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IV Workshop “Radiación natural y Medio Ambiente”. Cursos de Verano 2005. Radiación natural: Radón. Carlos Sainz Fernández Universidad de Cantabria. Esquema general. Características del radón y sus descendientes. Fuentes de radón y transporte. Comportamiento de descendientes. - PowerPoint PPT Presentation
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IV Workshop IV Workshop “Radiación natural y “Radiación natural y
Medio Ambiente”Medio Ambiente”
Radiación natural: RadónRadiación natural: Radón
Carlos Sainz FernándezCarlos Sainz FernándezUniversidad de CantabriaUniversidad de Cantabria
Cursos de Verano Cursos de Verano 20052005
Esquema generalEsquema general
Características del radón y sus descendientesCaracterísticas del radón y sus descendientes
Fuentes de radón y transporteFuentes de radón y transporte
Comportamiento de descendientesComportamiento de descendientes
Riesgos para la saludRiesgos para la salud
IntroducciónIntroducción
Serie del Serie del 238238UU
238238U presente en toda la corteza terrestre U presente en toda la corteza terrestre Media mundial en suelos 35 Bq KgMedia mundial en suelos 35 Bq Kg-1-1 (UNSCEAR 2000) (UNSCEAR 2000)
RadónRadón
Gas nobleGas noble
Emisor alfa (5.49 MeV)Emisor alfa (5.49 MeV)
TT1/21/2 = 3.82 d = 3.82 d
222222RnRn
Posibilidad de Posibilidad de desplazamientodesplazamientomacroscópicomacroscópico
Pruebas nucleares
Profesional
Producción de Energía
Nucleoeléctrica
Diagnósticos Médicos
Fondo Natural
DescendientesDescendientes
218218PoPo
3.05 m3.05 m
214214PbPb
26.8 m26.8 m
214214BiBi
19.7 m19.7 m
214214PoPo
1.6 101.6 10-4-4 s s
210210PbPb
22.3 a22.3 a
210210BiBi
5.0 d5.0 d
210210PoPo
138 d138 d
206206PbPb
EstableEstable
6.006.00 7.697.695.315.31
SólidosSólidosActivos químicamenteActivos químicamente
Periodos de semidesintegración < 30 minPeriodos de semidesintegración < 30 min
Comportamiento complejoComportamiento complejoImportancia radiológicaImportancia radiológica
Factores que Factores que influyen en la influyen en la
CC222Rn222Rn en interiores en interiores
Tasa de producción por diversas fuentesTasa de producción por diversas fuentes
Tasa de ventilaciónTasa de ventilación
Tasa de transformación/eliminaciónTasa de transformación/eliminaciónfisicoquímicafisicoquímica
¡ Más factores para descendientes! ¡ Más factores para descendientes! (concentración de partículas, presencia de superficies, etc...)(concentración de partículas, presencia de superficies, etc...)
