, comentó sobre el desastre nuclear de Fukushima en 2011 , diciendo que "el miedo a la radiación ionizante podría tener efectos psicológicos a largo plazo en una gran parte de la población en las áreas contaminadas". [21] La evacuación y el desplazamiento a largo plazo de las poblaciones afectadas crean problemas para muchas personas, especialmente los ancianos y los pacientes hospitalizados. [19]
Un peligro psicológico tan grande no acompaña a otros materiales que ponen a las personas en riesgo de sufrir cáncer y otras enfermedades mortales. El miedo visceral no se suscita ampliamente, por ejemplo, por las emisiones diarias derivadas de la quema de carbón, aunque, como descubrió un estudio de la Academia Nacional de Ciencias, esto causa 10.000 muertes prematuras al año en la población estadounidense de 317.413.000 habitantes . Se estima que los errores médicos que provocan la muerte en los hospitales estadounidenses oscilan entre 44.000 y 98.000. "Sólo la radiación nuclear conlleva una enorme carga psicológica, ya que conlleva un legado histórico único". [20]
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