0064_Como_obtener_muestras_radiactivas_

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A veces, para llevar a cabo ciertas experiencias a nivel didáctico o de aficionado es necesario disponer de muestras radiactivas de baja intensidad. Por ejemplo para comprobar el funcionamiento de un contador geiger u otros sensores de radiaciones, efectuar pruebas de ionización de gases, de atenuación en diversos materiales, de marcaje de elementos biológicos, o incluso de algo que parece sencillo, pero que en realidad es bastante difícil: quitar la electricidad estática del aire, de plásticos o negativos fotográficos.

Para ello, en el mercado se dispone de una amplia gama de isótopos radiactivos adaptados a aplicaciones concretas. Sin embargo, muchos de estos productos se comercializan a través de conductos especializados, sin acceso para el aficionado a la ciencia, aparte de ser caros y difíciles de encontrar.
En Estados Unidos existe una compañía llamada United Nuclear que pone a la venta isótopos y kits para las más variadas experiencias, pero sus precios son medio-altos y no vende fuera del país, y las empresas similares que pueden encontrarse en España son aún más caras y exclusivas.

Por ello, aquí daremos algunas indicaciones de cómo se pueden obtener muestras radiactivas de baja intensidad, recordando que ello no significa que sean inocuas, por lo que siempre se han de seguir las Normas Básicas para el manejo de Sustancias Radiactivas.

Las muestras que pueden obtenerse con más facilidad contienen isótopos de los siguientes elementos:

Y una vez conseguidas, procederemos a:

 - Guardar las muestras adecuadamente

 Torio (Tr-232)

El Torio 232 ocupa el puesto 90 en la tabla periódica y representa el elemento radiactivo más abundante de nuestro planeta, con unas reservas que triplican las conocidas para el uranio. Australia, India y Noruega son los principales productores. Las menas más importantes son la monazita, la torita (silicato de torio ThSiO4) y la torianita (óxido de torio y de uranio).
Fue descubierto por el sueco Jöns J. Berzelius en 1828, pero fueron los esposos Curie que le reconocieron su caracter radiactivo sesenta años después.
El isótopo natural más abundante es el Th-232, con un período de semidesintegración de 14.000 millones de años.
El torio representa una buena alternativa al uranio como combustible de reactores nucleares. Noruega está estudiando el AHWR (Advanced Heavy Water Reactor) y un sistema subcrítico activado por un acelerador de neutrones, e India tiene en proyecto el reactor Kamini. Las ventajas son que una vez obtenido en forma de metal o de compuestos, el torio no necesita ser enriquecido. A igual que el U-238 no es fisible, pero por bombardeo con neutrones lentos se convierte en U-233, que es fisible como el U-235. Además, sus productos no se adaptan tan bien a la fabricación de bombas y presentan menos riesgos ambientales que los del uranio.
Se calcula que las reservas mundiales de torio podrían representar una fuente de energía superiores a las del uranio y del petróleo juntas.

Torianita, mena de óxido de Torio                                                Cilindro de Torio metálico

En estado puro, su forma física es de un metal de color gris-plata, con cierta tendencia a la oxidación y tanto en forma metálica como en compuestos tiene un amplísimo uso en la industria:

- Aleado con el wolframio en filamentos y electrodos de soldadura, permite soportar hasta 4000 Cº
- En los cátodos de las válvulas electrónicas aumenta la emisión termoiónica
- En materiales cerámicos especiales que soportan altas temperaturas
- Aleaciones para estructuras metálicas
- Detectores de oxígeno
- En la obtención del magnesio
- Catalizador en la síntesis del ácido nítrico y en el cracking del petróleo
- En vidrios ópticos especiales de alto índice de refracción
- En camisas de lámparas de gas

La fuente más accesible es acudir a una ferretería y comprar una camisa Wellsbach de lámpara de gas, es decir, las pequeñas bolsitas de tela blanca y violeta que se montan en las luces de camping-gas y que al encenderse, tras una breve combustión proporcionan una luz blanca y brillante. Estas camisas contienen óxido de torio con un 1% de óxido de cerio, que contribuyen a su mineralización y al color blanco de la luz. El problema es que en la Comunidad Europea, desde hace algunos años ya no son radiactivas, al haber sustituido el torio por berilio, que no es radiactivo pero sí cancerígeno.
Por lo tanto, deberemos encontrar alguna ferretería que aún tenga un stock de las camisas antiguas, o desmontarlas de la luz de gas que muchos de nosotros guardamos olvidada en una alacena del garaje. Comprobar si contienen torio es fácil: le acercamos un contador Geiger, y al instante notaremos el aumento de "clicks", con mediciones que pueden oscilar entre 80 y 300 microrems/hora a pocos centímetros de distancia.

