El común de la gente cree que la radiactividad y las radiaciones existentes en la naturaleza son sólo productos del enorme desarrollo científico y tecnológico que la humanidad tuvo durante siglo XX. Nada más lejos de la verdad. De hecho, desde su formación hace aproximadamente cuatro mil seiscientos millones de años, la Tierra ha sido radiactiva. Consecuentemente, desde sus orígenes la vida en nuestro planeta siempre estuvo expuesta a cierto nivel de radiación natural, proveniente de los rayos cósmicos y del decaimiento de núcleos radiactivos.
Los elementos radiactivos naturales que se hallan en el aire, el agua y el suelo, incluso en nuestros cuerpos y en los alimentos, pueden clasificarse en: primordiales, creados antes de la formación de la Tierra, o cosmogénicos, formados como resultados de reacciones entre los núcleos de los gases que constituyen la atmósfera y los rayos cósmicos que caen sobre la Tierra.
El potasio 40, el uranio 238, el uranio 235 y el torio 232 son entre otros, radioisótopos primordiales. Además los tres últimos en sus procesos de desintegración producen una serie de otros núcleos radiactivos. En cambio, el carbono 14 y el tritio , un isótopo del hidrógeno, son ejemplos de radioisótopos de origen cosmogénico.
El advenimiento de la era nuclear, a mediados del siglo pasado, trajo aparejada la producción de nuevos radioisótopos, ahora creados por el hombre, como por ejemplo: el cesio 137 y el estroncio 90. Estos radioisótopos, llamados antropogénicos por su origen, agregaron globalmente cantidades pequeñas al inventario de la radiactividad natural.
Haremos una breve descripción sobre cómo el hombre puede producir núcleos radiactivos como el cesio 137, motivo de nuestro artículo. De cómo sin meditarlo lo esparció y de cómo luego, en algunas ocasiones, pudo en parte reparar su error utilizando la contaminación que generó.
El uranio y el torio son los dos elementos más pesados que naturalmente se encuentran en la Tierra. Estos nucleidos no son estables sino que se desintegran espontáneamente mediante diferentes procesos radiactivos dando origen a otros elementos. La vida media de un núcleo radiactivo es el tiempo que debe transcurrir para que la mitad de los átomos de un dado elemento se transforme en otro. Dado que las vidas medias del uranio 238, el uranio 235 y el torio 232, son 4.5x109, 7.0x108 y 1.4x1010 años respectivamente, podemos todavía encontrarlos en nuestro planeta porque estos tiempos son comparables con la edad de la Tierra.
Uno de los procesos posibles de desintegración nuclear es la fisión. Un núcleo se fisiona cuando espontáneamente o inducido por un proyectil (por ejemplo, un neutrón chocando con el núcleo de uranio) se fragmenta. En este proceso, el núcleo se divide en dos fragmentos pesados acompañado con la emisión de varios neutrones. Los isótopos de diferentes elementos producidos por fisión son más de doscientos y la mayoría de ellos son radiactivos. Sin embargo, como rápidamente decaen con vidas medias entre algunos milisegundos y varias horas, podemos decir que luego de una semana solamente sobrevivirán tres: el cesio 134, el estroncio 90 y el cesio 137 con vidas medias de 2.1, 28.5 y 30.2 años respectivamente. Estos núcleos se desintegran mediante decaimiento beta, pero sólo los isótopos del cesio emiten además, rayos gamas en este proceso. Nos ocuparemos principalmente del cesio 137 por dos motivos: uno, porque en la fisión nuclear se produce en mayor proporción que el cesio 134 y dos, porque siendo su vida media de 30.2 años sus efectos perduran más de una generación. La fisión espontánea del uranio es muy poco probable, en consecuencia, la producción de cesio 137 por este mecanismo y su contribución a la radiación emitida por su decaimiento, en este contexto, es despreciable e imperceptible. Sin embargo, no lo es en un proceso de fisión inducida, como por ejemplo se produce en el funcionamiento de un reactor o en un mecanismo más traumático como es una explosión nuclear.