Fuentes de radón Fuentes de radón y transportey transporte
SuelosSuelosMaterialesMateriales
de construcciónde construcción AguaAgua
TransporteTransporte
DifusiónDifusión
ConvecciónConvección
Por diferencias de Por diferencias de concentraciónconcentraciónMovimiento relativo del gas en el seno del material Movimiento relativo del gas en el seno del material
que lo contieneque lo contiene
Por diferencias de Por diferencias de presión/temperaturapresión/temperaturaEl fluido que contiene al gas actúa como vehículoEl fluido que contiene al gas actúa como vehículo
de tranportede tranporte
SueloSuelo
Generación Generación de de
radónradón
(desintegraci(desintegración de ón de 226226Ra)Ra)
Radón en Radón en los poroslos poros
TransporteTransporte
Entrada enEntrada enEspacio Espacio cerradocerrado
EmanaciEmanaciónón
DisponibilidadDisponibilidadde radonde radon
MigraciónMigraciónde radonde radon
DifusiónDifusiónConvecciConvecci
ónón
HumedadHumedadTemperaturaTemperaturaTamaño de Tamaño de
granogranoPosiciónPosición
de átomos en de átomos en el granoel grano
HumedadHumedadTamaño de Tamaño de
granogranoporosidadporosidadPermeabilidPermeabilid
adad
DiferenciasDiferenciasTemperaturaTemperatura
Presion Presion atmosféricaatmosféricaPrecipitacionPrecipitacion
esesSalida al Salida al exteriorexterior
Tipo de Tipo de construcciónconstrucciónSubestructurSubestructur
aa
SueloSuelo
Comunidad Autónoma Número de medidas
Valor medio (Bq/Kg)
Rango
ANDALUCÍA 126 29.0 8-82 ARAGÓN 44 35.8 48-72
ASTURIAS 17 43.7 20-167 BALEARES (MALLORCA) 11 34.5 23-70
CANARIAS (TENERIFE) 30 51.2 21-136 CANTABRIA 94 44.3 10-141
CASTILLA-LA MANCHA 119 29.4 9-65 CASTILLA Y LEÓN 144 38.8 9-300
CATALUÑA 45 39.5 13-138 EXTREMADURA 73 49.5 11-240
GALICIA 71 93.9 18-310 MADRID 37 48.6 12-158 MURCIA 16 31.5 18-63
NAVARRA 15 33.5 19-80 LA RIOJA 12 42.2 16-69
PAIS VASCO 45 45.1 9-93 COMUNIDAD VALENCIANA
32 28.1 8-61
ESPAÑA 952 38.9 8-310
Contenido en Contenido en 226226Ra de suelos españolesRa de suelos españoles
SueloSuelo
EjemploEjemplo
CC226Ra226Ra = 25 Bq Kg = 25 Bq Kg-1-1
suelosuelo = 1600 Kg m = 1600 Kg m-3-3
CC222Rn222Rn = 40 KBq m = 40 KBq m-3-3
En equilibrioEn equilibrio
Porosidad 20 %Porosidad 20 %Factor de emanación 0.2Factor de emanación 0.2Flujo de gas 0.25 mFlujo de gas 0.25 m33 h h-1-1
ExhalaciónExhalación
40 Bq m40 Bq m-2-2 h h-1-1
MeteorologiaMeteorologiaVentilaciónVentilación
Tipo de coberturaTipo de coberturaEtc...Etc...
Materiales de Materiales de construcciónconstrucción
Pueden ser una fuente importante de radon en edificios elevadosPueden ser una fuente importante de radon en edificios elevados
Baja permeabilidadBaja permeabilidad Difusión principal mecanismoDifusión principal mecanismo
Ejemplo granitoEjemplo granito
Elevado contenido en Elevado contenido en 226226RaRaExhalación dependiente de fisuras, grietas, etc...Exhalación dependiente de fisuras, grietas, etc...
Presión atmosféricaPresión atmosféricaHumedadHumedad
Exh
ala
tion
rate
Exh
ala
tion
rate
UnderpressureUnderpressure
Materiales de Materiales de construcciónconstrucción
Provincia Número de muestras Concentración Ra-226 (Bq/kg)
Ávila 2 86.1 Badajoz 23 66.3 Cáceres 10 78.2
La Coruña 3 92.0 Huelva 1 32.6 Huesca 1 282.1 Lugo 6 93.1
Madrid 13 90.9 Orense 5 78.4
Pontevedra 12 112.0 Salamanca 3 61.3
Segovia 3 126.7 Sevilla 1 30.3 Toledo 1 191.2 Zamora 3 73.9
Contenido en Contenido en 226226Ra de granitos españolesRa de granitos españoles
SueloSuelo
Tipo material Nº muestras Ra-226 (Bq/Kg)
Arenas de playa 6 5.9Arena I 4 30.3Arena II 7 7.0Ladrillo I 3 55.1Ladrillo II 8 73.2Cemento I 3 25.1Cemento II 7 421.8Cemento III 5 94.7Cemento IV 4 23.3Cemento V 5 51,8Cemento VI 6 35,5Cemento VII 7 53.6Yeso I 3 9.6Yeso II 5 35.9Yeso III 7 50.7Yeso IV 5 11.1Estuco 4 8.1Hormigón 2429.9Suelo 12 14.8
Contenido de Contenido de 226226Ra de algunos materiales de construcciónRa de algunos materiales de construcción
AguaAgua
El contenido de El contenido de 226226Ra/Ra/222222Rn dependeRn depende
Aguas superficiales (lagos, rios...)Aguas superficiales (lagos, rios...)Aguas profundas (pozos, manantiales...)Aguas profundas (pozos, manantiales...)
