Minerales Radiactivos

Minerales Radiactivos

* INTRODUCCIÓN

El siguiente trabajo analiza la importancia de los minerales radiactivos tanto para aplicaciones industriales y científicas, como también en la producción de energía nuclear. Para ello se presenta un estudio que involucra desde su prospección y explotación hasta la obtención de productos comerciales pasando por diferentes procesos industriales. Demostrando que la energía nuclear tiene determinadas ventajas que permiten imaginar una enorme expansión a futuro.

* Minerales Radiactivos

Los núcleos de ciertos átomos, como los átomos de uranio o de radio, tienen la propiedad de romperse espontáneamente, desprendiendo partículas y energía. Esta propiedad se denomina radiactividad natural y los minerales que contienen esta propiedad se denominan minerales radiactivos. La energía que se obtiene de los minerales radiactivos no depende de una combustión, sino que se obtiene por un proceso de fisión nuclear.

Se considera mineral radiactivo a todo aquel mineral que contenga torio o uranio como componente principal en concentraciones superiores a 0,10%. Existen además ciertos minerales no radiactivos que, mediante una sustitución de iones de uranio o torio de similar tamaño e igual carga, pueden volverse radiactivos, como la uraninita (UO2), torbernita Cu(UO2)2(PO4)2 • 8-12 H2O, uranofana Ca(UO2)2(SiO3OH)2•5H2O, coffinita U[(OH)4]x(SiO4)1-x, torita (Th,U)SiO4, carnotita K2(UO2)2(VO4)2•3H2O, grupo de la monacita (CePO4) (LaPO4) (NdPO4) (SmPO4), circón ZrSiO4, autunita Ca(UO2)2(PO4)2•10-12H2O.

También pueden ser radiactivos muchos minerales de potasio, (silvina, alunita, carnalita) feldespatos (ortosa, microclina, adularia) y micas (moscovita, biotita, flogopita, lepidolita).

Existen aproximadamente 200 minerales radiactivos, siendo la uraninita y la pechblenda los más comunes en los yacimientos de uranio, mientras que la torita y la torogumita suelen aparecer en los yacimientos de torio.

* Radiactividad

La radiactividad puede ser:

* Natural: manifestada por los isótopos que se encuentran en la naturaleza.

* Artificial o inducida: manifestada por los radioisótopos producidos en transformaciones artificiales.

Hasta fines del siglo XIX, se creía que los componentes básicos de la materia eran estables, inmutables, que todos los átomos no se modificaban aunque sí las moléculas que los constituían. A partir de ese momento, usa serie de experimentos científicos demostraron lo contrario.

En 1896, Antonie Henri Becquerel observó que unas placas fotográficas que habían quedado adyacentes a un mineral (luego denominado pechblenda) se habían ennegrecido. Sabiendo que estas placas no habían estado en contacto con la luz ni habían sido calentadas ni afectadas por agentes químicos, concluyó que existía algo emitido por el propio mineral que había causado tal efecto.

En 1898, Marie y Pierre Curie lograron separar de este mineral la sustancia que había causado el ennegrecimiento de las placas que se denominó radio. La intensidad de la radiación emitida era proporcional a la cantidad de uranio presente, por lo que Marie Curie dedujo que la radiactividad es una propiedad atómica. El fenómeno de la radiactividad se origina exclusivamente en el núcleo de los átomos radiactivos. Se cree que se origina debido a la interacción neutrón-protón. Al estudiar la radiación emitida por el radio, se comprobó que era compleja, pues al aplicarle un campo magnético parte de ella se desviaba de su trayectoria y otra parte no.

Pronto se vio que todas estas reacciones provienen del núcleo atómico que describió Ernest Rutherford en 1911, quien también demostró que las radiaciones emitidas por las sales de uranio pueden ionizar el aire y producir la descarga de cuerpos cargados eléctricamente.

Con el uso del neutrón, partícula teorizada en 1920 por Ernest Rutherford, se consiguió describir la radiación beta.

En 1932, James Chadwick descubrió la existencia del neutrón que Rutherford había predicho en 1920, e inmediatamente después Enrico Fermi descubrió que ciertas radiaciones emitidas en fenómenos no muy comunes de desintegración son en realidad neutrones.

Se comprobó que la radiación puede ser de tres clases diferentes, conocidas como partículas, desintegraciones y radiación:

Partícula alfa: Son flujos de partículas cargadas positivamente compuestas por dos neutrones y dos protones. Son desviadas por campos eléctricos y magnéticos. Son poco penetrantes, aunque muy ionizantes. Este tipo de radiación la emiten núcleos de elementos pesados situados al final de la tabla periódica (A >100). Estos núcleos tienen muchos protones y la repulsión eléctrica es muy fuerte, por lo que tienden a obtener N aproximadamente igual a Z, y para ello se emite una partícula alfa.