Camisa Wellsbach de luz de gas, y la misma, montada antes de ser quemada por primera vez

Si la camisa es nueva, no hay problema; la sacamos de su envase y la guardamos directamente en un tubo de cristal. Pero si está ya "quemada", es decir, está montada en una luz y ha sido usada, va a convertirse en polvo justo la toquemos, por lo que deberemos usar guantes de látex y mascarilla para depositar los restos sobre un papel, y haciendo después una "V" con el mismo, introducirlos en el mismo tubo de cristal, que taparemos herméticamente.

Americio (Am-241) 

El Americio 241 es el cuarto trasuránido que se descubrió, y de él sólo existen débiles trazas en la naturaleza, ya que forma parte de la serie radiactiva del Neptunio. Fue descubierto en 1944 en el Departamento de Metalurgia de la Universidad de Chicago al bombardear Plutonio 239 con neutrones, siguiendo la secuencia de reacciones:

El Am-241 es un metal de apariencia brillante y forma parte del grupo de los Actinios, ocupando el número 95 de la tabla de elementos, con un período de semidesintegración de 432,2 años. Se le conocen diecinueve isótopos, todos ellos radiactivos.

El Americio es un fuerte emisor de partículas alfa, con una radiación de este tipo tres veces superior a la del Radio. Si se reúnen varios gramos de Americio, la radiación gamma es también importante, por lo que ha sido usado como fuente para efectuar radiografías industriales de piezas metálicas. Durante años se utilizó también en los pararrayos "radiactivos", de los que sólo en España se instalaron más de 25.000. Tras un cambio en la normativa de seguridad nuclear, la mayoría de ellos han sido ya retirados y almacenados por ENRESA (Empresa Nacional de Residuos Radiactivos).
A este respecto, hay que decir que estos pararrayos contienen una cantidad sustancial de Americio 241 (entre 1,5 y 24 miliCurie), y en casos de manipulación indebida o de almacenamiento en lugares inadecuados, la exposición radiactiva o la contaminación que ésta cause a su alrededor podría llegar a ser significativa. Por lo tanto, NUNCA, en NINGÚN CASO, hay que manipular dichos pararrayos. En caso de hallar uno abandonado, debe ponerse en conocimiento de las autoridades para que tomen las medidas pertinentes.

Sin embargo, para nosotros, la aplicación más interesante del Americio es su uso en los llamados detectores de incendio del tipo "iónico".

Estos detectores contienen una cantidad de 0,2 microgramos de Am-241, que corresponde a una actividad de 1 microCurie, y por lo tanto de 1.500 a 24.000 veces menor que en un pararrayos. El Americio está depositado normalmente sobre una plaquita de 3 x 3 milímetros, albergada en una cápsula de malla metálica, en la que puede penetrar el aire.
En este espacio confinado electricamente, la radiación alfa ioniza las moléculas de aire, permitiendo que circule una pequeña corriente entre el soporte conductor del americio y un electrodo situado a poca distancia y sometido a una tensión de polarización.
En condiciones normales, esta corriente se mantendrá bastante estable, pero en caso de que en las proximidades se produzca una llama (o incluso sólo brasas), los radicales libres que contiene el humo absorberán los iones producto de la radiación, disminuyendo en consecuencia la corriente y disparando el circuito de alarma.
Este tipo de detectores pueden comprarse sin problemas en tiendas de alarmas o de suministro para instaladores eléctricos, y sus precios oscilan entre los 20 y 40 €

Procedamos ahora a desmontar un detector de este tipo hallado en un montón de escombros de un edificio en rehabilitación:

Vista externa de un detector iónico                               Etiqueta que indica su contenido radiactivo

1) Desmontaremos la tapa superior,  tras lo cual podremos ver directamente la cápsula de acero o aluminio que contiene el Americio. Desmontado con cuidado la cápsula con las herramientas adecuadas accederemos al electrodo captador de iones.