En el siglo XXI el cesio 137 se encuentra diseminado sobre la superficie terrestre por acción del hombre que lo produjo por los mecanismos mencionados y lo liberó al ambiente, ya sea por medio de detonaciones nucleares o por accidentes en plantas de producción de energía nuclear o en equipamientos de usos médicos o industriales que utilizan este elemento como fuente de emisión de rayos gamma. La radiación proveniente del decaimiento del cesio 137 es detectable en toda la superficie del planeta con distintos niveles de intensidad dependiendo de su cercanía o no de un lugar donde haya ocurrido un hecho catastrófico de origen nuclear y su dispersión depende de la características geográficas y atmosféricas reinantes en el lugar del suceso. Mencionaremos en este artículo los hechos principales que produjeron contaminación radiactiva del ambiente, haciendo hincapié en el cesio 137.
Cuando tienen lugar ensayos de explosión nuclear o accidentes, enormes cantidades de partículas radiactivas son liberadas en la atmósfera, arrastradas por los vientos recorren largas distancias, para luego precipitar y diseminarse sobre grandes extensiones de la Tierra. Este fenómeno, denominado fallout nuclear, produce el depósito de elementos radiactivos sobre los pastos, las hojas de las plantas, los suelos y las aguas. Estos radionucleidos son incorporados a diferentes especies y tipos de vegetación a través de absorción por sus raíces. La transferencia de radionucleidos de la atmósfera a la cadena alimentaria depende de factores geográficos y climáticos y también de las características de los suelos.
Para situarnos en el tiempo haremos primero una descripción de los principales eventos nucleares que provocaron polución ambiental con material radiactivo. Como resultado de las bombas arrojadas sobre Hiroshima y Nagasaki en agosto de 1945 y de las detonaciones que continuaron a partir de 1954 con numerosos ensayos de bombas termonucleares de hidrógeno, la contaminación radiactiva debido al fallout alcanzó su máximo nivel en 1963. Afortunadamente ese año, EE. UU. y U.R.S.S. firmaron un tratado en el que se comprometieron a no realizar más pruebas de explosiones en la atmósfera. Sin embargo, Francia y China que no fueron signatarios de ese acuerdo, realizaron más tarde ensayos nucleares en la atmósfera. Los de Francia ocurrieron en el Pacífico Sur entre 1966 y 1974, mientras que China los llevó a cabo sobre su territorio en el periodo 1976-1978.
La contaminación de origen antropogénico debido al fallout nuclear fue objeto de interés internacional que devino en una variedad de mediciones de los niveles de radiactividad depositados sobre la superficie de la Tierra.
Estudios como éstos permiten conocer cómo se fue depositando temporalmente la contaminación radiactiva sobre determinadas áreas de nuestro planeta.
Los niveles de contaminación radiactiva son más bajos en el hemisferio sur que en el hemisferio norte. Existen dos razones para ello: primero, es poco el intercambio atmosférico entre ambos hemisferios, y segundo, el hemisferio sur está relativamente lejos de los lugares donde se han producido las mayores emisiones de contaminantes, ya sea por explosiones nucleares o por accidentes en reactores nucleares.
Los altos niveles de contaminación radiactiva documentados entre 1957 y 1964 no se volvieron a alcanzar nuevamente hasta el accidente de Chernobil ocurrido en abril de 1986. Como consecuencia de este accidente, en algunos lugares de Alemania y de los países escandinavos, el fallout depositó niveles de cesio 137 diez veces más alto que los depositados por las detonaciones nucleares entre 1945 y 1980.