Desintegración beta: Son flujos de electrones (beta negativas) o positrones (beta positivas) resultantes de la desintegración de los neutrones o protones del núcleo cuando éste se encuentra en un estado excitado. Es desviada por campos magnéticos. Es más penetrante, aunque su poder de ionización no es tan elevado como el de las partículas alfa. Por lo tanto, cuando un átomo expulsa una partícula beta, su número atómico aumenta o disminuye una unidad (debido al protón ganado o perdido).

Radiación gamma: El núcleo decae a un estado más estable sin variar la cantidad de protones y neutrones, sino emitiendo ondas electromagnéticas, es decir, emite un fotón liberando una alta cantidad de energía.

Este proceso de transformación de un núcleo en otro mediante radiación se denomina “decaimiento radiactivo”. Es importante saber el tiempo de vida media de un isótopo inestable, es decir, el tiempo promedio que duran los núcleos de una muestra. Otro concepto es el de tiempo de vida mitad, es el que tarda el conjunto de núcleos radiactivos de la misma especia en reducirse a la mitad. Estos pueden variar en la carta de nucleidos entre millonésimas de segundos y millones de años. Por otro lado, luego de un decaimiento, el núcleo resultante también puede ser radiactivo, y así, según los distintos tiempos de vida mitad, se producen escalonamientos hasta llegar a un núcleo estable.

Algunos ejemplos de decaimiento radiactivo son:

URANIO 235. Su vida mitad de alrededor de 700 millones de años permite que se lo encuentre en la naturaleza, y decae mayormente por emisión alfa. Luego de una serie de decaimientos, el resultado final es un isótopo estable del plomo, Pb-207. El decaimiento alfa del uranio da lugar al isótopo de torio, Th-231. Este isótopo decae por emisión beta al isótopo de paladio Pa - 231, y así hasta que las ramificaciones se juntan llegando todas al plomo estable.

PLATINO 190. Se lo halla en la naturaleza por tener una vida mitad mayor a 600 millones de años; decae por radiación alfa de modo que, si inicialmente posee tiene 78 protones y 112 neutrones, luego de la primera emisión pasa a tener 76 protones y 110 neutrones. La cascada de decaimientos termina en el Tungsteno 182.

POTASIO 40. Se lo encuentra en la naturaleza en sales de uso alimenticio y decae por vía beta negativa o beta positiva, con mayor probabilidad para esta última. Se generan dos isótopos estables, Ca‐40 en un 10% y Ar‐40 en el 90% restante, con la misma cantidad de elementos en el núcleo pero distinta cantidad de protones y neutrones.

Otros ejemplos:

Isótopo | Periodo | Emisión |

Uranio-238 | 4510 millones de años | Alfa |

Carbono-14 | 5730 años | Beta |

Cobalto-60 | 5,271 años | Gamma |

Radón-222 | 3,82 días | Alfa |

Por último, es importante mencionar las fuentes de radiación. Las externas consisten en rayos cósmicos y gamma. Los primeros provienen del Sol y las demás estrellas, consisten en partículas alfa y protones en su mayoría. Al chocar con átomos en la atmósfera, estos generan radionucleidos cosmogénicos, isótopos de H-3, Be‐7, Na-22 y C-14 que se incorporan a los organismos. El C-14 es muy importante para dataciones sobre estos ya que cuando un organismo muere, deja de incorporar C-14, de modo que su concentración disminuye por el decaimiento radiactivo. Los rayos gamma terrestres provienen del decaimiento de isótopos presentes en la corteza terrestre y el agua.

Las fuentes de radiación internas, en cambio, provienen de isótopos generados por los rayos cósmicos e isótopos de radón (Rn-220 y Rn-222) presentes en el suelo y en los materiales de construcción. El tipo de radiación generada por la actividad humana es de las mismas características que la presente en la naturaleza: partículas alfa, beta, rayos gamma, rayos X, protones, neutrones. Es decir, la radiación emitida por un isótopo no depende de que el mismo provenga de una fuente natural o sea generado en el laboratorio, sino de principios físicos básicos característicos del isótopo.

1- Minerales de URANIO

El Uranio fue descubierto en 1789 y se le llamó así por el planeta Urano que había sido descubierto poco antes, en 1781. El Uranio es el elemento de origen natural más pesado que existe en la Tierra, en una proporción de 2,7 partes por millón (ppm), lo que es comparable con otros metales como estaño, tungsteno y molibdeno. Muchas rocas comunes, como el granito, contienen entre 5 y 25 ppm. Su nivel de actividad radiactiva es bajo, muy inferior al de otros elementos, lo que facilita su minería, transformación y fabricación como combustible nuclear.

El uranio es una mezcla de tres isótopos: 234U, 235U y238U. Se cree que está localizado principalmente

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