Estroncio-90 (90
Sr
) es un isótopo radiactivo del estroncio producido por fisión nuclear , con una vida media de 28,8 años. Sufre una desintegración β − en itrio-90 , con una energía de desintegración de 0,546 MeV. [2] El estroncio-90 tiene aplicaciones en la medicina y la industria y es un isótopo de interés en la lluvia radiactiva de las armas nucleares , las pruebas de armas nucleares y los accidentes nucleares . [3]
El estroncio natural no es radiactivo ni tóxico en los niveles que normalmente se encuentran en el medio ambiente, pero el 90 Sr es un peligro de radiación. [4] El 90 Sr sufre una desintegración β − con una vida media de 28,79 años y una energía de desintegración de 0,546 MeV distribuida entre un electrón , un antineutrino y el isótopo de itrio 90 Y , que a su vez sufre una desintegración β − con una vida media de 64 horas y una energía de desintegración de 2,28 MeV distribuida entre un electrón, un antineutrino y 90 Zr (circonio), que es estable. [5] Nótese que el 90 Sr/Y es casi una fuente de partículas beta pura ; la emisión de fotones gamma de la desintegración del 90 Y es tan infrecuente que normalmente se puede ignorar.
El 90 Sr tiene una actividad específica de 5,21 TBq /g. [6]
El 90 Sr es un producto de la fisión nuclear . Está presente en cantidades significativas en el combustible nuclear gastado , en los desechos radiactivos de los reactores nucleares y en la lluvia radiactiva de las pruebas nucleares . En el caso de la fisión de neutrones térmicos , como en las centrales nucleares actuales, el rendimiento del producto de fisión del uranio-235 es del 5,7%, del uranio-233 del 6,6%, pero del plutonio-239 solo del 2,0%. [7]
El estroncio-90 está clasificado como residuo de alto nivel. Su vida media de 29 años significa que puede tardar cientos de años en desintegrarse hasta niveles insignificantes. La exposición a través de agua y alimentos contaminados puede aumentar el riesgo de leucemia y cáncer de huesos . [8] Según se informa, miles de cápsulas de estroncio radiactivo que contienen millones de curios se almacenan en la Instalación de Encapsulación y Almacenamiento de Residuos de Hanford Site. [9]
Las algas han demostrado selectividad por el estroncio en estudios, donde la mayoría de las plantas utilizadas en biorremediación no han mostrado selectividad entre calcio y estroncio, saturándose a menudo con calcio, que es mayor en cantidad y también está presente en los desechos nucleares. [8]
Los investigadores han estudiado la bioacumulación de estroncio por parte de Scenedesmus spinosus ( alga ) en aguas residuales simuladas. El estudio afirma que S. spinosus posee una capacidad de biosorción altamente selectiva para el estroncio , lo que sugiere que podría ser adecuado para su uso en aguas residuales nucleares. [10]
Un estudio del alga de estanque Closterium moniliferum utilizando estroncio estable descubrió que variar la proporción de bario a estroncio en el agua mejoraba la selectividad del estroncio. [8]
El estroncio-90 es un " buscador de huesos " que exhibe un comportamiento bioquímico similar al calcio , el siguiente elemento más ligero del grupo 2. [ 4] [11] Después de ingresar al organismo, con mayor frecuencia por ingestión con alimentos o agua contaminados, aproximadamente el 70-80% de la dosis se excreta. [3] Virtualmente todo el estroncio-90 restante se deposita en los huesos y la médula ósea , y el 1% restante permanece en la sangre y los tejidos blandos. [3] Su presencia en los huesos puede causar cáncer de huesos , cáncer de tejidos cercanos y leucemia . [12] La exposición al 90 Sr se puede probar mediante un bioensayo , más comúnmente mediante análisis de orina . [4]
La vida media biológica del estroncio-90 en humanos se ha descrito de diversas formas: de 14 a 600 días, [13] [14] 1000 días, [15] 18 años, [16] 30 años [17] y, como límite superior, 49 años. [18] Las cifras de vida media biológica publicadas son muy variadas y se explican por el complejo metabolismo del estroncio en el cuerpo. Sin embargo, si se hace un promedio de todas las vías de excreción, se estima que la vida media biológica total es de unos 18 años. [19]
La tasa de eliminación del estroncio-90 está fuertemente afectada por la edad y el sexo, debido a las diferencias en el metabolismo óseo . [20]
