Determinación de radón en agua: comparación de diferentes métodos de medición. Bomben, A.M.; Canoba, A.C. y López, F.O.

Transcripción

1 Determinación de radón en agua: comparación de diferentes métodos de medición Bomben, A.M.; Canoba, A.C. y López, F.O. Presentado en el IV Congreso Regional de Seguridad Radiológica y Nuclear. La Habana, Cuba, octubre 1998

2 DETERMINACIÓN DE RADÓN EN AGUA: COMPARACIÓN DE DIFERENTES MÉTODOS DE MEDICIÓN Bomben, A.M.; Canoba, A.C. y López, F.O. Autoridad Regulatoria Nuclear Argentina RESUMEN El radón constituye la fuente más importante de exposición del hombre a la radiación natural, por lo que resulta necesaria su determinación para estimar los riesgos debidos a su incorporación. Existen diferentes métodos para medir la concentración de radón en agua con determinados requerimientos y limitaciones. En el presente trabajo, se realiza la descripción y el análisis comparativo de las metodologías más utilizadas. El método que utiliza celdas de Lucas puede ser usado para la medición instantánea de radón en agua con un límite de detección de 160 a 1400 Bq/m 3, dependiendo del volumen de muestra analizado. El uso de detectores Electret es un método sencillo, de relativo bajo costo con el que se puede alcanzar un límite de detección de 300 Bq/m 3 pero, requiere una exposición de varios días. El método que se basa en una medición por centelleo líquido es automático y se puede alcanzar un límite de detección de 70 Bq/m 3. El poder implementar las diversas metodologías permite responder adecuadamente a los planes de monitoraje y a los diferentes requerimientos de tiempo y recursos. INTRODUCCIÓN Se ha puesto cada vez más de manifiesto que, una parte muy importante de la exposición procedente de las fuentes naturales se debe al 222 Rn (normalmente llamado radón) y a sus productos de decaimiento. El radón es un gas fácilmente soluble en agua y desde el momento en que suelos y rocas, que contienen diferentes concentraciones de 226 Ra, están en contacto con aguas profundas y superficiales, es común encontrar diferentes concentraciones de radón en aguas potables. Las dosis de radiación suministradas por el radón contenido en las aguas potables, se deben en parte a la ingestión, pero sobre todo, a la inhalación del radón y sus productos de decaimiento, cuando el gas radón es liberado del agua debido al uso de la misma, y en este caso influyen factores tales como la agitación y el calentamiento. La concentración de radón en aguas potables puede variar entre prácticamente cero a valores de unos 100 MBq/m 3, dependiendo fundamentalmente si el agua es de origen superficial o de pozo. Altas concentraciones de radón en agua de pozo fueron detectadas por ejemplo en: Canadá (14 MBq/m 3 ), Finlandia (77 MBq/m 3 ) y EE. UU. (20 MBq/m 3 ), generalmente, asociadas a determinaciones de radón en aguas provenientes de pozos profundos perforados en áreas de características graníticas. Valores más bajos de concentración de radón se determinan en aguas provenientes de redes de distribución, y como ejemplo se pueden citar los valores hallados en: Finlandia (25 kbq/m 3 ), Suecia (38 kbq/m 3 ) y EE. UU. (4 kbq/m 3 ) (1). La Agencia de Protección Ambiental de los EE. UU. (EPA) recomienda, para aguas potables, un límite restrictivo en la cantidad de radón disuelto de 11 kbq/m 3 (2). 715

