Actínidos en el medio ambiente

La radiactividad ambiental no se limita a los actínidos; Destacan los no actínidos como el radón y el radio. Si bien todos los actínidos son radiactivos, hay muchos actínidos o minerales relacionados con los actínidos en la corteza terrestre, como el uranio y el torio. Estos minerales son útiles de muchas maneras, como la datación por carbono, la mayoría de los detectores, rayos X y más.

Inhalación versus ingestión

En general, los compuestos de actínidos insolubles ingeridos, como el dióxido de uranio de alta combustión y el combustible de óxido mixto (MOX), pasarán a través del sistema digestivo con poco efecto ya que no pueden disolverse y ser absorbidos por el cuerpo. Los compuestos de actínidos inhalados, sin embargo, serán más dañinos ya que permanecen en los pulmones e irradian el tejido pulmonar.

Los óxidos de combustión baja ingeridos y las sales solubles como el nitrato pueden absorberse en el torrente sanguíneo. Si se inhalan, es posible que el sólido se disuelva y salga de los pulmones. Por lo tanto, la dosis a los pulmones será menor para la forma soluble.

Actinio

El actinio se puede encontrar naturalmente en trazas en el mineral de uranio como Ac, un emisor α y β con una vida media de 21,773 años. El mineral de uranio contiene alrededor de 0,2 mg de actinio por tonelada de uranio. Se produce más comúnmente en cantidades de miligramos por irradiación de neutrones de Ra en un reactor nuclear. El actinio natural consiste casi exclusivamente en un isótopo, Ac, con solo pequeñas trazas de otros isótopos de vida más corta (Ac y Ac) en otras cadenas de descomposición.

Torio

En la India, se puede encontrar una gran cantidad de mineral de torio en forma de monacita en los depósitos de placer de las arenas de dunas costeras occidentales y orientales, particularmente en las áreas costeras de Tamil Nadu. Los residentes de esta zona están expuestos a una dosis de radiación natural diez veces superior a la media mundial.

Ocurrencia

El torio se encuentra en niveles bajos en la mayoría de las rocas y suelos, donde es unas tres veces más abundante que el uranio y casi tan abundante como el plomo. En promedio, el suelo comúnmente contiene aproximadamente 6 partes por millón (ppm) de torio. El torio se encuentra en varios minerales; el más común es la monacita mineral de fosfato de torio de tierras raras, que contiene hasta un 12% de óxido de torio. Varios países tienen depósitos sustanciales. Th se descompone muy lentamente (su vida media es aproximadamente tres veces la edad de la Tierra). Otros isótopos de torio se encuentran en las cadenas de descomposición del torio y el uranio. Estos son de vida más corta y, por lo tanto, mucho más radiactivos que Th, aunque en términos de masa son insignificantes.

Efectos en humanos

El torio se ha relacionado con el cáncer de hígado. En el pasado, el torio (dióxido de torio) se usaba como agente de contraste para la radiografía médica de rayos X, pero su uso se ha interrumpido. Se vendió bajo el nombre de Thorotrast.

Protactinio

El protactinio-231 se encuentra de forma natural en minerales de uranio como la pechblenda, en la medida de 3 ppm en algunos minerales. El protactinio está naturalmente presente en el suelo, las rocas, las aguas superficiales y subterráneas, las plantas y los animales en concentraciones muy bajas (del orden de 1 ppt o 0,1 picocouries (pCi)/g).

Uranio

El uranio es un metal natural que se encuentra ampliamente. Está presente en casi todos los suelos y es más abundante que el antimonio, el berilio, el cadmio, el oro, el mercurio, la plata o el tungsteno, y es tan abundante como el arsénico o el molibdeno. Se producen concentraciones importantes de uranio en algunas sustancias, como los depósitos de roca fosfórica, y en minerales como el lignito y las arenas de monacita en minerales ricos en uranio (se recupera comercialmente de estas fuentes).

El agua de mar contiene alrededor de 3,3 partes por billón de uranio en peso, ya que el uranio (VI) forma complejos de carbonato soluble. La extracción de uranio del agua de mar se ha considerado como un medio para obtener el elemento. Debido a la muy baja actividad específica del uranio, sus efectos químicos sobre los seres vivos a menudo pueden superar los efectos de su radiactividad. Se ha agregado uranio adicional al medio ambiente en algunos lugares, a partir del ciclo del combustible nuclear y el uso de uranio empobrecido en municiones.

Neptunio

Al igual que el plutonio, el neptunio tiene una gran afinidad por el suelo. Sin embargo, es relativamente móvil a largo plazo, y la difusión de neptunio-237 en las aguas subterráneas es un problema importante en el diseño de un depósito geológico profundo para el almacenamiento permanente de combustible nuclear gastado. Np tiene una vida media de 2,144 millones de años y, por lo tanto, es un problema a largo plazo; pero su vida media sigue siendo mucho más corta que la del uranio-238, el uranio-235 o el uranio-236 y, por lo tanto, Np tiene una actividad específica más alta que esos nucleidos. Se usa solo para producir plutonio-238 cuando se bombardea con neutrones en un laboratorio.