Junto con los isótopos de cesio 134 Cs y 137 Cs , y el isótopo de yodo 131 I , fue uno de los isótopos más importantes en cuanto a impactos sobre la salud después del desastre de Chernóbil . Como el estroncio tiene una afinidad con el receptor de detección de calcio de las células paratiroideas que es similar a la del calcio, el mayor riesgo de que los liquidadores de la central eléctrica de Chernóbil sufran hiperparatiroidismo primario podría explicarse por la unión del estroncio-90. [21]
La desintegración radiactiva del estroncio-90 genera una cantidad significativa de calor, 0,95 W/g en forma de estroncio metálico puro o aproximadamente 0,460 W/g como titanato de estroncio [22] y es más barato que la alternativa 238 Pu . Se utiliza como fuente de calor en muchos generadores termoeléctricos de radioisótopos rusos/soviéticos , normalmente en forma de titanato de estroncio. [23] También se utilizó en la serie estadounidense "Sentinel" de RTG. [24] La empresa emergente Zeno Power está desarrollando RTG que utilizan estroncio-90 del Departamento de Defensa y tiene como objetivo enviar el producto para 2026. [25]
El 90 Sr se utiliza en la industria como fuente radiactiva para medidores de espesor. [3]
El 90 Sr se utiliza ampliamente en medicina como fuente radiactiva para la radioterapia superficial de algunos tipos de cáncer. Se pueden utilizar cantidades controladas de 90 Sr y 89 Sr en el tratamiento del cáncer de huesos y para tratar la reestenosis coronaria mediante braquiterapia vascular . También se utiliza como trazador radiactivo en medicina y agricultura. [3]
El 90 Sr se utiliza como método de inspección de palas en algunos helicópteros con largueros de pala huecos para indicar si se ha formado una grieta. [26]
En abril de 1943, Enrico Fermi sugirió a Robert Oppenheimer la posibilidad de utilizar los subproductos radiactivos del enriquecimiento para contaminar el suministro de alimentos alemán. El trasfondo era el temor de que el proyecto alemán de la bomba atómica ya estuviera en una fase avanzada, y Fermi también era escéptico en ese momento de que una bomba atómica pudiera desarrollarse con la suficiente rapidez. Oppenheimer discutió la propuesta con Edward Teller , quien sugirió el uso de estroncio-90. James Bryant Conant y Leslie R. Groves también fueron informados, pero Oppenheimer quería seguir adelante con el plan solo si se podía contaminar suficiente comida con el arma para matar a medio millón de personas. [27]
El estroncio-90 no tiene tanta probabilidad como el cesio-137 de liberarse como parte de un accidente en un reactor nuclear porque es mucho menos volátil, pero es probablemente el componente más peligroso de la lluvia radiactiva de un arma nuclear. [28]
Un estudio de cientos de miles de dientes de leche , recolectados por la Dra. Louise Reiss y sus colegas como parte de la Encuesta de Dientes de Bebé , encontró un gran aumento en los niveles de 90 Sr a lo largo de la década de 1950 y principios de la de 1960. Los resultados finales del estudio mostraron que los niños nacidos en St. Louis, Missouri , en 1963 tenían niveles de 90 Sr en sus dientes de leche que eran 50 veces más altos que los encontrados en los niños nacidos en 1950, antes del advenimiento de las pruebas atómicas a gran escala. Los revisores del estudio predijeron que la lluvia radiactiva causaría un aumento en la incidencia de enfermedades en aquellos que absorbieron estroncio-90 en sus huesos. [29] Sin embargo, no se han realizado estudios de seguimiento de los sujetos, por lo que la afirmación no está probada.
Un artículo con los hallazgos iniciales del estudio fue distribuido al presidente estadounidense John F. Kennedy en 1961, y ayudó a convencerlo de firmar el Tratado de Prohibición Parcial de Ensayos Nucleares con el Reino Unido y la Unión Soviética , poniendo fin a las pruebas de armas nucleares sobre la superficie que arrojaban las mayores cantidades de lluvia radiactiva a la atmósfera. [30]
El desastre de Chernóbil liberó aproximadamente 10 PBq , o alrededor del 5% del inventario del núcleo, de estroncio-90 al medio ambiente. [31] El desastre de Kyshtym liberó estroncio-90 y otros materiales radiactivos al medio ambiente. Se estima que liberó 20 MCi (800 PBq) de radiactividad. El desastre de Fukushima Daiichi liberó desde el accidente hasta 2013 entre 0,1 y 1 PBq de estroncio-90 en forma de agua de refrigeración contaminada al océano Pacífico . [32]