DESARROLLO DE UNA

METODOLOGÍA PARA LA

DETERMINACIÓN DE LOS NIVELES

DE RADIACTIVIDAD NATURAL EN

MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

X Jornadas Calidad en el Control de la Radiactividad Ambiental

Abel Milena Pérez

Bilbao, 19 a 22 de Junio de 2018

Grupos y Entidades Participantes

Laboratorio de Radioquímica y

Radiología Ambiental

Universidad de Granada

Grupo RNM-172 “Materiales de

Carbón”

Grupo TEP-167 “Mecánica de Sólidos

y Estructuras”

Introducción

La principal fuente de exposición a radiación gamma dentro de edificios y viviendas, es debida a los materiales de construcción.

Series radiactivas naturales principales (238U y 232Th), debido a los isótopos gaseosos del radón y a sus descendientes.

Control de la Radiactividad de los materiales de construcción, en especial residuos de industrias NORM.

Introducción

Directiva 2013/59/EURATOM

Anexo VIII

Medida de 226Ra, 232Th y 40K en 51 muestras

10 Materias Primas (Grupo I)

8 Aditivos (Grupo II)

28 Cementos (Grupo III) y 5 Yesos (Grupo IV)

Materiales y Métodos

Secado – 105°C Tamizado 0,5 mm

Geometría de Medida 60 mL

Equilibrio Secular 1mes

Espectrometría Gamma

51 muestras

Materiales y Métodos

t1/2 (años)

Energía (keV)

Probabilidad de emisión

(%) 40K 1,3·109 1460,8 11,0

232Th 1,4·1010

Equilibrio Secular 212Pb/228Ac

212Pb: 238,6 44,6

228Ac: 911,2 26,6

226Ra 1,6·103

Equilibrio Secular 214Pb/214Bi

214Pb: 351,9 37,2

214Bi: 609,3 46,3

Concentración de Actividad (Bq/kg) 40K 226Ra 232Th

Valor mínimo (Bq/kg) 12,8 ± 10,6 1,6 ± 1,0 0,4 ± 0,4

Valor máximo (Bq/kg) 974,5 ± 22,5 146,6 ± 2,1 152,2 ± 2,9

Promedio (Bq/kg) 186,7 ± 13,0 28,1 ± 1,2 21,0 ± 0,8

% Muestras con actividad superior al LID 99,8 100 88

Los valores más altos corresponden al 40K.

Valores muy similares para 226Ra y 232Th (r=0,9444) Comportamiento similar durante el proceso de fabricación de los materiales.

En algunos casos, valores superiores a las concentraciones medias mundiales en la corteza terrestre.

Concentración de Actividad (Bq/kg)

Los aditivos (cenizas volantes, escorias, pirita, etc.) son los que tienen una mayor concentración de actividad.

Las materias primas y los materiales de construcción fabricados a partir de ellas son menos peligrosos.

Grupo III > Grupo I durante el proceso de fabricación de los cementos se aumenta la radiactividad natural, debido a los aditivos.

Estudio de un caso particular

Materias Primas

• Albero

• Caliza

• Yeso

• Marga

Aditivos

• Clínquer

• Cenizas Volantes

• Escorias

• Pirita

Cementos

Estudio de un caso particular

La materia prima Marga es la que controla los niveles de radiactividad dentro del grupo I.

Para el 40K, en la producción del clínquer se disminuye su concentración con respecto a yeso y marga.

El efecto es menos pronunciado para 226Ra y 232Th.

Estudio de un caso particular

LEYENDA: CEN Cenizas Volantes ESC Escorias PIR Pirita CLI Clínquer

El aditivo a controlar es la ceniza volante, donde se concentran los radionucleidos naturales que contiene la roca.

Control Radiológico de los aditivos para que no aumente de la tasa de dosis en los productos finales.

Estudio de un caso particular

LEYENDA: CLI Clínquer CEM I 42,5R/SR3 95-100% clínquer CEM II/AV 42,5 R 80-94% clínquer + cenizas volantes CEM II/BL 32,5 N 65-79% clínquer + caliza

El subgrupo CEM II/AV, al que se le han añadido cenizas volantes, es el que mayor concentración de actividad presenta.

El subgrupo CEM II/BL, presenta un ligero incremento respecto al clínquer, debido a que la materia prima caliza apenas aporta radiactividad.

Índice de Concentración de Actividad (I)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

CEI

-00

1

CEI

-00

2

CEI

-00

3

CEI

-00

4

CEI

-00

5

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-00

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7

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-00

8

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9

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-01

0

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1

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0

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1

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3

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9

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0

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-03

1

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2

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-03

3

CEI

-03

4C

EI-0

35

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-03

6

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-03

7

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-03

8

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-03

9

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-04

0

CEI

-04

1

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-04

2

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-04

3

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-04

4

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-04

6

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-04

7

CEI

-04

8

CEI

-04

9

CEI

-05

0

CEI

-05

1

Adiciones: Necesidad de un control exhaustivo, especialmente cuando provienen de industrias NORM.

Cementos y yesos: Muestra CEI-042 evaluación especial.

