Historia del tritio: ¿Qué miedo debería tener el hermano mayor del hidrógeno?

A pesar de estar presente en todo lo que contiene agua, el tritio no es un isótopo que muchas personas hayan conocido fuera de los canales seleccionados (geek), como el DEF CON con una placa que contiene tritio, el siempre excelente conjunto de tritio basado en NurdRage. batería atómica, o la creación de un cubo de 4 hipercubos brillante en la oscuridad a base de tritio-fósforo.

El tritio es un isótopo de hidrógeno que comparte muchas características con sus dos hermanos: 1H (protio) y 2H (deuterio), con la principal distinción de que el tritio (3H) no es un isótopo estable, con una vida media de ~ 12,32 años. en 3He. De manera más natural, el tritio en la Tierra se origina a partir de interacciones entre neutrones rápidos (> 4.0 MeV) de radiación cósmica y nitrógeno atmosférico.

Recientemente, el tritio se ha convertido en un tema políticamente candente debido al anuncio de la liberación de agua tratada en la central nuclear japonesa de Fukushima Daiichi. Para muchos, esto ha planteado la pregunta de cuánto tritio es "demasiado" y qué es lo que probablemente nos daremos cuenta de este agua tratada, pero que contiene tritio, que se descarga en el océano.

Acerca de los becquerelios y la dosis equivalente

El modelo LNT frente a otros modelos y medidas. (Fuente: CNSC)

Al evaluar el riesgo de exposición a la radiactividad, el modelo lineal sin umbral (LNT) es el más utilizado. Este modelo esencialmente afirma que existe una compatibilidad completamente lineal entre la exposición a la radiación y la posibilidad de cáncer y otros efectos secundarios negativos que podrían ser causados ​​por dicha exposición.

Como han demostrado muchos estudios recientes, la realidad no es tan sencilla. Entre los diversos efectos de los diferentes tipos de radiación en varias partes del cuerpo y el papel de la capacidad del cuerpo para reparar el daño a las células, la realidad es que vemos un efecto mucho más cercano al de lo que a menudo se llama hormonas radiales. Esta es la teoría de que en dosis bajas la radiación puede incluso ser útil.

Por lo que parece, estudios como. Bannister y col. (2016) y Khan et al. (2021), en modelos de ratón no mostraron citotoxicidad o genotoxicidad en el bazo después de la exposición a la radiación beta del tritio (Bannister et al.), O descubrió que el sistema inmunológico estaba regulado después de la exposición a la radiación de dosis baja LDR, Khan et al. .). Como señalaron Khan et al., La evidencia actual en la literatura muestra que LDR es una influencia positiva en el sistema inmunológico del cuerpo, lo que podría tener efectos importantes en nuestra comprensión de p. Ej. Tratamientos contra el cáncer.

Estos estudios también nos dan una idea de cómo tememos, por ejemplo, la radiación en el vino, como lo estudiaron Tonev et al. (2018). Aquí, los niveles de 137Cs, 40K y 3H se utilizan para tratar de indicar la edad del vino, para ayudar a identificar los vinos que se gastan como una cosecha mucho más antigua. Sus resultados para los vinos Melnik (Bulgaria) de la cosecha 2001 fueron niveles de 137Cs a

Mientras tanto, los niveles de 3H oscilaron entre aproximadamente 7 y 63 Bq / L y el potasio natural-40 (40K) entre 15 y 20 Bq / L durante ese mismo período de tiempo. Podemos comparar esto con los niveles naturales de 3H en la atmósfera y el agua superficial con la información proporcionada por la Comisión Canadiense de Seguridad Nuclear (CNSC) como parte de sus estudios de tritio. El nivel esperado de tritio en el agua de lluvia es de aproximadamente 0,6 Bq / L, mientras que el agua superficial varía de 0,37 a 1,11 Bq / L.