AgitaciónAgitaciónTemperaturaTemperatura
ground water
water purification
elevated reservoir
well
radon
radon in rock layers
radon
raw watersource
radon
transfer of radoninto ground water
raw watercollecting gallery
radon
AguaAgua
Relación CRelación Cairair/C/Cww CCairair = f C = f Cww f = 10f = 10-4-4
Descendientes del Descendientes del radónradón
Radón químicamente Radón químicamente inerte/vida media largainerte/vida media larga
Bajo nivel de retenciónBajo nivel de retención
Descendientes químicamente Descendientes químicamente activos/vida media cortaactivos/vida media corta
Mayor nivel de retenciónMayor nivel de retención(hasta 24 h)(hasta 24 h)
Descendientes del Descendientes del radónradón
Muro,Suelo
Exhalación de Radón
Depósito
Depósito
Desin
teg
ració
nA
dh
ere
ncia
Retr
oceso
Partícula de Aerosol
Descendiente libre
RADÓN
+ 88 %+ 88 %Neutro 12 %Neutro 12 %
Descendiente adherido
Solo Solo 218218PoPo
Tamaño (nm)Tamaño (nm)
Ventilación
Ventilación
Ventilación
Ventilación
Ventilación
Ventilación10 - 100010 - 1000
0.5 - 10.5 - 1
Vargas 2004Vargas 2004Porstendorfer 1994Porstendorfer 1994
Descendientes del Descendientes del radónradón
Ref: Porstendorfer and Reinniking, 1998
Descendientes del Descendientes del radónradón
Mecanismos de transformación/desaparición de descendientesMecanismos de transformación/desaparición de descendientes
DesintegraciónDesintegración
VentilaciónVentilación
Deposición en superficiesDeposición en superficies
= 1.6 – 14 h= 1.6 – 14 h-1-1
= 0.5 h= 0.5 h-1-1
= 0.1 h= 0.1 h-1 -1 (aerosoles)(aerosoles)
= 20 h= 20 h-1 -1 (libres)(libres)
Mecanismo predominanteMecanismo predominante
Causa desequilibrio radón/descendientesCausa desequilibrio radón/descendientes
Velocidad de deposición inversa al tamañoVelocidad de deposición inversa al tamaño
Deposición tanto mayor cuanto mayor es S/VDeposición tanto mayor cuanto mayor es S/V
Magnitudes y Magnitudes y unidadesunidades
Energía potencial alfaEnergía potencial alfaEnergia alfa emitida
por la desintegración de todos los átomos hasta alcanzar el 210Pb
Para caracterizar la presencia de descendientes Para caracterizar la presencia de descendientes no basta con conocer la concentración de gas radónno basta con conocer la concentración de gas radón
Concentración en energíaConcentración en energíapotencial alfapotencial alfa
(PAEC)(PAEC)
jjaj
3 CE)mPAEC(J
Unidad tradicional: Unidad tradicional: WL (working level):WL (working level): Concentración en energía potencial alfa de una mezcla Concentración en energía potencial alfa de una mezcla de descendientes que se encuentra en equilibrio con una concentración de radón de 3700 Bq mde descendientes que se encuentra en equilibrio con una concentración de radón de 3700 Bq m -3-3
1 WL = 2.08 101 WL = 2.08 10-5-5 J m J m-3-3
(ICRP 32)(ICRP 32)
Magnitudes y Magnitudes y unidadesunidades
Concentración equivalenteConcentración equivalenteen equilibrio de en equilibrio de
una mezcla de descendientesuna mezcla de descendientes
Concentración de radón en equilibriocon sus descendientes que tiene la misma
PAEC que la mezcla en desequilibrio
