PROTECCIÓN RADIOLÓGICA OCUPACIONAL EN

LA PUESTA EN MARCHA DEL LABORATORIO

MOCK UP

Presentado por: Lic. SUAREZ PRIETO, FEDERICO G. Complejo Tecnológico Pilcaniyeu fsuarez@cab.cnea.gov.ar

Ing. GIOMI, AYELÉN G. Seguridad Radiológica y Nuclear giomi@cnea.gov.ar

DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN Y

EL PROCESO DE ENRIQUECIMIENTO

DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN

La Planta de Enriquecimiento está ubicada en la

Provincia de Río Negro a 60 km de Bariloche.

El proyecto Pilcaniyeu consiste en enriquecer el

Uranio a través del método de difusión gaseosa,

aumentado la concentración de U235 respecto de

su porcentual en la naturaleza.

• ESTACIÓN SICADE: Se realiza la recepción, muestreo, almacenamiento

y conexión a cascada de los cilindros con UF6.

• MÓDULO MOCK UP: Se encuentran los difusores gaseosos y se realiza

la toma de muestras de UF6 para control de proceso y tareas de

mantenimiento.

• TALLER DE REPARACIÓN DE COMPRESORES: Se realizan

operaciones programadas de mantenimiento de equipos. Los mismos se

descontaminan in situ de manera de llegar con la menor contaminación

posible al taller.

DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN

DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN

Fig. 1: Plano del Laboratorio Mock Up

PROCESO DE ENRIQUECIMIENTO POR

DIFUSIÓN GASEOSA

• El UF6 pasa por membranas que

filtran el gas permitiendo aumentar

el porcentaje de U-235 respecto al

natural.

• El coeficiente de separación

isotópica conseguido en una única

etapa de difusión es muy pequeño

por lo que, resulta necesaria la

repetición.

Fig. 2: Procesos de Difusión gaseosa

PROCESO DE ENRIQUECIMIENTO POR

DIFUSIÓN GASEOSA

Isotopos Peso atómico Peso molecular

U238 238 352

U235 235 349

La difusión gaseosa sólo puede operar

si el Uranio ingresa en forma gaseosa:

el UF6 sublima a 55°C.

Moléculas con ≈ E cinética

V(U238)˂V(U235) Fig. 3: Porción de cascada - Difusión gaseosa

Tabla 1: Peso atómico y molecular del U238 y U235.

PROCESO DE ENRIQUECIMIENTO POR

DIFUSIÓN GASEOSA

• El pasivado con fluoruros, por lo corrosivo del UF6.

• Línea de nitrógeno gaseoso para barrido del UF6.

• La presión es sub-atmosférica en cualquier punto de proceso.

• Principios de redundancia y diversidad en sistemas y

componentes que resultan críticos a la seguridad.

• Utilización de aceites fluorados que son inertes al UF6 para la

lubricación de compresores, bombas de vacío, sellos y asientos

de válvulas en contacto con el gas de proceso.

Sistemas auxiliares y características de seguridad

PROPIEDADES Y RIESGOS

ASOCIADOS

PROPIEDADES Y RIESGOS ASOCIADOS

Los riesgos asociados al manejo de

compuestos de uranio dependen de diversos

parámetros, como el estado físico, la

composición química y el enriquecimiento.

•A temperatura y presión ambientes,

el UF6 es un sólido cristalino de color

blanco.

•A mayores temperaturas el UF6 es un

gas incoloro con densidad 12 veces

mayor que la densidad del aire.

PROPIEDADES

Fig. 5:Digrama de Fases del UF6 Fig. 4: A la izquierda Cristales del UF6 y a la derecha la

sublimación

PROPIEDADES

• A temperatura ambiente y dependiendo la humedad

relativa del aire los productos de la hidrolisis pueden

salir en forma de niebla blanca.

•El UF6 puede reaccionar con la humedad del

ambiente y formar compuestos solubles de Uranio:

UO2F2 y HF.

Hidrolisis del UF6

Riesgo Radiológico

• En la naturaleza, el Uranio natural está constituido principalmente por tres isotopos:

RIESGOS ASOCIADOS

PROPIEDADES U-234 U-235 U-238

Vida media 244500 años 703,8 x 106 años 4,468 x 109 años

Actividad Específica 231, 3 MBq/g 80.011 Bq/g 12.445 Bq/g

Masa de Uranio 0,0053% 0,711% 99,284%

Tabla 2: Propiedades de los isótopos del Uranio natural.

Principalmente Alfa: U-238, U-234,U-235, radionucleídos de la cadena de desintegración.

Beta (muy baja): radionucleídos de la cadena de desintegración (Pa-234m). La radiación β

puede producir rayos X secundarios debido a la radiación de frenado en el UF6 y en la

pared del cilindro.

Gamma (muy baja): productos de desintegración del U-238 y U-235 (Th-234, Pa-234m, y

Th-231). Se atenúan con el material de U y permanecen blindadas por los mismos equipos

que lo contienen.

Neutrones: prácticamente despreciable, por fisión espontánea. Aumenta con el

enriquecimiento, en los compuestos fluorados por reacción 19F(,n)22Na.