Caracterización Química Muestra

Ba (ppm)

Zn (ppm)

Zr (ppm)

Sn (ppm)

Pb (ppm)

U (ppm)

Th (ppm)

La (ppm)

Nd (ppm)

CEI-005 30,59 11,54 9,76 0,21 7 0,95 1,47 5,66 7,37

CEI-006 2,06 2,99 - - 1,52 0,44 0,12 2,75 0,99

CEI-007 143,68 13,51 10,76 0,6 9,15 0,7 1,06 3,52 2,94

CEI-008 470,96 75,36 56,24 1,75 19,83 2,28 3,93 16,03 14,41

CEI-013 568,56 414,23 170,19 9,81 215,59 5,07 18,75 34,06 36,26

CEI-017 2947,83 200,97 228,34 13,59 11,15 1,33 1,81 24,57 39,37

CEI-018 1443,15 19575,03 7,14 316,49 10507,

9 2,14 0,83 4,21 3,24

CEI-020 190,68 694,55 41,29 11,93 398,94 1,58 3,28 12,26 12,8

CEI-024 208,98 411,99 33,58 9,52 212,46 1,89 2,69 10,36 9,89

CEI-028 345,97 63,72 130,13 3,73 18,53 3,42 7,7 22,64 19,08

CEI-029 132,8 382,14 63,18 13,33 84,74 2,78 3,25 10,65 8,11

CEI-030 452,47 605,93 70,75 11,04 254,19 3,18 7,63 22,94 22,4

CEI-031 171,14 436,81 26,16 8,01 193,02 1,21 2,09 8,63 7,77

CEI-035 359,27 134,64 109,81 6,85 32,07 8,79 12,88 33,34 28,47

CEI-042 94,72 17,84 485,68 10,36 32,58 19,48 46,56 79,01 56,52

Los valores más altos de U y Th

coinciden con las actividades más

elevadas.

Elementos metálicos se deben a los

aditivos.

Codigo Tipo K-40 Ra-226 Th-232

CEI-005 ALBERO 59,3 ± 12,2 9,0 ± 1,3 5,5 ± 0,6

CEI-006 CALIZA 12,5 ± 13,6 2,6 ± 1,2 < AMD

CEI-007 YESO 142,8 ± 18,0 3,2 ± 1,9 1,3 ± 0,8

CEI-008 MARGA 239,3 ± 18,0 17,0 ± 1,6 11,9 ± 0,8

CEI-013 CENIZAS 974,5 ± 22,5 72,0 ± 1,5 94,6 ± 2,1

CEI-017 ESCORIA 13,4 ± 9,6 11,5 ± 1,0 5,7 ± 0,5

CEI-018 PIRITA 41,3 ± 11,2 18,3 ± 1,1 2,4 ± 0,5

CEI-020 CLI 91,2 ± 8,8 13,3 ± 0,8 9,2 ± 0,5

CEI-024 CEM I 42,5 R/SR3 93,9 ± 11,2 13,6 ± 1,0 8,9 ± 0,5

CEI-030 CEM II/AV 42,5 R 198,9 ± 12,0 35,2 ± 1,2 24,3 ± 0,8

CEI-031 CEM II /BL 32,5N 95,4 ± 11,1 17,2 ± 1,2 9,7 ± 0,6

Muestra Ba

(ppm) Zn

(ppm) Zr

(ppm) Sn

(ppm) Pb

(ppm) U

(ppm) Th

(ppm) La

(ppm) Nd

(ppm) CEI-005 30,59 11,54 9,76 0,21 7 0,95 1,47 5,66 7,37

CEI-006 2,06 2,99 - - 1,52 0,44 0,12 2,75 0,99

CEI-007 143,68 13,51 10,76 0,6 9,15 0,7 1,06 3,52 2,94

CEI-008 470,96 75,36 56,24 1,75 19,83 2,28 3,93 16,03 14,41

CEI-013 568,56 414,23 170,19 9,81 215,59 5,07 18,75 34,06 36,26

CEI-017 2947,83 200,97 228,34 13,59 11,15 1,33 1,81 24,57 39,37

CEI-018 1443,15 19575,03 7,14 316,49 10507,9 2,14 0,83 4,21 3,24

CEI-020 190,68 694,55 41,29 11,93 398,94 1,58 3,28 12,26 12,8

CEI-024 208,98 411,99 33,58 9,52 212,46 1,89 2,69 10,36 9,89

CEI-028 345,97 63,72 130,13 3,73 18,53 3,42 7,7 22,64 19,08

CEI-029 132,8 382,14 63,18 13,33 84,74 2,78 3,25 10,65 8,11

CEI-030 452,47 605,93 70,75 11,04 254,19 3,18 7,63 22,94 22,4

CEI-031 171,14 436,81 26,16 8,01 193,02 1,21 2,09 8,63 7,77

Conclusiones

• Se ha comprobado que todas las muestras analizadas salvo una (CEI-042) cumplen con la Directiva 2013/59/EURATOM que regula los niveles de radiactividad en los materiales de construcción mediante el Índice de Concentración de Actividad (I).

• Los aditivos que se añaden durante el proceso de fabricación pueden elevar la dosis recibida tanto por la población como por los trabajadores, por lo que es necesario su Control Radiológico.

• Este incremento en la tasa de dosis es especialmente importante en aquellas adiciones que provienen de industrias NORM.

• La caracterización química mediante ICP-MS confirma la mayor concentración de radionucleidos (valores de U y Th).