Tanto en la época de las detonaciones nucleares atmosféricas como después del accidente de Chernobil, resultó importante, y lo es aún hoy, realizar controles para detectar la posible existencia de contaminantes radiactivos en el medio ambiente y en los alimentos. En particular, después de Chernobil los controles para medir los niveles de radiactividad fueron intensivos y abarcaron no sólo a las zonas directamente afectadas y a los países cercanos al lugar del accidente sino además, se extendieron sobre la distribución y el consumo de los alimentos en casi todo el mundo. Particular atención se puso en el contenido en los alimentos de cesio 137 y estroncio 90, aquellos radionucleidos que como dijimos antes, por sus largas vidas medias sobreviven muchos años. La leche y sus derivados, algunos vegetales y frutas, la carne y el pescado, y en particular el té y las especies por sus volúmenes exportables en el comercio mundial, han sido algunos de los alimentos sujetos a controles. El nivel máximo de contaminación de alimentos producidos en las zonas cercanas al accidente ocurrió entre febrero y octubre de 1987 y desde entonces comenzó a declinar. A pesar de la declinación en la contaminación, ocasionalmente se encontraron niveles importantes de radiactividad; por ejemplo, en 1991 un nivel alto de casi 3000 Bq/kg fue medido en carne de una clase de ciervo europeo, debido a la presencia de cesio 137, ingerido por el animal por medio de su alimentación con forraje contaminado. Como comparación un ser humano posee una radiactividad de 100 a 150 Bq/kg originado en la desintegración del potasio 40, que por ser un componente natural de alimentos y bebidas se incorpora a su cuerpo con la ingestión.
¿Cómo se detecta y mide cesio 137?
La contaminación con cesio 137 sobre la superficie de la Tierra se puede determinar mediante la detección del rayo gamma que se emite con una energía de 661 keV. En los laboratorios especializados, este procedimiento de rutina se lleva a cabo con un detector de alta resolución y un sistema de adquisición de datos. Sin embargo, en general esta contaminación es tan baja que la medición se ve enmascarada por la radiactividad natural de los materiales circundantes salvo excepciones de mediciones en zonas directamente afectadas por hechos como los mencionados. Por lo tanto, es necesario poner una muestra del material que se desea medir en contacto con el detector y rodeando con un blindaje adecuado. Lo usual es utilizar ladrillos de plomo con bajos niveles de radiactividad. Un dispositivo como el descrito se muestra en la foto.
A continuación describiremos algunos ejemplos que ilustran, por una parte, controles de contaminación, y por otra, la utilización del cesio 137 como testigo involuntario de un proceso.
Presencia de cesio 137 en alimentos
Con el propósito de determinar posibles contaminaciones radiactivas en alimentos, en el Laboratorio Tandar del Centro Atómico Constituyentes (Argentina), hemos realizados algunas mediciones en tal sentido. Mencionaremos dos donde claramente se detectó presencia de cesio 137.
En el año 1991 el Ministerio de Salud y Acción Social de la Nación hace una compra de leche en polvo con el propósito de distribuir en el marco de su plan de Atención Materno-Infantil. Para ello adquiere una partida de leche en polvo de marca Jorgiano. En estas muestras, analizadas mediante espectroscopia gama se encuentra que ellas contienen cesio 137 y cesio 134 . Cabe destacar que esta actividad no constituye un riesgo para la salud ya que la proveniente del decaimiento del potasio 40 que naturalmente tiene la leche en polvo es más de 15 veces superior. Sin embargo, esta medición sirvió para saber el origen del producto más que como un control sanitario. La presencia de estos isótopos de cesio en la leche de marca Jorgiano indicaban que había sido importada ya que no estaban presentes en muestras de leche en polvo de reconocidas marcas nacionales. Es más, la presencia de cesio 134 cuya vida media como ya hemos mencionado es de un poco más de dos años, nos permitió suponer que la contaminación estaba relacionada con el accidente de Chernobil acaecido algunos años antes. Esto fue corroborado midiendo la relación actividad entre estos isótopos corregida por la vida media, suponiendo que se hubieran producido en el accidente mencionado. Estas determinaciones confirmaron que esta relación entre cesio 134 y cesio 137 se correspondía con la que se originó en el proceso de fisión en el reactor de Chernobil. De este resultado se puede inferir que la leche marca Jorgiano se elaboró con materia prima proveniente de una zona contaminada por el suceso referido.