3 La necesidad de evaluar el cumplimiento de estas recomendaciones a nivel nacional hace que, se requiera de sistemas de medición que cumplan con requisitos tales como: límites de detección apropiados, procesamiento de gran cantidad de muestras, costos limitados y optimización de los recursos. En este trabajo, se presenta una comparación de diferentes métodos de medición de la concentración de radón en agua con sus ventajas, limitaciones y requerimientos. MATERIALES Y MÉTODOS Entre los diferentes métodos que se pueden utilizar para la determinación de la concentración de radón en agua, se pueden considerar: Método que utiliza celdas de Lucas (3). Para la medición de radón utilizando las celdas de Lucas, se colocan de 5 a 30 ml de la muestra de agua a analizar en un recipiente de vidrio con cierre tipo frasco de penicilina, que se procede a cerrar y sellar. Luego, se realiza el desgasado del agua utilizando un sistema estanco. Por un lado, el recipiente conteniendo la muestra se conecta, a través de una manguera, a un tubo de nitrógeno con un manómetro y por el otro extremo, se conecta la muestra a una celda de Lucas, en la que previamente se realizó vacío. Con este sistema, el gas inerte arrastra al radón hacia la cámara de contaje. Luego, se esperan 3 horas, para permitir que se alcance el equilibrio entre el radón y sus productos de decaimiento de período corto. Las mediciones fueron realizadas en una cámara de contaje alfa Ludlum 2200, por un período de una hora. Método que utiliza detectores Electret (4). La medición de radón disuelto en agua mediante el uso de Electrets (detector E-PERM) se basa en colocar un volumen de 67 ml de muestra a analizar en el fondo de un frasco de vidrio de aproximadamente 4 litros. El detector, previamente abierto y medido su voltaje inicial, es suspendido en la fase aérea sobre la muestra de agua. Luego, se procede a cerrar y sellar el frasco. Para permitir que el radón alcance el equilibrio entre la fase acuosa y aérea, se indica esperar un tiempo mínimo de 2 días y un tiempo óptimo de 5 días. Al finalizar el período de exposición, se abre el frasco y se retira el detector. Entonces, se procede a cerrar el detector y leer el voltaje final. La concentración promedio de radón en el aire se calcula por el método de cálculo estándar y utilizando este dato, junto con otros parámetros tales como: la relación de volúmenes (aire/agua), el tiempo de espera y el coeficiente de Ostwald; se calcula la concentración de radón disuelto en agua. Método que utiliza medición por centelleo líquido (5). La muestra de agua a analizar es directamente inyectada con una jeringa o micropipeta en un vial de centelleo de vidrio borosilicato con bajo contenido de 40 K, que contiene 10 ml de solución centelladora con base tolueno. La solución centelladora contiene 0,05 g de POPOP y 0,5 g de PPO, para 1 litro de tolueno. El vial de centelleo es sellado con sellador plástico y se procede a agitar durante 1 minuto. Luego de 3 horas de espera, para permitir que el 222 Rn y sus productos de decaimiento de período corto lleguen al equilibrio, se procede a la medición en un contador de centelleo líquido durante 100 minutos. Las mediciones fueron realizadas en un equipo Packard 2550 TR/AB, en modo estándar y con sistema de discriminación por forma de pulso. Como resultado de la optimización de la técnica, 716

4 para obtener alta eficiencia de contaje y bajo fondo, para la medición en modo estándar se ajustó la ventana de medición de 156 a 2000 kev. En el caso de la medición con sistema de discriminación por forma de pulso se ajustó el nivel de discriminación en un valor de 114, para minimizar el spill-over y la ventana de medición fue de 300 a 600 kev, para medir solamente las contribuciones debidas a 222 Rn y 218 Po (Figura 1). Figura 1. Espectro de una muestra de agua conteniendo 222 Rn, medida por centelleo líquido con sistema de discriminación por forma de pulso. RESULTADOS Y CONCLUSIONES Cuando se comparan los diferentes métodos propuestos para la determinación de la concentración de radón en agua, algunos de los aspectos a considerar son: límite de detección que se puede alcanzar, precisión de las mediciones, rango de concentración que se puede medir y volumen máximo de muestra que acepta el sistema o el volumen óptimo que requiere. También, se deben considerar los tiempos involucrados en el procesamiento, los requeridos para alcanzar el equilibrio y los tiempos de medición (Tabla 1). Tabla 1. Comparación de los diferentes métodos de medición de la concentración de radón en agua. Método LD (6) Bq/m 3 Precisión % Rango Volumen Tiempo kbq/m 3 preparación equilibrio medición Tiempo total Lucas s/s # 5 ml 5 min 3 h 1 h. 4 h Electret < ml 15 min 2-5 días 1 min 2-5 d C.L estándar s/s # < 10 ml 1 min 3 h 1,7 h 4,7 h C.L DFP* s/s # < 10 ml 1 min 3 h 1,7 h 4,7 h * Centelleo líquido con sistema de discriminación por forma de pulso. # Rango de medición: sin límite superior de saturación. La necesidad de contar con bajos límites de detección se hace manifiesta cuando se realizan mediciones a nivel nacional y no solamente un estudio de aceptación de aguas potables, para determinar si cumplen con las recomendaciones. Estos bajos límites de detección son imprescindibles cuando se analizan muestras en países en los cuales, por sus características geológicas, las concentraciones de radón en aguas son muy bajas o cuando las muestras son recolectadas en lugares muy distantes de los laboratorios de medición, por lo que pueden pasar varios períodos hasta que son medidas. 717