Plutonio

Fuentes

El plutonio en el medio ambiente tiene varias fuentes. Éstos incluyen:

• baterías atómicas
  • En el espacio
  • en marcapasos
• detonaciones de bombas
• Pruebas de seguridad de bombas
• Crimen nuclear
• ciclo del combustible nuclear
• Plantas de energía nuclear

Química ambiental

El plutonio, como otros actínidos, forma fácilmente un núcleo de dióxido de plutonio (plutonilo) (PuO ₂). En el medio ambiente, este núcleo de plutonilo forma fácilmente complejos con carbonato y otros restos de oxígeno (OH, NO ₂, NO ₃ y SO ₄) para formar complejos cargados que pueden moverse fácilmente con poca afinidad por el suelo.

• PuO2CO3 _{_} _ _{_}
• PuO ₂ (CO ₃) ₂
• PuO ₂ (CO ₃) ₃

El PuO ₂ formado a partir de la neutralización de soluciones de ácido nítrico altamente ácido tiende a formar PuO ₂ polimérico que es resistente a la formación de complejos. El plutonio también cambia fácilmente las valencias entre los estados +3, +4, +5 y +6. Es común que alguna fracción de plutonio en solución exista en todos estos estados en equilibrio.

Se sabe que el plutonio se une muy fuertemente a las partículas del suelo; consulte más arriba un estudio espectroscópico de rayos X del plutonio en el suelo y el hormigón. Si bien el cesio tiene una química muy diferente a la de los actínidos, es bien sabido que tanto el cesio como muchos actínidos se unen fuertemente a los minerales del suelo. ha sido posible utilizar suelos marcados con Cs para estudiar la migración de suelos Pu y Cs. Se ha demostrado que los procesos de transporte coloidal controlan la migración de Cs (y controlarán la migración de Pu) en el suelo de la Planta Piloto de Aislamiento de Residuos.

Americio

El americio a menudo ingresa a los vertederos de detectores de humo desechados. Las reglas asociadas con la eliminación de detectores de humo son muy relajadas en la mayoría de los municipios. Por ejemplo, en el Reino Unido está permitido desechar un detector de humo que contenga americio colocándolo en el basurero con la basura doméstica normal, pero cada contenedor de basura está limitado a contener solo un detector de humo. La fabricación de productos que contienen americio (como los detectores de humo), así como los reactores nucleares y las explosiones, también pueden liberar americio al medio ambiente.

En 1999, se informó que un camión que transportaba 900 detectores de humo en Francia se incendió; se afirma que esto condujo a una liberación de americio en el medio ambiente. En los EE. UU., el "Radiactive Boy Scout" David Hahn pudo comprar miles de detectores de humo a precios de saldo y concentrar el americio de ellos.

Ha habido casos de humanos expuestos al americio. El peor caso fue el de Harold McCluskey, quien estuvo expuesto a una dosis extremadamente alta de americio-241 después de un accidente que involucró una guantera. Posteriormente fue tratado con terapia de quelación. Es probable que la atención médica que se le brindó le salvó la vida; a pesar de una biodistribución y toxicidad similares al plutonio, los dos elementos radiactivos tienen diferentes químicas de estado de solución. El americio es estable en el estado de oxidación +3, mientras que el estado de oxidación +4 del plutonio puede formarse en el cuerpo humano.

El isótopo más común, el americio-241, se desintegra (vida media 432 años) a neptunio-237, que tiene una vida media mucho más larga, por lo que, a largo plazo, se aplican los problemas discutidos anteriormente para el neptunio.

El americio liberado en el medio ambiente tiende a permanecer en el suelo y el agua a profundidades relativamente bajas y puede ser absorbido por animales y plantas durante el crecimiento; los mariscos, como los camarones, absorben americio-241 en sus caparazones, y partes de las plantas de granos pueden contaminarse con la exposición. En un artículo de 2021, JD Chaplin et al. informaron avances en la técnica de gradientes difusivos en películas delgadas, que han proporcionado un método para medir el americio biodisponible lábil en suelos, así como en agua dulce y agua de mar.

Curio

Los compuestos de curio atmosférico son poco solubles en solventes comunes y en su mayoría se adhieren a las partículas del suelo. El análisis del suelo reveló una concentración de curio aproximadamente 4000 veces mayor en las partículas del suelo arenoso que en el agua presente en los poros del suelo. Se midió una proporción aún mayor de alrededor de 18.000 en suelos francos.

Californio

El californio es bastante insoluble en agua, pero se adhiere bien a la tierra ordinaria y las concentraciones de este en la tierra pueden ser 500 veces más altas que en el agua que rodea las partículas del suelo.