estudio de la exposiciÓn debida al torio en industrias no radiolÓgicas fernando legarda ibáñez...
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ESTUDIO DE LA EXPOSICIÓN
DEBIDA AL TORIO
EN INDUSTRIAS NO RADIOLÓGICAS
Fernando Legarda Ibáñez ETSII Univ. del País Vasco
Rafael Núñez-Lagos Roglá Fac. Ciencias Univ. de Zaragoza
IV WORKSHOP “RADIACIÓN NATURAL Y MEDIO AMBIENTE”
Suances Cantabria 7 de Julio de 2005
CARACTERISTICAS Y PROPIEDADES
DEL TORIO
90Th232
Torio:
• Descubierto por el científico Berzelius en 1.828
• Torio Thor• Elemento químico• Grupo ACTÍNIDOS de la tabla periódica.
CARACTERISTICAS Y PROPIEDADES DEL TORIO
Peso atómico: 232,0381
Número Atómico: Z= 90
Número másico: A = 232
Punto de Fusión: 1750ºC
Punto de ebullición: 4.788ºC
Gravedad específica: 11,72
Gupo químico: Actínidos
Valencias: +4,+3,+2.
Aspecto: plateado metálico blanco
Es estable en aire y su brillo dura meses.
CARACTERISTICAS NUCLEARES
Isótopo natural único 90Th232
Periodo: 1,4x1010 años
En su familia está el 90Th228 con T1/2 = 1,913 años.
Familia radiactiva con 14 descendientes.
Con 6 desintegraciones alfa y cuatro beta se transmuta en 82Pb208 que es estable.
Todos los descendientes son sólidos excepto el 86Rn220 que es un gas (Torón) con T1/2 = 55,6 s.
Se conocen 25 isótopos de 90Th232 con 212 ≤ A≤ 237
Cadena 92U235: 90Th 227 (T1/2=18,72 d) 90Th231 (T1/2=25,2h)
Cadena 92U238: 90Th234 (T1/2=24,1 d) 90Th230 (T1/2=75400 a)
– Cadena de desintegración del Th-232:
Nucleido T 1/2Desint. Energía
MeVProbabili-
dad Energía
Promedio
MeV
90Th232 1,4x1010
añosalfa 3,83
3,953
4,010
0,002
0,230
0,770
88Ra228 5,75 años beta 0,03893 1,00 0,0099
89Ac228 6,13 horas
beta 32 energías diferentes
0,12
0,32
0,611
0,386
90Th228 1,913 años
alfa 5,1387
5,175
5,212
5,3405
5,4233
0,0005
0,0018
0,0036
0,267
0,727
Familia del Torio I
Nucleido T 1/2Desint. Energía
MeVProbabili-
dad Energía
Promedio
MeV
88Ra224 3,62 días alfa 5,0936
5,449
5,6856
0,000176
0,049
0,951
86Rn220 55,61 segundos
alfa 5,747
6,2883
0,00097
0,99903
84Po216 0,146 segundos
alfa 5,985
6,7785
0,000018
0,999980
82Pb212 10,643 horas
beta 0,15752
0,33418
0,5728
0,0522
0,851
0,099
0,0419
0,0944
0,1727
Familia del Torio II
Nucleido T 1/2Desint. Energía
MeVProbabili-
dad Energía
Promedio
MeV
83Bi212 6,55 minutos
Alfa
36%
7 energías 0,484
81Tl208 3,052 minutos
beta 8 energías
1,7942 0,6465 0,493
82Pb208 Estable
Familia del Torio III
Nucleido T 1/2Desint. Energía
MeVProbabili-
dad Energía
Promedio
MeV
83Bi212 60,55 minutos
Beta
64%
7 energías 2,246 0,484
84Po212 0,3 milisegundos
alfa 8,7849 1,0000
82Pb208 Estable
Familia del Torio IV Cadena Secundaria
Origen del Torio:
• Torita (ThSiO4)
• Torianita (ThO2 + UO2)
• Fundamentalmente: Monazita – Fosfato complejo de torio, uranio, cerio y
lantánidos.– Abundante en arenas de la India y Brasil.– Yacimientos en España:
• Arenas de rías gallegas• En rocas de Córdoba
Origen del Torio:
• MONAZITA
– 3 tipos de monazita dependiendo de la composición relativa del mineral:
• Monacita-Ce (Ce, La, Nd, Th, Y) PO4 • Monacita-La (La, Ce, Nd) PO4• Monacita-Nd (Nd, La, Ce) PO4
– Contiene del 3 al 9% de ThO2 junto con otras tierras raras.
