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:

90Th232 88Ra228 89Ac228 90Th228 T 1/2 Familia del Torio I Nucleido Desint. Energía MeV Probabili-dad Energía Promedio MeV 90Th232 1,4x1010 años alfa 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 32 energías diferentes 0,12 0,32 0,611 0,386 90Th228 1,913 años 5,1387 5,175 5,212 5,3405 5,4233 0,0005 0,0018 0,0036 0,267 0,727

88Ra224 86Rn220 84Po216 82Pb212 T 1/2 Familia del Torio II Nucleido Desint. Energía MeV Probabili-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 5,747 6,2883 0,00097 0,99903 84Po216 0,146 segundos 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

83Bi212 81Tl208 82Pb208 T 1/2 Familia del Torio III Nucleido Desint. Energía MeV Probabili-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

83Bi212 84Po212 82Pb208 T 1/2 Familia del Torio IV Cadena Secundaria Nucleido T 1/2 Desint. Energía MeV Probabili-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

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

Monacita-Ce (Ce, La, Nd, Th, Y) PO4 Monacita-La (La, Ce, Nd) PO4 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.

Tipos de electrodos de Tungsteno Peso Varilla (gr) Diámetro Observaciones WT20 20.2097 3,2mm 98% W, 2% ThO2 12.5662 2,5 mm 5.6674 2,0 mm WC20 2.1882 1,0 mm 98% W, 2% CeO2 WNERTAL 23.3870 3,2 mm 98% Tungsteno Longitud del electrodo 150 mm

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

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.

ELECTODOS DE TUNGTENO SOLDADURA TIG

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

W 98%+Th 2% 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%

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 CAJAS DE ELECTRODOS TORIADOS DIÁMETRO nº CAJAS ANCHO LARGO ALTO VOLUMEN PESO (mm.) (cm.) (cm.) (cm.) (cm3.) (kg.) 1,6 850 4 18 0,5 30.600 64,515 2 300 4 18 0,5 10.800 37,5 2,4 850 6 18 0,8 73.440 153,425

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

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

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

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

GRACIAS POR SU ATENCIÓN