La radiactividad ambiental es producida por materiales radiactivos en el entorno humano . Mientras que algunos radioisótopos , como el estroncio-90 ( 90 Sr) y el tecnecio-99 ( 99 Tc), sólo se encuentran en la Tierra como resultado de la actividad humana, y algunos, como el potasio-40 ( 40 K), sólo están presentes debido a En comparación con los procesos naturales, algunos isótopos, por ejemplo el tritio ( 3 H), resultan tanto de procesos naturales como de actividades humanas. La concentración y ubicación de algunos isótopos naturales, en particular el uranio-238 ( 238 U), pueden verse afectadas por la actividad humana.
La radiactividad está presente en todas partes y lo ha estado desde la formación de la Tierra. La radiactividad natural detectada en el suelo se debe predominantemente a los siguientes cuatro radioisótopos naturales: 40 K, 226 Ra, 238 U y 232 Th. En un kilogramo de suelo, el potasio-40 equivale a un promedio de 370 Bq de radiación, con un rango típico de 100 a 700 Bq; los demás contribuyen cada uno con unos 25 Bq, con rangos típicos de 10 a 50 Bq (7 a 50 Bq para el 232 Th). [1] Algunos suelos pueden variar mucho de estas normas.
Un informe reciente sobre el río Sava en Serbia sugiere que muchos de los sedimentos del río contienen alrededor de 100 Bq kg −1 de radioisótopos naturales ( 226 Ra, 232 Th y 238 U). [2] Según las Naciones Unidas la concentración normal de uranio en el suelo oscila entre 300 μg kg −1 y 11,7 mg kg −1 . [3] Es bien sabido que algunas plantas, llamadas hiperacumuladoras , son capaces de absorber y concentrar metales dentro de sus tejidos; El yodo se aisló por primera vez de algas en Francia , lo que sugiere que las algas son un hiperacumulador de yodo.
También se pueden detectar radioisótopos sintéticos en el limo. Busby [ cita necesaria ] cita un informe sobre la actividad del plutonio en los sedimentos intermareales de Gales elaborado por Garland et al. (1989), lo que sugiere que cuanto más cerca esté un sitio de Sellafield , mayor será la concentración de plutonio en el limo. Se puede observar cierta relación entre distancia y actividad en sus datos, cuando se ajustan a una curva exponencial, pero la dispersión de los puntos es grande (R 2 = 0,3683).
La radiactividad adicional en la biosfera causada por la actividad humana debido a las emisiones de radiactividad artificial y de materiales radiactivos naturales (NORM) se puede dividir en varias clases.
El hecho de que un radioisótopo aterrice en la superficie del suelo no significa que entrará en la cadena alimentaria humana . Después de su liberación al medio ambiente, los materiales radiactivos pueden llegar a los humanos por diversas rutas, y la química del elemento suele dictar la ruta más probable.
Jiří Hála afirma en su libro de texto "Radioactividad, radiación ionizante y energía nuclear" [4] que el ganado sólo transmite una pequeña parte del estroncio , cesio , plutonio y americio que ingiere a los humanos que consumen leche y carne . Usando la leche como ejemplo, si la vaca tiene una ingesta diaria de 1000 Bq de los isótopos anteriores, entonces la leche tendrá las siguientes actividades.
El libro de texto de Jiří Hála afirma que los suelos varían mucho en su capacidad para unir radioisótopos, las partículas de arcilla y los ácidos húmicos pueden alterar la distribución de los isótopos entre el agua del suelo y el suelo. El coeficiente de distribución K d es la relación entre la radiactividad del suelo (Bq g −1 ) y la del agua del suelo (Bq ml −1 ). Si la radiactividad está estrechamente unida a los minerales del suelo, los cultivos y la hierba que crecen en el suelo pueden absorber menos radiactividad.