– Métodos de extracción:
• Reducción del ThO2 con Calcio• Electrólisis de Cloruro de torio anhidro en sal fundida de
cloruros de Sodio y Potasio• Reducción del Tetracloruro de torio con metal alcalino• Reducción del Tetracloruro de torio por mezcla de Calcio y
Cloruro de Zinc anhidro.
USOS Y APLICACIONES
DEL TORIO
–Aplicaciones del Torio:» Aleado con Tungsteno para formar
ELECTRODOS DE SOLDADURA de alta precisión: acero inoxidable, Al, aleaciones de Ni y otros.
» Camisas de incandescencia.» Aleado con Mg para mejorar propiedades
mecánicas a alta temperatura en piezas para reactores. De uso en industria aeroespacial
» Vidrio toriado.
En alguna referencia se cita también:» Crisoles, filamentos de W para lámparas de
incandescencia, electrodos para tubos catódicos y algunos catalizadores industriales.
Programa de trabajo
para
EL ESTUDIO DE LA EXPOSICIÓN DEBIDA AL TORIO EN INDUSTRIAS NO
RADIOLÓGICAS
Programa de trabajo
– Identificación de aplicaciones del TORIO.– Identificación de lugares que implementan dichas
aplicaciones:• Fabricación• Almacenamiento y distribución• Utilización
– Selección de instalaciones representativas y estudio dosimétrico:
• Teórico• Medido.
Hasta la fecha se han estudiado las siguientes aplicaciones:
– Electrodos de soldadura
– Camisas de incandescencia
– Crisoles
• Crisoles
– Resultado de la búsqueda:
12 fabricantes
• 10 de ellos aseguran no incorporar óxido de Torio en sus crisoles.
• Los otros 2 fabricantes no contestan por lo que se procede a medir en el laboratorio varios de sus productos por espectrometría gamma.
– No se ha detectado actividad significativa.
• Camisas de incandescencia
– El mayor fabricante mundial reemplazó Th por Y hacia el año 2000. – Existen 2 fabricantes USA que siguen incorporando torio, pero no
se han encontrado sus productos en España.– Puede existir una marca austriaca que incorpora torio, pero no se
ha encontrado en España.
• Se miden en el laboratorio varios productos por espectrometría gamma.
– No se ha detectado actividad significativa.
ELECTRODOS DE TUNGSTENO
PARA SOLDADURA
• Electrodos toriados para soldadura:– Se consideran los responsables de la mayor
exposición a radiaciones ionizantes inducidas por el uso de este elemento.
– Torio en electrodos para soldadura TIG:• Aleado con Wolframio• Añadido en cantidades entre un 1% y un 2 % de óxido de
torio ThO2.• Mejora la chispa• Mantiene una mayor estabilidad del arco.• Actualmente se utiliza Lantano como sustituto pero no es
bien aceptado por el mercado.• Se comercializan entre 3.105 y 4.105 electrodos por año en
España.• El 80-90% de ellos se fabrica en China, el resto en Austria,
Alemania, USA y Suecia.
Tipo Peso Varilla (gr)
Diámetro Observaciones
WT20 20.2097 3,2mm 98% W, 2% ThO2
WT20 12.5662 2,5 mm 98% W, 2% ThO2
WT20 5.6674 2,0 mm 98% W, 2% ThO2
WC20 2.1882 1,0 mm 98% W, 2% CeO2
WNERTAL 23.3870 3,2 mm 98% Tungsteno
Tipos de electrodos de Tungsteno
Longitud del electrodo 150 mm
W 98% Th 2%
150 mm
W puro
W 98% Ce 2%
Características y ventajas de la soldadura TIG º No se requiere de fundente, y no hay necesidad de limpieza posterior en la soldadura.
º No hay salpicadura, chispas ni emanaciones, al no circular metal de aporte a través del arco.
º Brinda soldaduras de alta calidad en todas las posiciones, sin distorsión.
º Al igual que todos los sistemas de soldadura con protección gaseosa, el área de soldadura es claramente visible.
º El sistema puede ser automatizado, controlando mecánicamente la pistola y/o el metal aporte.