Las pruebas de la bomba atómica atmosférica elevaron los niveles ambientales de tritio entre 1945 y 1976, con una producción estimada de 1,7 x 1020 Bq de tritio. Este tritio habría abandonado gradualmente la atmósfera de una manera similar al tritio natural (rayos cósmicos) y habría terminado en el agua superficial y de allí a los organismos y al agua subterránea.

En el sitio de Fukushima Daiichi se almacenan aproximadamente 860 TBq (0,86 x 1015 Bq) de tritio, diluidos a través de muchos litros de agua. El propio tritio es parte del llamado agua triturada (HTO, T2O o agua con sobrepeso), que es químicamente casi indistinguible del H2O y D2O (agua pesada que contiene deuterio), por lo que no se separa fácilmente del H2O. Los reactores canadienses de agua CANDU (HWR) en funcionamiento normal liberan alrededor de 430 TBq por año, mientras que los PWR como el Westinghouse AP1000 liberan alrededor de 20 TBq / año y BWR alrededor de 1 TBq / año.

Teniendo en cuenta que el agua triturada en Fukushima Daiichi se liberará gradualmente y se diluirá en gran medida con agua de mar a lo largo de los años, esto debería dejar en claro que las cantidades liberadas son insignificantes en comparación con las liberadas solo por las centrales nucleares activas en todo el mundo. Entonces, ¿nada de qué preocuparse?

Los océanos son geniales

Científico de la PNNL sosteniendo una botella con 5 gramos de torta amarilla recuperada del agua de mar. (Fuente: PNNL)

Con aproximadamente tres cuartas partes de la superficie de la tierra cubierta de agua, hay mucha agua para diluir algo como agua triturada, y también p. Ej. Uranium y PNNL informan que recuperaron 5 gramos de torta amarilla (uranio) del agua de mar en 2018. Se estima que hay al menos cuatro mil millones de toneladas de uranio en el agua de mar, diluidas a aproximadamente 3 partes por mil millones, que algún día en el futuro podrían convertirse en recuperación económica.

En el caso de p. Ej. Hemos aceptado que el agua potable siempre tendrá algunos metales pesados, minerales e isótopos radiactivos (por ejemplo, radón, uranio y tritio). Es por eso que los países han establecido límites sobre las cantidades que se consideran aceptables en el agua potable. Para el agua tritiada, esto varía mucho, y Australia acepta más de 76.000 Bq / L, mientras que Finlandia apunta a 100 Bq / L, o unos cinco litros de vino Melnik con un equivalente de 40K.

Un punto interesante que vale la pena mencionar aquí es que el potasio-40 se comporta como sus formas estables de potasio cuando se trata de su función biológica. Como resultado, un cuerpo humano adulto que pese 70 kg contendrá aproximadamente 140 gramos de potasio. Con 40K de origen natural a una tasa de 0.0117%, esto significa aproximadamente 0.0164 gramos de isótopos y ~ 4300 Bq de desintegraciones beta por segundo.

Debido a que tanto el 3H como el 40K son emisores beta, pero solo el potasio se bioacumula de alguna manera significativa, esto teóricamente haría que comer un plátano sea más riesgoso que beber agua con tritio, incluso a niveles relativamente altos de HTO. Como era de esperar, al nivel recomendado por la OMS de 0,01 MBq / L en el agua potable, Guéguen et al. (2018) no informaron efectos fisiológicos notables sobre los tejidos en modelos de ratón.

Bajar siempre posible

Figura 1: Modelo simplificado de flujos de tritio en el sistema HTR acoplado a SG. (Crédito: Fütterer et al.2016)

La producción de tritio no es un objetivo en los reactores nucleares, pero ocurre como un efecto secundario, con reactores presurizados (PWR) que utilizan ácido bórico como veneno de neutrones en su circuito principal para ayudar a moderar la reacción en cadena nuclear. El boro-10 (10B) ocasionalmente puede atrapar neutrones y producir 4He y 3H. De manera similar, en los reactores de agua pesada (HWR) como el CANDU, el deuterio también atrapará neutrones y se convertirá en tritio.