Una fuente espectacular de radiactividad creada por el hombre es una prueba de armas nucleares . La trinitita vítrea creada por la primera bomba atómica contiene radioisótopos formados por activación de neutrones y fisión nuclear . Además, están presentes algunos radioisótopos naturales. Un artículo reciente [5] informa sobre los niveles de radioisótopos de larga duración en la trinitita. La trinitita se formó a partir de feldespato y cuarzo que se fundieron con el calor. Se utilizaron dos muestras de trinitita, la primera (barras del lado izquierdo del gráfico) se tomó entre 40 y 65 metros de la zona cero mientras que la otra muestra se tomó más lejos del punto cero .
Los 152 Eu (vida media 13,54 años) y 154 Eu (vida media 8,59 años) se formaron principalmente por la activación de neutrones del europio en el suelo; está claro que el nivel de radiactividad de estos isótopos es mayor donde la dosis de neutrones a el suelo era más grande. Parte del 60 Co (vida media de 5,27 años) se genera mediante la activación del cobalto en el suelo, pero otra parte también se generó mediante la activación del cobalto en la torre de acero (100 pies). Este 60 Co de la torre se habría esparcido por el lugar reduciendo la diferencia en los niveles del suelo.
Los 133 Ba (vida media 10,5 años) y 241 Am (vida media 432,6 años) se deben a la activación neutrónica del bario y el plutonio en el interior de la bomba. El bario estaba presente en forma de nitrato en los explosivos químicos utilizados, mientras que el plutonio era el combustible fisionable utilizado.
El nivel de 137 Cs es más alto en la muestra que estaba más alejada del punto cero; se cree que esto se debe a que los precursores del 137 Cs ( 137 I y 137 Xe) y, en menor grado, el cesio mismo son volátiles. . Los radioisótopos naturales del vidrio son aproximadamente los mismos en ambos lugares.
La acción de los neutrones sobre isótopos estables puede formar radioisótopos ; por ejemplo, el bombardeo de neutrones (activación de neutrones) del nitrógeno -14 forma carbono -14. Este radioisótopo puede liberarse del ciclo del combustible nuclear ; este es el radioisótopo responsable de la mayor parte de las dosis que experimenta la población como resultado de las actividades de la industria nuclear . [ cita necesaria ]
Las pruebas de bombas nucleares han aumentado la actividad específica del carbono, mientras que el uso de combustibles fósiles la ha disminuido. Consulte el artículo sobre datación por radiocarbono para obtener más detalles.
Las descargas de las plantas nucleares dentro del ciclo del combustible nuclear introducen productos de fisión en el medio ambiente. Las emisiones de las plantas de reprocesamiento nuclear tienden a ser radioisótopos de vida media a larga; esto se debe a que el combustible nuclear se deja enfriar durante varios años antes de disolverse en ácido nítrico . Las liberaciones de accidentes de reactores nucleares y detonaciones de bombas contendrán una mayor cantidad de radioisótopos de vida corta (cuando las cantidades se expresan en actividad Bq )).
Un ejemplo de producto de fisión de vida corta es el yodo-131 , que también puede formarse como producto de activación mediante la activación neutrónica del teluro .
Tanto en la lluvia radiactiva como en la liberación de un accidente de reactor de potencia, los isótopos de vida corta hacen que la tasa de dosis el primer día sea mucho mayor que la que se experimentará en el mismo sitio muchos días después. Esto es válido incluso si no se realizan intentos de descontaminación. En los gráficos siguientes se muestran la tasa de dosis gamma total y la proporción de la dosis debida a cada isótopo principal liberado por el accidente de Chernobyl.
Un ejemplo de medio vivido es el 137 Cs, que tiene una vida media de 30 años. El cesio se libera durante la lluvia radiactiva de las bombas y en el ciclo del combustible nuclear. Se ha escrito un artículo sobre la radiactividad en las ostras encontradas en el Mar de Irlanda ; mediante espectroscopía gamma se descubrió que contenían 141 Ce, 144 Ce, 103 Ru, 106 Ru, 137 Cs, 95 Zr y 95 Nb. [ cita necesaria ] Además, se encontró un producto de activación de zinc ( 65 Zn); se cree que esto se debe a la corrosión del revestimiento de combustible magnox en los estanques de enfriamiento. [6] La concentración de todos estos isótopos en el Mar de Irlanda atribuibles a instalaciones nucleares como Sellafield ha disminuido significativamente en las últimas décadas.