Protector de la cápsula de Anmericio                                                    La cápsula una vez abierta

2) Quitando el electrodo captador de iones ya podremos ver el botón que contiene la plaquita de Americio. Una vez desmontada ésta, dejaremos aparte el resto del detector y nos centraremos en desmontar el propio botón.

En algunos casos, el Americio está colocado sobre un tornillo ajustable, con el cual puede regularse la corriente iónica.

Quitando el electrodo captador de iones                           El "botón" central que contiene el Americio 241

2) Una vez hemos abierto el botón y accedido a la plaquita de Americio, la sujetamos con unas pinzas y la extraemos con cuidado. Seguidamente podemos medir su radiación. En este caso, la hemos colocado sobre la caja de nuestro contador Geiger Quartex -evidentemente, con la cara algo oxidada, que contiene el Americio, hacia abajo- y la lectura nos ha arrojado una cifra "normal" de 298 microrems/hora.

Plaquita de Americio de 3x3 mm.                                     Medida de su actividad con un Geiger

3) En mi caso, guardo las plaquitas de Americio en el interior de un pequeño tubo de cristal, pegadas a su vez a una tira adesiva, para evitar que se amontonen o se mezclen sus caras activas y pasivas.

El resto de la electrónica del detector de humos suele contener un sensible amplificador FET y diversos componente que tal vez podremos utilizar. Por ello, efectuaremos una medición con el Geiger, y si no muestra contaminación, la guardaremos en nuestro "cajón de materiales para proyectos futuribles".

Tubo conteniendo 6 plaquitas de Americio 241                           El resto de la electrónica del detector

Radio (Ra-226) 

El Radio es un elemento químico natural que ocupa el puesto 88 en la tabla periódica. Es un metal brillante pero que se oxida con facilidad y fue descubierto por Madamme Curie en 1898 después de procesar químicamente varias toneladas de mineral de Uranio.

El Radio 226, el isótopo más importante de los 25 que existen, forma parte de las serie radiactiva del U-238, y es por tanto una consecuencia de la desintegración del mismo. Su vida media es de tan sólo 1.600 años, que acaba al desintegrarse en gas Radón 222, por lo que es normal que sólo se halle en forma de trazas en los minerales de Uranio, siendo necesario tratar hasta 7 toneladas de pechblenda para conseguir un solo gramo de radio.

El Radio presenta una altísima radiactividad, 1 millón de veces la del Uranio. Su actividad se utiliza como unidad patrón, el Curie, que representa la emisión total de 1 gramo de este material. Algunos de sus compuestos son luminescentes, emitiendo una débil luz azul, y durante años tuvo importantes aplicaciones industriales:

- El cloruro de Radio en la medicina contra el cáncer
- Para teñir cristales con un tono verdoso y ligeramente luminescente
- Para efectuar radiografías industriales
- Combinado con Berilio constituye una fuente de neutrones adecuados para experimentación
- Para la preparación de pinturas luminosas en la oscuridad, especialmente para hacer visibles las agujas de los relojes.
- Para preparar medicinas "milagrosas" y presuntamente "tonificantes", como el Radithor, agua radiactiva. Y también pastillas, cremas y hasta chicle.

El descubrimiento del Radio y sus insólitas propiedades dio lugar a una auténtica manía "radiactiva" que consideraba tales emanaciones aconsejables para la salud. Sin embargo, los efectos adversos comenzaron a manifestarse muy pronto, como el aumento de casos de cáncer y leucemia entre quienes confeccionaban o consumían dichos productos, motivo por el cual, las autoridades prohibieron su fabricación.
Hoy en día, casi todas las aplicaciones del Radio, incluidas las médicas y las industriales, han sido abandonadas, siendo sustituido por el Cobalto-60 y del Cesio-137, mucho más baratos y seguros. Pero aún podemos encontrar relojes con pintura de óxido de Radio mezclado con algún compuesto fluorescente.