La mayor parte del tritio producido en el circuito primario del reactor permanece allí y una vez se extrae y se utiliza para aplicaciones comerciales y de otro tipo. Debido a que el tritio es un isótopo de hidrógeno, también tiene esa otra característica sorprendente del hidrógeno: la capacidad de ignorar los intentos de contenerlo. De manera similar, cómo contener 1H es un problema debido a la penetración de hidrógeno, por lo que también los reactores nucleares tienen el problema de contener el tritio dentro del circuito principal. Fütterer et al. (2016) tratan en detalle este número para los reactores de alta temperatura de la futura generación IV que utilizan helio como refrigerante.

Generalmente, el punto donde el tritio penetra en el circuito secundario es a través del intercambiador de calor. Estos son dispositivos en los que es importante el efecto de la transferencia de calor, lo que significa paredes delgadas (aleación de níquel). Aunque son resistentes al debilitamiento de la difusión del hidrógeno, estos intercambiadores de calor permiten que penetre algo de hidrógeno, que finalmente termina en las turbinas y en el agua de enfriamiento, que se libera en el agua cercana o en la atmósfera en una torre de enfriamiento.

Debido a que HWR y PWR generan una cantidad suficiente de tritio en funcionamiento normal en su circuito primario, esto significa que relativamente más hidrógeno (por lo tanto, tritio) penetrará en el circuito secundario. Las nuevas aleaciones para el intercambiador de calor pueden reducir la cantidad de tritio penetrado en el circuito secundario, o los mecanismos de captura más eficientes pueden permitir que se filtren incluso las cantidades bajas de tritio en el circuito secundario.

Todo esto también importará con los futuros reactores de fusión nuclear, que generalmente utilizarán combustible deuterio-tritio (DT), y también con el mayor uso de hidrógeno en aplicaciones industriales y de otro tipo. El contenido de isótopos de hidrógeno es fundamental, independientemente de que se trate de un producto de desecho como en los reactores de fisión, un ingrediente de los procesos industriales, un combustible o un portador de energía.

Mundo radiactivo

Quizás la parte más dañina del modelo LNT es que crea la ilusión de que un mundo con radiación cero es de alguna manera posible, o al menos muy deseable. Aquí hay declaraciones en los medios sobre el "valor TBq del tritio" sin más contexto y un claro vacío cuando se trata de entrevistas, p. Los físicos y otros expertos en la materia (como los del OIEA) no son más que útiles.

Si bien la liberación de tritio por las plantas de energía nuclear y otras fuentes artificiales (como las baterías desechadas a base de tritio y los letreros autoiluminantes) no es deseable y algo que necesita investigación sobre formas de limitar aún más su impacto no es un problema importante. Vivimos en un planeta radiactivo en sí, protegido por una atmósfera que en gran medida nos mantiene a salvo de los rayos cósmicos y otros peligros de la radiación.

Como ocurre con la mayoría de las cosas en la vida, la clave de la felicidad radica en encontrar la perspectiva correcta.

[Heading image: Fukushima Daiichi at night. (Source: Tepco)]

  • Palmadita dice:

    "Todo esto también importará con los futuros reactores de fusión nuclear que generalmente utilizarán combustible deuterio-tritio (DT)".

    "Crítico" es más parecido. Los reactores de fusión generarán su propio tritio con cubiertas reproductoras y tendrán que controlar la separación. Tienes que. Si mis cálculos son correctos, un reactor de fusión drenará todo el suministro terrestre de tritio natural en aproximadamente 2 semanas y el suministro de tritio artificial fácilmente en un año (más probablemente mensualmente).

    Un reactor de fusión también cambiaría drásticamente el mercado económico del tritio (y helio-3). Se señaló, por ejemplo, que el tritio / helio-3 producido por un reactor de fusión en realidad valdría más que la electricidad. De, eh, mucho.

Marco Navarro
Marco Navarro

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