Una parte importante de la liberación de Chernobyl fue el cesio-137, este isótopo es responsable de gran parte de la exposición externa a largo plazo (al menos un año después del incendio) que se produjo en el sitio. Los isótopos de cesio presentes en la lluvia han tenido efectos en la agricultura. [2]
Una gran cantidad de cesio se liberó durante el accidente de Goiânia, donde una fuente radiactiva (fabricada para uso médico) fue robada y luego destrozada en un intento de convertirla en chatarra. El accidente podría haberse detenido en varias etapas; en primer lugar, los últimos propietarios legales de la fuente no hicieron arreglos para que la fuente fuera almacenada en un lugar seguro; y segundo, los trabajadores de la chatarra que lo tomaron no reconocieron las marcas que indicaban que se trataba de un objeto radiactivo.
Soudek et al. informaron en 2006 detalles sobre la absorción de 90 Sr y 137 Cs en girasoles cultivados en condiciones hidropónicas . [7] El cesio se encontró en las venas de las hojas, en el tallo y en las hojas apicales . Se encontró que el 12% del cesio entró en la planta y el 20% del estroncio. Este artículo también informa detalles del efecto de los iones de potasio , amonio y calcio sobre la absorción de los radioisótopos.
El cesio se une estrechamente a minerales arcillosos como la illita y la montmorillonita ; por lo tanto, permanece en las capas superiores del suelo, donde pueden acceder a él plantas con raíces poco profundas (como la hierba). Por lo tanto, la hierba y los hongos pueden transportar una cantidad considerable de 137 Cs que puede transferirse a los humanos a través de la cadena alimentaria . Una de las mejores contramedidas en la producción lechera contra el 137 C es mezclar el suelo arándolo profundamente . Esto tiene el efecto de poner los 137 C fuera del alcance de las raíces poco profundas del pasto, por lo que se reducirá el nivel de radiactividad en el pasto. Además, después de una guerra nuclear o un accidente grave, la eliminación de los primeros centímetros de suelo y su entierro en una zanja poco profunda reducirá la dosis gamma a largo plazo para los seres humanos debido al 137 Cs, ya que los fotones gamma se atenuarán al pasar a través del suelo. Cuanto más alejada de los humanos esté la trinchera y cuanto más profunda sea la trinchera, mejor será el grado de protección que se brindará a la población humana.
En la ganadería , una contramedida importante contra el 137 Cs es alimentar a los animales con un poco de azul de Prusia . Este compuesto de cianuro de hierro y potasio actúa como intercambiador de iones . El cianuro está tan fuertemente unido al hierro que es seguro para un ser humano comer varios gramos de azul de Prusia al día. El azul de Prusia reduce la vida media biológica (no confundir con la vida media nuclear ) del cesio). La vida media física o nuclear del 137 Cs es de unos 30 años, que es una constante y no se puede cambiar; sin embargo, la vida media biológica cambiará según la naturaleza y hábitos del organismo para el que se expresa. El cesio en humanos normalmente tiene una vida media biológica de entre uno y cuatro meses. Una ventaja adicional del azul de Prusia es que el cesio que se extrae del animal mediante los excrementos se encuentra en una forma que no está disponible para las plantas. Por tanto, evita que el cesio se recicle. La forma de azul de Prusia necesaria para el tratamiento de personas o animales es un grado especial. Los intentos de utilizar el grado de pigmento utilizado en pinturas no han tenido éxito.
Ejemplos de isótopos de larga vida incluyen el yodo-129 y el Tc-99, que tienen vidas medias nucleares de 15 millones y 200.000 años, respectivamente.
En la cultura popular, se atribuye al plutonio el mérito de ser la máxima amenaza para la vida y la integridad física , lo cual está mal; Si bien es poco probable que la ingestión de plutonio sea buena para la salud, otros radioisótopos como el radio son más tóxicos para los humanos. En cualquier caso, debe evitarse siempre que sea posible la introducción de elementos transuránicos como el plutonio en el medio ambiente . Actualmente, las actividades de la industria de reprocesamiento nuclear han sido objeto de un gran debate ya que uno de los temores de quienes se oponen a la industria es que grandes cantidades de plutonio sean mal administradas o liberadas al medio ambiente.