(Bq m(Bq m-3-3))
PoBiPbPoeq CCCCmBqC 2148
2142142183 106379.0516.0105.0)(
Relación con la PAECRelación con la PAEC
3700
)()(
3
mBqCWLPAEC eq
Magnitudes y Magnitudes y unidadesunidades
Factor de equilibrioFactor de equilibrioRelación entre concentración equivalente
en equilibrio y concentración real de gas radón
C
CF eq
)(
37003
mBqC
WLF
En términos de PAECEn términos de PAEC
Magnitudes y Magnitudes y unidadesunidades
ExposiciónExposición Producto de la concentración de descendientes de radónpor el tiempo de inhalación de dicha mezcla
En actividad En actividad (Bq m(Bq m-3-3 h) h)
En PAEC En PAEC (J m(J m-3-3 h) h)
Unidad tradicional WLM (working level month):Unidad tradicional WLM (working level month):Exposición de 1 WL durante un periodo de trabajoExposición de 1 WL durante un periodo de trabajo
de un mes (170 h)de un mes (170 h)1 WLM = 6.29 101 WLM = 6.29 1055 Bq m Bq m-3-3 h h
FracciónFracciónlibrelibre
Proporción de desdencientes de radón no vinculadosa partículas de aerosol
eq
peq
p C
Cf
Riesgos para la Riesgos para la saludsalud
La inhalación de radón (y descendientes) La inhalación de radón (y descendientes) provoca irradiación alfa en las células provoca irradiación alfa en las células
del tracto respiratoriodel tracto respiratorio
Mutaciones, transformación malignaMutaciones, transformación malignaRiesgo de cáncer de pulmónRiesgo de cáncer de pulmón
Dos vias de estimación de riesgosDos vias de estimación de riesgos
-EpidemiológicaEpidemiológica-DosimétricaDosimétrica
Riesgos para la Riesgos para la saludsalud
Estudios epidemiológicosEstudios epidemiológicos
Estudios en poblaciones de minerosEstudios en poblaciones de mineros
Rie
sg
oR
iesg
o
ExposiciónExposición
Tasas de exposición altasTasas de exposición altas
Influencia del tabacoInfluencia del tabaco
Presencia de otros contaminantesPresencia de otros contaminantes
Condiciones de exposición específicasCondiciones de exposición específicas(tasas de respiración, variedad concentración de partículas, etc)(tasas de respiración, variedad concentración de partículas, etc)
Difícil extrapolación al riesgoDifícil extrapolación al riesgo por exposición en viviendaspor exposición en viviendas
Desarrollo actual de estudios Desarrollo actual de estudios tipo casos/controltipo casos/control
en viviendasen viviendas
Riesgos para la Riesgos para la saludsalud
Estimación de riesgosEstimación de riesgos
Datos casos/controlesDatos casos/controlesSin resultados concluyentesSin resultados concluyentes
ICRP estimación de riesgos por ICRP estimación de riesgos por extrapolación de estudios extrapolación de estudios
en población mineraen población minera
ICRP 65 (1993) cálculo de ICRP 65 (1993) cálculo de coeficiente de conversión de exposición a dosis efectivacoeficiente de conversión de exposición a dosis efectiva
mSv WLMmSv WLM-1-1 = = Detrimento por exposición a radón (A)Detrimento por exposición a radón (A)
Detrimento por u. de dosis efectiva (B)Detrimento por u. de dosis efectiva (B)
Riesgos para la Riesgos para la saludsalud