Otro caso de presencia de cesio 137 en alimentos, fue detectado en el marco de una colaboración con la Universidad Nacional de Luján. En esta oportunidad se realizaron mediciones similares en varios alimentos, conservas, leches, infusiones, especies, etc.. En particular, se detectó la presencia de cesio 137 en muestras de té y de yerba mate provenientes de plantaciones de una zona de Apóstoles, Misiones, obtenidas de productos envasados comercializados por medio de los canales habituales. Un estudio más amplio de productos similares provenientes de las provincias de Corrientes y Misiones y de lugares cercanos a Apóstoles, no mostraron rastros de contaminación. El interrogante, entonces, era develar el origen del cesio 137 encontrado. Los dueños del establecimiento en donde se cultiva el té y la yerba mate en cuestión, colaborando con esta investigación, nos permitieron recolectar muestras de tierra y de hojas de los plantaciones que luego fueron procesadas y medidas. Se estableció que la contaminación era en una parcela particular con una distribución inhomogénea y que había una clara correspondencia entre las mediciones de las muestras de suelo y de las hojas de las plantas asociadas. Por los datos mencionados, la presencia de cesio 137 no podía provenir del fallout sino de la expresa acción del hombre. Una posibilidad era que en un proceso de fertilización del suelo se hubiera utilizado algún producto contaminado. Mediciones en los fertilizantes actualmente en uso no mostraron rastros de cesio 137, pero no se descarta que sí lo hubieran tenido productos usados en el pasado, antes de que se hicieran cargos los actuales dueños, hace aproximadamente 10 años.
Estas mediciones tuvieron un resultado adicional, las plantas de té y yerba mate absorben muy eficientemente el cesio del suelo por lo que controlando directamente su contenido en productos elaborados, se puede inferir cuán contaminado está la región de donde son originarios. Nuestras mediciones muestran que en la Argentina solamente se encontró presencia radiactiva no natural en la parcela mencionada.
Como hemos dejado traslucir la contaminación radiactiva por cesio 137 en general incide en menor medida que la existente en el medio ambiente de origen natural. Entonces cuál es el motivo que puede hacer interesante realizar mediciones de la presencia de este isótopo. Por un lado el seguimiento de contaminaciones radiactivas es siempre útil porque puede desenmascarar errores de procedimientos o accidentes minimizados en su peligrosidad. Por otra parte, también puede ser utilizado como un testigo o cronómetro de la historia de los últimos 40 años, como lo hace el carbono 14 para objetos centenarios, ya sea desde el seguimiento de procesos naturales como puede ser la acumulación de sedimentos de un río como hasta el control en la datación de un vino fino de alto valor. A esto nos referiremos a continuación.
En los últimos años la sociedad ha puesto especial atención al desarrollo sustentable y a la protección del medio ambiente. El acelerado crecimiento urbano, el desproporcionado desarrollo industrial y los nuevas tecnologías introducidas en las producciones agrícola y forestal han generado mucha contaminación que conlleva la degradación de los recursos naturales fundamentales como las aguas y los suelos. Muchos estudios han establecido que, en particular, los sedimentos proveen una base para la reconstrucción de muchos aspectos de la actividad del hombre sobre su hábitat. Se están utilizando los perfiles de la distribución vertical del fallout del antropogénico cesio 137 y del primordial plomo 210 en los sedimentos para: a) estimar tasas de sedimentación y relacionar temporalmente el comportamiento de los metales pesados como el mercurio y el plomo que fueron arrojados por las industrias a los efluentes líquidos que contaminaron grandes estuarios fluviales y marítimos; b) establecer tasas de erosión y depósito, y estudiar la redistribución espacial de los suelos en términos de 30 a 40 años sin necesidad de programas de monitoreos permanentes. Estos estudios geocronológicos han sido un medio valioso y efectivo de utilizar positivamente a la contaminación de cesio 137. Ya lo dice el refrán “no hay mal que por bien no venga”. Pero la más curiosa aplicación de datación usando el cesio 137 la han llevado a cabo recientemente investigadores franceses a quienes se les ocurrió la ingeniosa idea de aplicar esta técnica al vino. Como es bien sabido, todo buen “connoisseur” de vinos antes de descorchar una botella para degustarlo, lee la etiqueta para conocer la bodega de precedencia, las características del vino y fundamentalmente el año de la cosecha. Pero saber el año no es sólo importante para el degustador sino también para el consumidor que compra la botella. ¿Cómo estar seguro del año de la cosecha? ¿Por qué no aplicar la técnica de datación del radioisótopo cesio 137? Y así lo hicieron. Estos investigadores descorcharon una botella de un vino de Bordeaux y midieron su radiactividad. ¿Qué encontraron? Por un lado hallaron que el vino tenía un contenido del primordial potasio 40 a un nivel de actividad de 30 Bq/litro. Esta actividad corresponde a una cantidad de alrededor de 0.9 gramos de potasio natural, que normalmente está presente en cualquier vino. Pero lo más sorprendente sin duda alguna es que encontraron también rastros del antropogénico cesio 137. Después continuaron la investigación realizando mediciones en vinos de diferentes años de cosecha, desde 1950 hasta la actualidad, hay una fuerte correlación entre el decaimiento del cesio 137 y el año de la cosecha de la uvas que permite conocer la edad de dado vino y ciertamente detectar posibles adulteraciones.