En el pasado, una de las mayores emisiones de plutonio al medio ambiente ha sido la prueba de bombas nucleares .
Los isótopos cosmogénicos (o nucleidos cosmogénicos ) son isótopos raros creados cuando un rayo cósmico de alta energía interactúa con el núcleo de un átomo in situ . Estos isótopos se producen dentro de materiales terrestres como rocas o suelo, en la atmósfera terrestre y en elementos extraterrestres como meteoritos . Al medir los isótopos cosmogénicos, los científicos pueden obtener información sobre una variedad de procesos geológicos y astronómicos . Hay isótopos cosmogénicos tanto radiactivos como estables . Algunos de estos radioisótopos son el tritio , el carbono-14 y el fósforo -32.
A continuación se muestra una lista de radioisótopos formados por la acción de los rayos cósmicos sobre la atmósfera; la lista también contiene el modo de producción del isótopo. Estos datos se obtuvieron del informe SCOPE50, ver tabla 1.9 del capítulo 1 .
El nivel de berilio -7 en el aire está relacionado con el ciclo de las manchas solares , ya que la radiación solar forma este radioisótopo en la atmósfera. La velocidad a la que se transfiere del aire al suelo está controlada en parte por el clima.
Debido a que los isótopos cosmogénicos tienen vidas medias largas (entre miles y millones de años), los científicos los encuentran útiles para la datación geológica . Los isótopos cosmogénicos se producen en la superficie de la Tierra o cerca de ella y, por lo tanto, se aplican comúnmente a problemas de medición de edades y tasas de eventos y procesos geomórficos y sedimentarios .
Las aplicaciones específicas de los isótopos cosmogénicos incluyen:
Para medir los isótopos cosmogénicos producidos dentro de materiales terrestres sólidos, como la roca, las muestras generalmente se someten primero a un proceso de separación mecánica. La muestra se tritura y el material deseable, como un mineral particular (cuarzo en el caso de Be-10), se separa del material no deseable mediante el uso de una separación por densidad en un medio líquido pesado como el tungstato de litio y sodio (LST). Luego se disuelve la muestra, se agrega un portador isotópico común (portador Be-9 en el caso de Be-10) y la solución acuosa se purifica hasta obtener un óxido u otro sólido puro.
Finalmente, la proporción entre el isótopo cosmogénico raro y el isótopo común se mide mediante espectrometría de masas con acelerador . Luego se calcula la concentración original de isótopo cosmogénico en la muestra utilizando la relación isotópica medida, la masa de la muestra y la masa del portador agregado a la muestra.
El radio y el radón están en el medio ambiente porque son productos de desintegración del uranio y el torio .
El radón ( 222 Rn) liberado al aire se desintegra en 210 Pb y otros radioisótopos, y se pueden medir los niveles de 210 Pb . La tasa de deposición de este radioisótopo depende del clima. A continuación se muestra un gráfico de la tasa de deposición observada en Japón . [8]
La datación con uranio y plomo suele realizarse en el mineral circón (ZrSiO 4 ), aunque se pueden utilizar otros materiales. El circonio incorpora a su estructura cristalina átomos de uranio como sustitutos del circonio , pero rechaza firmemente el plomo. Tiene una alta temperatura de bloqueo, es resistente a la intemperie mecánica y es químicamente inerte. El circón también forma múltiples capas cristalinas durante eventos metamórficos, cada una de las cuales puede registrar una edad isotópica del evento. Estos pueden fecharse mediante una microsonda de iones SHRIMP .
Una de las ventajas de este método es que cualquier muestra proporciona dos relojes, uno basado en la desintegración del uranio-235 en plomo-207 con una vida media de aproximadamente 703 millones de años, y otro basado en la desintegración del uranio-238 en plomo-206 con una vida media de aproximadamente 4.500 millones de años, lo que proporciona una verificación cruzada incorporada que permite una determinación precisa de la edad de la muestra incluso si se ha perdido parte del plomo.