SOLDADURA
TIG
ELECTODOS
DE
TUNGTENO
Electrodo Tungsteno Th
Arco eléctrico
Fundente
Soporte
Pieza a soldar
Atmósfera de Argón
– Electrodos toriados para soldadura:
– Usos de los electrodos toriados:» Almacenaje» Afilado» Soldadura
• Vías de exposición:– Exposición externa– Inhalación de polvo– Ingestión– Depósito sobre la piel.
» Estudios en curso:
• Composición de los electrodos
• Exposición externa en:– Almacenaje, afilado y soldadura.
• Término fuente para exposición interna:– Recogida de polvo de afilado– Recogida de vapores y aerosoles durante la
soldadura.
MEDIDAS
EN
ELECTRODOS
ESPECTROS GAMMA DE UN ELECTRODO DE
TUNGSTENO TORIADO AL 2% Y UNO DE TUNGSTENO PURO
W 100%
Tiempo de medida: 86.400s
Electrodos de 150 mm de longitud y 3,2 mm de diámetro
W 98%+Th 2%
W 100%
CÁLCULOS Y SIMULACIONES
Condiciones de cálculo
– Exposición EXTERNA.– Método de Monte Carlo (MCNP).– Fundamentalmente: Electrodos de 2% de
ThO2
– Diámetros: 1,6 mm., 2 mm. y 2,4 mm.
Condiciones de cálculo
– Agrupación de las emisiones gamma en intervalos de 30 keV
– Eliminación de probabilidades por debajo de un 0,1%.
– ESPECTRO OBTENIDO:• 2.63 fotones por desintegración del Th-232• Suma probabilidad: 99.16%• <E> Original: 870,5 keV• <E> Final: 861,4 keV.
Condiciones de cálculo para almacenaje
Densidad media: 2,22 g/cm3
(1,75 g/cm3 son de electrodo)
Densidad de Th: 0,0308 g/cm3 (calidad 2%)
Densidad de actividad: 125 Bq/cm3
DIÁMETRO nº CAJAS ANCHO LARGO ALTO VOLUMEN PESO
(mm.) (cm.) (cm.) (cm.) (cm3.) (kg.)
1,6 850 4 18 0,5 30.600 64,5152 300 4 18 0,5 10.800 37,52,4 850 6 18 0,8 73.440 153,425
CAJAS DE ELECTRODOS TORIADOS
Condiciones de cálculo para almacenaje
– Estantería estándar de doble acceso.• Dimensiones:
– Ancho: 200 cm.– Alto: 200 cm. – Fondo: 100 m.
– Electrodos ordenados en 4 alturas:– 5 cm. – 70 cm.– 135 cm.– 200 cm.
Condiciones de cálculo para almacenaje
– Celda TIPO:» Ancho: 90 cm.» Alto: 4 cm. » Largo: 20 cm.
– 4 celdas por altura
Condiciones de cálculo para almacenaje
– Cálculo de dosis de radiación a distancias de la estantería:
• 20 cm.• 40 cm.• 1 m.
– Campo de radiación en intervalos de altura de 40 cm. desde el suelo hasta altura de 2 m.
Resultados
– Dosis a 20 cm. de la estantería
Figura 1. Dosis a 20 cm. de la estantería
Figura 2. Distribución de puntos de cálculo
Resultados
– Dosis a 100 cm. de la estantería
Figura 3. Dosis a 100 cm. de la estantería
Figura 4. Distribución de puntos de cálculo
Condiciones de cálculo para afilado
– Determinación in situ– Condiciones de afilado:
• Duración: 30 -90 segundos• Periodicidad: 1 afilado cada 20 minutos
utilización
– Las partículas producidas se recogen en un filtro de papel para su tamizado y granulometría.
– Determinación del equilibrio de la cadena radiactiva.
Condiciones de cálculo para afilado
– Exposición externa:• MCNP. Dosis alrededor del electrodo
– Inhalación de polvo:• Filtros de partículas y de carbón activo
– Ingestión– Depósito sobre la piel:
• Filtro de papel. Análisis del contenido de radionucleidos.
Condiciones de cálculo para soldadura
– Determinación in situ– Exposición externa:
• MCNP. Dosis alrededor del electrodo– Inhalación de polvo:
• Filtros de partículas y de carbón activo
Siguiente fase del estudio
Aleaciones con Magnesio para aplicaciones en la industria aeroespacial
GRACIAS POR SU ATENCIÓN