En resumen, estos ejemplos que dimos y otros más que se podrían mencionar muestran una vez más que el hombre además de aprender de sus errores puede transformarlos en muchas ocasiones en herramientas útiles para continuar con el desarrollo sustentable de la sociedad.
Glosario
Actividad: se define como el número de desintegraciones nucleares que ocurren por unidad de tiempo.
Bequerelio: es una unidad de actividad que representa una desintegración nuclear por segundo; su símbolo es Bq. Antiguamente la actividad se medía en Curies, definida como la actividad correspondiente a un gramo de radio (Ra) y que equivale a 3.7 x 1010 desintegraciones/segundo o Bq.
Cadenas o series radiactivas naturales: En la corteza terrestre existen 68 isótopos radiactivos. Los más importantes son el potasio 40, el rubidio 87 y aquellos que integran las tres cadenas naturales: serie del uranio 235 compuesta 17 por radioisótopos, serie del uranio 238 compuesta por 19 radioisótopos y serie del torio 232 compuesta por 12 radioisótopos. Entre los productos de decaimiento de las series naturales están el radio y el radón, especialmente el radio 226 y el radón 222, que son las principales fuentes de las radiaciones recibidas por los seres humanos.
Cesio: es un metal blanco plateado, muy blando y dúctil. Es el elemento químico más reactivo. Naturalmente se lo encuentra combinado con otros elementos en rocas, en el suelo y en polvo en pequeñas cantidades. En la naturaleza sólo existe el cesio 133 que es un isótopo estable. El resto de los isótopos de cesio son radiactivos y producidos por la acción del hombre.
Espectro gamma: representa la intensidad de la radiación electromagnética emitida en forma de rayos gama en función de su energía o de su longitud de onda. Cada núcleo atómico que se desintegra emitiendo rayos gama tiene un espectro característico que lo identifica.
Kilo-electrón-voltio: es una unidad de energía que equivale a la energía cinética que adquiere un electrón al atravesar en el vacío una diferencia de potencial eléctrico de un kilovoltio; su símbolo es keV.
Radiactividad: fue descubierta en 1896 por Henri Becquerel cuando investigaba la fluorescencia de ciertos compuestos después de ser expuestos a la luz solar. Becquerel se dio cuenta accidentalmente que el uranisulfito de potasio era capaz de velar placas fotográficas sin necesidad de exponer el compuesto al sol y que su ``fluorescencia'' podía atravesar las envolturas en las que se encontraba la placa fotográfica. Pierre y Marie Curie continuaron con la investigación de Becquerel y descubrieron que el torio tenía la misma propiedad del uranio y la llamaron radiactividad. Los Curie descubrieron el polonio y el radio como nuevos elementos en la tabla periódica.
Vida media: en inglés half-life; también se lo denomina más apropiadamente periodo de semidesintegración. Es el tiempo que debe transcurrir para que una cantidad de material radiactivo se reduzca a la mitad. Constituye una medida del tiempo de decaimiento de un núcleo inestable que no se realiza en forma instantánea sino que se lleva a cabo en un tiempo determinado característico.
Fuente: CIENCIA HOY Volumen 14 - Nº 79; Febrero - Marzo 2004.
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