Detrimento por exposición a radón (A)Detrimento por exposición a radón (A) Datos población mineraDatos población minera
3 103 10-4-4 WLM WLM-1-1
Detrimento por unidad de dosis efectiva (B)Detrimento por unidad de dosis efectiva (B) Datos Hiroshima NagasakiDatos Hiroshima NagasakiExperimentos en animalesExperimentos en animales
Público 7.3 10Público 7.3 10-5-5 mSv mSv-1-1
Trabajadores 5.6 10Trabajadores 5.6 10-5-5 mSv mSv-1-1
Coeficientes de conversión a dosis efectivaCoeficientes de conversión a dosis efectiva
Público 3.88 mSv WLMPúblico 3.88 mSv WLM-1 -1 = 6.09 nSv por Bq m= 6.09 nSv por Bq m-3-3 h hTrabajadores 5.06 mSv WLMTrabajadores 5.06 mSv WLM-1-1 = 7.95 nSv por Bq m = 7.95 nSv por Bq m-3-3 h h
Para convertir a exposición a Para convertir a exposición a gas radóngas radón hay que conocer F (medida/bibliografía) hay que conocer F (medida/bibliografía)Ej. F = 0.4 Ej. F = 0.4 2.4 nSv por Bq m2.4 nSv por Bq m-3-3 h h (público) (público)
Riesgos para la Riesgos para la saludsalud
Modelo dosimétricoModelo dosimétrico
Estimación de la dosis por unidad de exposición Estimación de la dosis por unidad de exposición a partir de modelo de las vias respiratoriasa partir de modelo de las vias respiratorias
Periodo de retención de descendientesPeriodo de retención de descendientes
Factor de ponderación de la radiación alfaFactor de ponderación de la radiación alfa
Sensibilidad tejido pulmonarSensibilidad tejido pulmonar
Factores de ponderación de cada regiónFactores de ponderación de cada región
Funciones de probabilidadFunciones de probabilidad
Aplicado a las condiciones de mineros (Birchall 1994) Aplicado a las condiciones de mineros (Birchall 1994) 15 mSv WLM15 mSv WLM-1-1
Aplicado a las condiciones de viviendas (Marsh 2002) Aplicado a las condiciones de viviendas (Marsh 2002) 12 mSv WLM12 mSv WLM-1-1
Riesgos para la Riesgos para la saludsalud
Influencia de fracción libre y factor de equilibrioInfluencia de fracción libre y factor de equilibrio
A partir de medidas de aerosoles en viviendas (Marsh y Birchall 1998)A partir de medidas de aerosoles en viviendas (Marsh y Birchall 1998)
mSv WLMmSv WLM-1-1 = 11.3 + 43 f = 11.3 + 43 fpp
nSv por Bq mnSv por Bq m-3 -3 h = F (17.82 + 67.51 fh = F (17.82 + 67.51 fpp))
o tambiéno también
Para valores típicosPara valores típicos f fpp = 0.08 y F = 0.4 = 0.08 y F = 0.4
14 mSv WLM14 mSv WLM-1 -1 = 9 nSv por Bq m= 9 nSv por Bq m-3-3 h h
El factor de equilibrio F es determinante El factor de equilibrio F es determinante y se relaciona inversamente con la fracción libre fy se relaciona inversamente con la fracción libre fpp
Riesgos para la Riesgos para la saludsalud
Aproximación Aproximación epidemiológicaepidemiológica
Aproximación Aproximación dosimétricadosimétrica
Factor 3Factor 3
Modificar algunos factores de ponderación usados por ICRPModificar algunos factores de ponderación usados por ICRP-Pulmón Pulmón (0.12 a 0.04)(0.12 a 0.04)
- Partículas alfa Partículas alfa (20 a 7)(20 a 7)-Regiones pulmonaresRegiones pulmonares
Cambios significativos en la Cambios significativos en la dosimetría de otros radionucleidosdosimetría de otros radionucleidos