5 Se requiere alcanzar un bajo límite de detección procesando un volumen de agua lo más pequeño posible, ya que muchas veces se dispone de volúmenes limitados de muestra. Esto ocurre, sobre todo, cuando se lleva a cabo la recolección de una gran cantidad de muestras en lugares distantes a los centros de medición, tornándose dificultoso el traslado de las muestras si son de gran volumen. Si se necesita mejorar los límites de detección, el método de Lucas, considerado de referencia para la medición de radón en aire, permite, si hay disponibilidad de muestra, aumentar los volúmenes que son procesados. Es así que, el límite de detección de 1400 Bq/m 3 que se alcanza al utilizar 5 ml de agua, puede ser mejorado notablemente cuando se utilizan 30 ml de muestra. Cuando se calibró la técnica en estas condiciones, se alcanzó un límite de detección de 160 Bq/m 3, para 2 horas de medición. Al Utilizar el método de medición por centelleo líquido, el máximo volumen de agua que se puede procesar es de 10 ml, ya que para la relación de volumen 1:1 (muestra:solución centelladora) se observó la máxima eficiencia de contaje. El método que utiliza Electret necesita un volumen mínimo de 67 ml pero, el recipiente donde se lleva a cabo el equilibrio es de alrededor de 4 litros. Esto hace que, se deba disponer en el laboratorio de una importante superficie de trabajo dedicada a la técnica, si se deben procesar simultáneamente gran cantidad de muestras. El método que utiliza el Electret necesita alcanzar el equilibrio entre el radón disuelto en el agua y el aire, y el equilibrio dentro del dispositivo de medición, para lo que se requieren de 2 a 5 días (Tabla 1). Mientras que, el método que utiliza celdas de Lucas y la medición por centelleo líquido miden la concentración de radón en forma instantánea, requiriendo solamente alcanzar el equilibrio entre el 222 Rn y sus productos de decaimiento de período corto. Otra ventaja de estos sistemas de medición es que permiten realizar mediciones sin límite superior de saturación y con una precisión mejor que la que se obtiene cuando se utilizan Electrets. Las técnicas de medición de la concentración de radón en agua requieren, para su implementación, de un equipamiento básico de medición y materiales de insumo. La comparación de los costos involucrados se observa en la Tabla 2. Considerando los costos por muestra, el método de medición por centelleo líquido es conveniente, si se puede contar con un equipamiento de base que es costoso, pero que puede ser utilizado para la medición de otros radionucleidos. El método que utiliza Electret es de bajo costo, pero los insumos deben ser renovados luego de alrededor de 20 determinaciones, dependiendo de las concentraciones de radón a las que fueron expuestos los dispositivos. El método que utiliza celdas de Lucas es de precio conveniente pero, para lograr la precisión requerida debe ser realizado por personal especialmente entrenado. Tabla 2. Comparación de los diferentes métodos de medición de la concentración de radón en agua. Método Costo Costo grado de dificultad Tipo de medición equipamiento insumos # calibración procesamiento Lucas US$ 0,5 US$ alto alto manual Electret US$ 2 US$ medio bajo manual C.L estándar US $ 1 US $ bajo bajo automática C.L DFP* US $ 1 US $ bajo bajo automática * Centelleo líquido con sistema de discriminación por forma de pulso. # Costo por muestra Otro parámetro a tener en cuenta para la determinación de la concentración de radón en agua es la especificidad en la medición. Los métodos que utilizan celdas de Lucas y Electrets son muy específicos, ya que el gas radón es el único que entra en contacto con el sistema de medi- 718

6 ción, mientras que, en el método de medición por centelleo líquido la presencia de otros alfa emisores podrían interferir en la medición, como sería en el caso del análisis de aguas conteniendo altas concentraciones de 226 Ra. Una ventaja que presenta el método de medición por centelleo líquido, frente al resto de los métodos considerados, es la automatización de las mediciones, que es de fundamental importancia cuando se procesa una gran cantidad de muestras. Además, este método presenta un grado de dificultad mínimo en la preparación de las muestras y en la calibración del sistema. El poder contar con las diferentes metodologías, implementadas y calibradas, hace posible cubrir un amplio rango de concentraciones en las determinaciones de radón en aguas y además, responder en forma adecuada a los diferentes requerimientos de tiempo y recursos. REFERENCIAS 1. UNSCEAR La Radiación Ionizante: Fuentes, y Efectos Biológicos. Comité Científico de las Naciones Unidas para el estudio de los efectos de las Radiaciones Atómicas. Informe a la Asamblea General y Anexos, Naciones Unidas, Nueva York (1982). 2. EPA. US Environmental Protection Agency. EPA 40 CFR, Parts 141 and 142; Fed. Register Vol 56 N 1, (1991). 3. Lucas, H.F. Improved Low Level Alpha Scintillation Counter for Radon. Rev. Sci. Inst. Vol 28, (1957). 4. Kotrappa, P.; Jestre, W.A. Electret Ion Chamber Radon Monitors Measure Dissolved 333 Rn in Water. Health Phys. Vol 64, N 4, (1993). 5. Prichard, H.M.; Gesell, T.F. Rapid Mesurements of 222 Rn Concentrations in Water with a Commercial Liquid Scintillation Counter. Health Phys. Vol 33, (1977). 6. Summerling, T.; Darby, S. Statistical Aspects of the Interpretation of Counting Experiments Designed to Detect Low Levels of Radioactivity. NRPB-R113 (Harwell: NRPB) (1981). Volver a Contenido 719