La radiactividad ambiental es parte de la radiación de fondo general y 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), solo se encuentran en la Tierra como resultado de la actividad humana, y algunos, como el potasio-40 ( 40 K), solo están presentes debido a procesos naturales, unos pocos isótopos, como 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), puede verse afectada por la actividad humana, como las pruebas de armas nucleares , que causaron una lluvia radiactiva global , con hasta 2,4 millones de muertes en 2020.
La radiactividad está presente en todas partes y ha estado presente 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 representa un promedio de 370 Bq de radiación, con un rango típico de 100-700 Bq; los otros contribuyen cada uno con unos 25 Bq, con rangos típicos de 10-50 Bq (7-50 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 varía entre 300 μg kg −1 y 11,7 mg kg −1 . [3] Es bien sabido que algunas plantas, llamadas hiperacumuladores , son capaces de absorber y concentrar metales dentro de sus tejidos; el yodo se aisló por primera vez de las algas marinas en Francia , lo que sugiere que las algas marinas son un hiperacumulador de yodo.
También se pueden detectar radioisótopos sintéticos en el limo. Busby [ cita requerida ] cita un informe sobre la actividad del plutonio en sedimentos intermareales galeses de Garland et al. (1989), que sugiere que cuanto más cerca está un sitio de Sellafield , mayor es la concentración de plutonio en el limo. Se puede ver cierta relación entre la distancia y la 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 liberaciones de radiactividad creada por el hombre y de materiales radiactivos de origen natural (NORM) se puede dividir en varias clases.
El hecho de que un radioisótopo llegue a la superficie del suelo no significa que vaya a entrar en la cadena alimentaria humana . Tras su liberación al medio ambiente, los materiales radiactivos pueden llegar a los seres humanos por distintas vías, y la química del elemento suele determinar la ruta más probable.
Jiří Hála afirma en su libro de texto "Radioactividad, radiación ionizante y energía nuclear" [6] que el ganado sólo pasa una minoría del estroncio , cesio , plutonio y americio que ingiere a los humanos que consumen leche y carne . Utilizando 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 fuertemente unida a los minerales del suelo, los cultivos y la hierba que crecen en el suelo pueden absorber menos radiactividad.
Una fuente dramática 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 [7] 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 por 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 de la zona cero .
El 152 Eu (vida media de 13,54 años) y el 154 Eu (vida media de 8,59 años) se formaron principalmente por la activación neutrónica del europio en el suelo; está claro que el nivel de radiactividad de estos isótopos es más alto donde la dosis de neutrones al suelo fue mayor. Parte del 60 Co (vida media de 5,27 años) se genera por la activación del cobalto en el suelo, pero parte también se generó por la activación del cobalto en la torre de acero (de 100 pies). Este 60 Co de la torre se habría esparcido por el sitio, reduciendo la diferencia en los niveles del suelo.
El 133 Ba (vida media de 10,5 años) y el 241 Am (vida media de 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 fisible utilizado.
El nivel de 137 Cs es más alto en la muestra que se encontraba 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 propio cesio son volátiles. Los radioisótopos naturales en el vidrio son aproximadamente los mismos en ambos lugares.
La acción de los neutrones sobre isótopos estables puede formar radioisótopos ; por ejemplo, el bombardeo neutrónico (activación neutrónica) del nitrógeno -14 forma carbono -14. Este radioisótopo puede liberarse a partir del ciclo del combustible nuclear ; es el radioisótopo responsable de la mayor parte de la dosis que experimenta la población como resultado de las actividades de la industria de la energía nuclear . [ cita requerida ]
Las pruebas de bombas nucleares han aumentado la actividad específica del carbono, mientras que el uso de combustibles fósiles la ha disminuido. Para más detalles, véase el artículo sobre la datación por radiocarbono .
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 el ácido nítrico . Las emisiones 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 un producto de fisión de vida corta es el yodo-131 , que también puede formarse como un producto de activación por la activación neutrónica del telurio .
Tanto en la lluvia radiactiva como en la liberación de un reactor nuclear, 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 lugar muchos días después. Esto es así 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 Chernóbil.
Un ejemplo de un medio de vida es 137 Cs, que tiene una vida media de 30 años. El cesio se libera en la lluvia radiactiva de las bombas y del ciclo del combustible nuclear. Se ha escrito un artículo sobre la radiactividad en las ostras encontradas en el Mar de Irlanda , se encontró por espectroscopia gamma que contenían 141 Ce, 144 Ce, 103 Ru , 106 Ru, 137 Cs, 95 Zr y 95 Nb. [ cita requerida ] Además, se encontró un producto de activación de zinc ( 65 Zn), que se cree que se debe a la corrosión del revestimiento de combustible magnox en los estanques de enfriamiento. [8] La concentración de todos estos isótopos en el Mar de Irlanda atribuible a instalaciones nucleares como Sellafield ha disminuido significativamente en las últimas décadas.
Una parte importante de la emisión de Chernóbil 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 ha producido en el lugar. Los isótopos de cesio presentes en la radiación radiactiva han tenido efectos sobre la agricultura. [2]
En el accidente de Goiânia se liberó una gran cantidad de cesio, ya que una fuente radiactiva (fabricada para uso médico) fue robada y luego destruida durante un intento de convertirla en chatarra. El accidente podría haberse evitado en varias etapas; en primer lugar, los últimos propietarios legales de la fuente no tomaron las medidas necesarias para que la fuente se almacenara en un lugar seguro y protegido; y en segundo lugar, los trabajadores del sector de la chatarra que la recogieron no reconocieron las marcas que indicaban que se trataba de un objeto radiactivo.