Obtener muestras de Radio, por tanto, sólo será posible a partir de agujas de relojes fabricados hasta los años 50 del siglo pasado, que con un poco de suerte podremos encontrar sueltas en anticuarios y talleres de relojería.
Para su preparación utilizaremos guantes y mascarilla, rascando cuidadosamente la pintura hasta convertirla en polvo, e introduciéndola después en un tubito de cristal que cerraremos a conciencia.

Este punto es importante, ya que el gas Radón-222, producto de la desintegración del Radio, se disuelve fácilmente en el aire y puede ser aspirado por los pulmones y absorbido por el cuerpo. Y si bien este gas no es muy radiactivo y su vida media es sólo de 3,8 días, se convierte después en sucesivos isótopos del Polonio, Plomo y Bismuto. Todos ellos, excepto el Plomo-206 que es estable y final de la serie de desintegraciones, son activos emisores de particulas alfa o beta, con vidas medias que van desde fracciones de segundo del Polonio-214 hasta los 22,2 años del Plomo-210.

Agujas de reloj con pintura radiactiva de sales de Radio-226

Polonio (Po-210)

El Polonio, de número atómico 84, es un metaloide con una química parecida a la del teluro y el bismuto. Hay una cincuentena de isótopos conocidos, son todos radiactivos y algunos están presentes en forma de vestigios en los minerales de Uranio, ya que forman parte de la serie radiactiva del U-238.
El Po-210, el principal de sus isótopos, de los que tal mineral contiene alrededor de 0,1 miligramos por tonelada. Otra fuente de obtención es por bombardeo del Bismuto-209 mediante neutrones, creándose Plomo-210, también radiactivo, que tras emitir una partícula beta se trasmuta en Polonio-210.
Este radionucléido tiene una vida media de 139 días y es un excelente emisor de partículas alfa, ya que un solo miligramo de este elemento emite tanta radiación alfa como 5 gramos de Radio.

El Polonio-210 tiene entre sus usos principales:

- Como otros emisores alfa, es una fuente de neutrones al ser combinado con Berilio
- Como generador termoeléctrico para reactores situados a bordo de satélites (diez gramos generan la respetable potencia de 1,3 Kw/h)
- En cepillos y sistemas antiestáticos para microbalanzas y filtros de aire

Cepillo antiestático de Polonio-210                             Recambio de Polonio-210 de 500 microCuries

En cantidades del orden del miligramo, el Polonio-210 es un importante radiotóxico que en caso de ser inhalado o tragado a través de alimentos contaminados puede producir graves problemas de salud (recordar el "affaire" del ex espía ruso Litvinenko, muerto al cabo de una semana de ser envenenado –eso sí, con una dosis masiva- de este producto).

Una muestra de este radionucleido útil para experimentación se puede encontrar en los recambios Staticmaster de cepillos antiestáticos, obtenibles en unidades de 250, 400 y 500 microCuries, por precios que oscilan alrededor de 50 €. Aunque como se desprende de su baja vida media, su actividad habrá disminuido a una cuarta parte al cabo de un año.
La cantidad máxima de Po-210 presente en estas muestras es de sólo de 3 microgramos, y no obstante SIGUE SIENDO PELIGROSO, una advertencia importante es la de NO DESARMAR el soporte de la unidad, ya que puede ser usado perfectamente en su configuración original y evitamos el riesgo de contaminar, aunque sea levemente, nuestro entorno.

Potasio (K-40) 

El Potasio, simbolo químico K, es un elemento metálico alcalino que ocupa el puesto 19 de la tabla periódica. Es muy parecido al Sodio, ya a igual que él puede ser cortado perfectamente con un cuchillo. Es también muy reactivo con el agua, formándose hidróxido con desprendimiento de abundante calor y de hidrógeno. En estado puro tiene brillo metálico, pero expuesto al aire se oxida en segundos adquiriendo un aspecto mate.

Cloruro de Potasio de Cardona                          Datación de rocas por el procedimiento Potasio-Argón