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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.

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1 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

2 CARACTERISTICAS Y PROPIEDADES DEL TORIO 90 Th 232

3 Torio: Descubierto por el científico Berzelius en Torio Thor Elemento químico Grupo ACTÍNIDOS de la tabla periódica.

4 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.

5 CARACTERISTICAS NUCLEARES Isótopo natural único 90 Th 232 Periodo: 1,4x10 10 años En su familia está el 90 Th 228 con T 1/2 = 1,913 años. Familia radiactiva con 14 descendientes. Con 6 desintegraciones alfa y cuatro beta se transmuta en 82 Pb 208 que es estable. Todos los descendientes son sólidos excepto el 86 Rn 220 que es un gas (Torón) con T1/2 = 55,6 s. Se conocen 25 isótopos de 90 Th 232 con 212 A 237 Cadena 92 U 235 : 90 Th 227 (T 1/2 =18,72 d) 90 Th 231 (T 1/2 =25,2h) Cadena 92 U 238 : 90 Th 234 (T 1/2 =24,1 d) 90 Th 230 (T 1/2 =75400 a)

6 –Cadena de desintegración del Th-232:

7 Nucleido T 1/2 Desint.Energía MeV Probabili- dad Energía Promedio MeV 90 Th 232 1,4x10 10 años alfa3,83 3,953 4,010 0,002 0,230 0, Ra 228 5,75 añosbeta0,038931,000, Ac 228 6,13 horas beta32 energías diferentes 0,12 0,32 0,611 0, Th 228 1,913 años alfa5,1387 5,175 5,212 5,3405 5,4233 0,0005 0,0018 0,0036 0,267 0,727 Familia del Torio I

8 Nucleido T 1/2 Desint.Energía MeV Probabili- dad Energía Promedio MeV 88 Ra 224 3,62 díasalfa5,0936 5,449 5,6856 0, ,049 0, Rn ,61 segundos alfa5,747 6,2883 0, , Po 216 0,146 segundos alfa5,985 6,7785 0, , Pb ,643 horas beta0, , ,5728 0,0522 0,851 0,099 0,0419 0,0944 0,1727 Familia del Torio II

9 Nucleido T 1/2 Desint.Energía MeV Probabili- dad Energía Promedio MeV 83 Bi 212 6,55 minutos Alfa 36% 7 energías0, Tl 208 3,052 minutos beta8 energías 1,79420,64650, Pb 208 Estable Familia del Torio III

10 Nucleido T 1/2 Desint.Energía MeV Probabili- dad Energía Promedio MeV 83 Bi ,55 minutos Beta 64% 7 energías2,2460, Po 212 0,3 milisegun dos alfa8,78491, Pb 208 Estable Familia del Torio IV Cadena Secundaria

11 Origen del Torio: Torita (ThSiO 4 ) Torianita (ThO 2 + UO 2 ) 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

12 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 ThO 2 junto con otras tierras raras. –Métodos de extracción: Reducción del ThO 2 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.

13 USOS Y APLICACIONES DEL TORIO

14 –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.

15 Programa de trabajo para EL ESTUDIO DE LA EXPOSICIÓN DEBIDA AL TORIO EN INDUSTRIAS NO RADIOLÓGICAS

16 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.

17 Hasta la fecha se han estudiado las siguientes aplicaciones: –Electrodos de soldadura –Camisas de incandescencia –Crisoles

18 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.

19 Camisas de incandescencia –El mayor fabricante mundial reemplazó Th por Y hacia el año –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.

20 ELECTRODOS DE TUNGSTENO PARA SOLDADURA

21 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 ThO 2. 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 y electrodos por año en España. El 80-90% de ellos se fabrica en China, el resto en Austria, Alemania, USA y Suecia.

22 TipoPeso Varilla (gr) DiámetroObservaciones WT ,2mm98% W, 2% ThO2 WT ,5 mm98% W, 2% ThO2 WT ,0 mm98% W, 2% ThO2 WC ,0 mm98% W, 2% CeO2 WNERTAL ,2 mm98% Tungsteno Tipos de electrodos de Tungsteno Longitud del electrodo 150 mm

23 W 98% Th 2% 150 mm W puro W 98% Ce 2%

24 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.

25 SOLDADURATIGSOLDADURATIG ELECTODOS DE TUNGTENOELECTODOS DE TUNGTENO

26 Electrodo Tungsteno Th Arco eléctrico Fundente Soporte Pieza a soldar Atmósfera de Argón

27 –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.

28 »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.

29 MEDIDAS EN ELECTRODOS

30 ESPECTROS GAMMA DE UN ELECTRODO DE TUNGSTENO TORIADO AL 2% Y UNO DE TUNGSTENO PURO W 100% Tiempo de medida: s Electrodos de 150 mm de longitud y 3,2 mm de diámetro W 98%+Th 2% W 100%

31 CÁLCULOS Y SIMULACIONES

32 Condiciones de cálculo –Exposición EXTERNA. –Método de Monte Carlo (MCNP). –Fundamentalmente: Electrodos de 2% de ThO 2 –Diámetros: 1,6 mm., 2 mm. y 2,4 mm.

33 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% Original: 870,5 keV Final: 861,4 keV.

34 Condiciones de cálculo para almacenaje Densidad media: 2,22 g/cm 3 (1,75 g/cm 3 son de electrodo) Densidad de Th: 0,0308 g/cm 3 (calidad 2%) Densidad de actividad: 125 Bq/cm 3 DIÁMETROnº CAJASANCHOLARGOALTOVOLUMENPESO (mm.)(cm.) (cm 3.)(kg.) 1, , , , ,5 2, , ,425 CAJAS DE ELECTRODOS TORIADOS

35 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.

36 Condiciones de cálculo para almacenaje –Celda TIPO: »Ancho: 90 cm. »Alto: 4 cm. »Largo: 20 cm. –4 celdas por altura

37 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.

38 Resultados –Dosis a 20 cm. de la estantería Figura 1. Dosis a 20 cm. de la estantería Figura 2. Distribución de puntos de cálculo

39 Resultados –Dosis a 100 cm. de la estantería Figura 3. Dosis a 100 cm. de la estantería Figura 4. Distribución de puntos de cálculo

40 Condiciones de cálculo para afilado –Determinación in situ –Condiciones de afilado: Duración: 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.

41 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.

42 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

43 Siguiente fase del estudio Aleaciones con Magnesio para aplicaciones en la industria aeroespacial

44 GRACIAS POR SU ATENCIÓN


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