En 2006, Soudek et al. informaron sobre la absorción de 90 Sr y 137 Cs en girasoles cultivados en condiciones hidropónicas . [9] 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 sobre los detalles del efecto de los iones de potasio , amonio y calcio en la absorción de los radioisótopos.
El cesio se une fuertemente a los minerales arcillosos , como la ilita y la montmorillonita , por lo que permanece en las capas superiores del suelo, donde pueden acceder a él las 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 ganadería lechera contra el 137 Cs es mezclar el suelo arándolo profundamente . Esto tiene el efecto de poner el 137 Cs fuera del alcance de las raíces poco profundas de la hierba, por lo que se reducirá el nivel de radiactividad en la hierba. Además, después de una guerra nuclear o un accidente grave, la eliminación de los primeros centímetros de tierra y su enterramiento en una zanja poco profunda reducirá la dosis gamma a largo plazo para los humanos debido al 137 Cs, ya que los fotones gamma se atenuarán al pasar a través del suelo. Cuanto más alejada esté la zanja de los humanos y cuanto más profunda sea, mejor será el grado de protección que se le brindará a la población humana.
En la ganadería , una medida 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 un 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 por día. El azul de Prusia reduce la vida media biológica (que no debe confundirse 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 de acuerdo con la naturaleza y los hábitos del organismo para el que se expresa. El cesio en los 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 en los excrementos está en una forma que no está disponible para las plantas. Por lo tanto, evita que el cesio se recicle. El tipo de azul de Prusia que se necesita para el tratamiento de seres humanos o animales es un tipo especial. Los intentos de utilizar el tipo de pigmento que se utiliza en las pinturas no han tenido éxito.
Entre los ejemplos de isótopos de larga duración se 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 considera que el plutonio es la mayor amenaza para la vida y la integridad física , lo cual es un error; 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 seres humanos. De todas formas, la introducción de elementos transuránicos como el plutonio en el medio ambiente debe evitarse siempre que sea posible. En la actualidad, 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 se gestionen mal o liberen al medio ambiente grandes cantidades de plutonio.
En el pasado, una de las mayores liberaciones de plutonio al medio ambiente han sido las pruebas de bombas nucleares .
Los isótopos cosmogénicos (o nucleidos cosmogénicos ) son isótopos raros que se crean 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 de la Tierra y en elementos extraterrestres como meteoritos . Al medir los isótopos cosmogénicos, los científicos pueden obtener información sobre una variedad de procesos geológicos y astronómicos . Existen isótopos cosmogénicos tanto radiactivos como estables . Algunos de estos radioisótopos son el tritio , el carbono-14 y el fósforo -32.
A continuación se presenta 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, véase la 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 del Sol 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 prolongadas (de miles a 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 geomorfológicos y sedimentarios .
Las aplicaciones específicas de los isótopos cosmogénicos incluyen:
Para medir los isótopos cosmogénicos producidos en materiales terrestres sólidos, como rocas, las muestras generalmente se someten primero a un proceso de separación mecánica. La muestra se tritura y el material deseable, como un mineral en particular (cuarzo en el caso del Be-10), se separa del material no deseable mediante una separación por densidad en un medio líquido pesado como el tungstato de sodio y litio (LST). Luego se disuelve la muestra, se agrega un portador de isótopos común (portador Be-9 en el caso del Be-10) y la solución acuosa se purifica hasta obtener un óxido u otro sólido puro.
Por último, se mide la relación entre el isótopo cosmogénico raro y el isótopo común mediante espectrometría de masas con acelerador . A continuación, se calcula la concentración original del isótopo cosmogénico en la muestra utilizando la relación isotópica medida, la masa de la muestra y la masa del portador añadido a la muestra.
El radio y el radón están en el medio ambiente porque son productos de la desintegración del uranio y el torio .
El radón ( 222 Rn) liberado al aire se desintegra en 210 Pb y otros radioisótopos, y los niveles de 210 Pb pueden medirse. La velocidad de deposición de este radioisótopo depende del clima. A continuación se muestra un gráfico de la velocidad de deposición observada en Japón . [10]
La datación uranio - plomo se realiza generalmente en el mineral circón (ZrSiO 4 ), aunque se pueden utilizar otros materiales. El circón incorpora átomos de uranio en su estructura cristalina como sustitutos del circonio , pero rechaza firmemente el plomo. Tiene una alta temperatura de bloqueo, es resistente a la erosión mecánica y es químicamente inerte. El circón también forma múltiples capas de cristales durante los eventos metamórficos, cada una de las cuales puede registrar una edad isotópica del evento. Estas 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 a plomo-207 con una vida media de aproximadamente 703 millones de años, y otro basado en la desintegración del uranio-238 a plomo-206 con una vida media de aproximadamente 4.500 millones de años, lo que proporciona una verificación cruzada incorporada que permite la determinación precisa de la edad de la muestra incluso si se ha perdido parte del plomo.