El yodo-129 ( 129 I) es un radioisótopo de yodo de larga duración que se encuentra en la naturaleza, pero que también es de especial interés en la vigilancia y los efectos de los productos de fisión nuclear creados por el hombre , donde sirve como trazador y como potencial contaminante radiológico.
El 129 I es uno de los siete productos de fisión de larga duración . Se forma principalmente a partir de la fisión de uranio y plutonio en reactores nucleares . Se liberaron cantidades significativas a la atmósfera debido a las pruebas de armas nucleares en los años 1950 y 1960, a los accidentes de reactores nucleares y al reprocesamiento tanto militar como civil del combustible nuclear gastado. [3]
También se produce de forma natural en pequeñas cantidades, debido a la fisión espontánea del uranio natural , por espalación de niveles traza de xenón en la atmósfera por rayos cósmicos y por muones de rayos cósmicos que chocan con el telurio -130. [4] [5]
El 129 I se desintegra con una vida media de 16,14 millones de años, con emisiones beta y gamma de baja energía , en xenón-129 estable ( 129 Xe). [6]
El 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 como todos ellos tienen vidas medias cortas, el yodo en el combustible nuclear gastado enfriado consta de aproximadamente 5/6 de 129 I y 1/6 del único isótopo de yodo estable, el 127 I.
Debido a que el 129I tiene una vida prolongada y es relativamente móvil en el medio ambiente, es de particular importancia para la gestión a largo plazo del combustible nuclear gastado. En un depósito geológico profundo de combustible usado no reprocesado, es probable que el 129I sea el radionucleido de mayor impacto potencial a largo plazo.
Dado que el 129 I tiene una modesta sección transversal de absorción de neutrones de 30 barns , [8] y está relativamente no diluido por otros isótopos del mismo elemento, se está estudiando su eliminación por 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 primero se corta 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) descubrió, durante sus mediciones en la primera planta de reprocesamiento civil de EE. UU., que era operada por Nuclear Fuel Services, Inc. (NFS) en el oeste de Nueva York, que "entre el 5 y el 10% del 129 I total disponible en el combustible disuelto" se liberaba en la chimenea de escape. [3] Además, escribieron 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, "ya 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 el NERHL tenía una trampa de burbujeo para medir el contenido de tritio de las muestras de gas antes de la trampa de yodo. El NERHL descubrió solo después de tomar las muestras que "la trampa de burbujeo retenía entre el 60 y el 90% del 129 I muestreado". [3] El NERHL concluyó: "Los burbujeadores ubicados aguas arriba de los intercambiadores de iones eliminaron una parte importante del 129 I gaseoso antes de que llegara al muestreador de intercambio iónico. La capacidad de eliminación de yodo del burbujeador se esperaba, pero no en la magnitud en que se produjo". La liberación documentada de "entre el 5 y el 10% del total de 129 I disponible en el combustible disuelto" [3] no se corrige por 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 curies de yodo 131 fueron arrojados desde 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. Como Hanford reprocesó combustible "caliente", que había sido irradiado en un reactor sólo unos meses antes, la actividad del 131 I liberado de corta duración, con un tiempo de semidesintegración de sólo 8 días, fue mucho mayor que la del 129 I de larga duración. Sin embargo, aunque todo el 131 I liberado durante la época del proyecto Manhattan ya se ha desintegrado, más del 99,999% del 129 I todavía está en el medio ambiente.
Los datos de los sondeos de hielo obtenidos por la Universidad de Berna en el glaciar Fiescherhorn, en los Alpes, a una altura de 3.950 m, muestran un aumento relativamente constante de 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 más altos que el máximo que se midió durante el período de las pruebas de la bomba atmosférica en 1961. Este fuerte aumento tras la conclusión de las pruebas de la bomba atmosférica indica que el reprocesamiento de combustible nuclear ha sido la principal fuente de yodo-129 atmosférico desde entonces. Estas mediciones duraron hasta 1986. [12]
El 129 I no se produce deliberadamente con fines prácticos. Sin embargo, su larga vida media y su relativa movilidad en el medio ambiente lo han hecho útil para una variedad de aplicaciones de datación. Estas 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 una sobreabundancia de 129 Xe. Dedujo que esto debía ser un producto de la desintegración del radioactivo 129 I, que se había desintegrado durante mucho tiempo. Este isótopo se produce en cantidad en la naturaleza solo en explosiones de supernovas . Como la vida media del 129 I es comparativamente corta en términos astronómicos, esto demostró que solo había pasado un corto tiempo entre la supernova y el momento en que los meteoritos se habían solidificado y atrapado el 129 I. Se dedujo que estos dos eventos (supernova y solidificación de la nube de gas) 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 causado el colapso de la nube de gas solar. [16] [17]