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