RIESGOS ASOCIADOS

Riesgo Radiológico

Incorporar UF6 y sus productos de hidrólisis (UO2F2 y HF) produce:

TOXICIDAD QUÍMICA DEL URANIO SOLUBLE: el Uranio es un metal pesado, afecta a los

riñones (disfunciones renales).

TOXICIDAD QUÍMICA DEL HF: provoca quemaduras en el tracto respiratorio y pulmones.

TOXICIDAD QUÍMICA del ión fluoruro: a partir de la disolución del UO2F2 en los fluidos

corporales.

RADIOTOXICIDAD, principalmente debido a la radiación alfa: por la actividad específica

de los isotopos de Uranio, se afectan los órganos donde queda retenido (el riñón para

compuestos solubles y los pulmones para insolubles).

RIESGOS ASOCIADOS

Incorporación

PROPIEDADES Y RIESGOS ASOCIADOS

Incorporación- Toxicidad química

La ley nacional 19587 de Higiene y Seguridad en el trabajo, Resol. 295/03 MTESS coincidente con otras normas internacionales, considera una concentración límite de 0,2 mgU/m3 (5,2 Bq/m3) para exposiciones crónicas.

En los compuestos de Uranio natural transferible y bajo grado de enriquecimiento (hasta 5 a 8 % en U-235), prima el riesgo de toxicidad química.

Norma AR 6.1.1. Exposición ocupacional de instalaciones

radiactivas clase 1. Rev.1 punto D (Criterios)

• En locales sin restricción de acceso, la concentración de radionucleidos en aire no

excederá 1/100 DAC.

•Ningún trabajador debe estar expuesto a concentraciones de radionucleidos en aire

superiores a 1/10 DAC. Deben preverse medios de protección adecuados para las

áreas donde estos niveles de contaminación radiactiva puedan ocurrir.

•El acceso a los locales donde la concentración de radionucleidos en aire exceda 1

DAC debe estar prevenido por una barrera física apropiada.

Incorporación- Radiotoxicidad

RIESGOS ASOCIADOS

Contaminación interna- Vías posibles de incorporación

• Inhalación: es la vía de ingreso más probable

• Ingestión

• Por heridas

PROPIEDADES Y RIESGOS ASOCIADOS

Incorporación

Desde el punto de vista de velocidad de transferencia a sangre, el UF6 y sus productos de hidrolisis son:

- Tipo F (rápida): UF6, UO2F2, UO2(NO3)2

PROPIEDADES Y RIESGOS ASOCIADOS

PROPIEDADES Y RIESGOS ASOCIADOS

Riesgo por criticidad

• Tanto en el Uranio natural como en el

levemente enriquecido (menor al 1%), los

RIESGOS DE CRITICIDAD son NULOS.

RIESGOS ASOCIADOS

• Radiológico bajo (irradiación interna por

incorporación – irradiación externa despreciable)

• Toxicológico (incorporación)

• Convencional (asociado al manejo de ciertos

compuestos, ej.: ácidos)

• Nuclear (criticidad): no aplicable

Resumen

MEDIDAS DE PREVENCIÓN

CONTRA LA INCORPORACIÓN

MEDIDAS DE PREVENCIÓN

CONTRA LA INCORPORACIÓN

Relacionado con el diseño:

• Sistemas de confinamiento

• Sistemas de retención y filtrado

• Clasificación de áreas de trabajo

MEDIDAS DE PREVENCIÓN

CONTRA LA INCORPORACIÓN

Clasificación de áreas

•ÁREA CONTROLADA: se llevan a cabo el

control de los accesos y el monitoreo

individual del personal. Ej: el módulo de

difusión gaseosa, el SICADE

•ÁREAS SUPERVISADAS: se revisan

periódicamente las condiciones de trabajo

pero no se monitorea individualmente al

personal (sólo se realizan mediciones

generales del área involucrada). Ej: oficina

de radioprotección.

Fig. 6: Laboratorio Mock Up

MEDIDAS DE PREVENCIÓN

CONTRA LA INCORPORACIÓN

Relacionadas con los aspectos ocupacionales:

• Medidas de limpieza y rutinas de trabajo bien establecidas. En caso de prácticas no rutinarias, programación de tareas.

• Protección personal (ropa de trabajo, guantes, máscaras con filtro que impidan inhalación de material) acorde al área, tipo de material y tareas a realizar, y para situaciones no rutinarias.

• Plan de monitoreo.

INDUMENTARIA Y PRÁCTICAS INVOLUCRADAS

• Conexión de cisternas 32B.

• Tareas rutinarias con el sistema cerrado.

• Conexión de tomamuestras.

• Tareas de mantenimiento y reemplazo de

componentes con sistema cerrado.

• Tareas de mantenimiento y reemplazo de

componentes con sistema abierto.

• Tareas de mantenimiento de equipos en sala de

reparación y limpieza.

Fig. 7: Indumentaria utilizada

TIPOS DE MONITOREOS

MONITOREO: Conjunto de mediciones e interpretación de los

resultados, que se realiza para evaluar la exposición a la

radiación en el área de trabajo. Norma AR 10.1.1.

TIPOS DE MONITOREOS

MONITOREO DE ÁREA MONITOREO PERSONAL

MONITOREO DE ÁREA

MONITOREO DE ÁREA

IRRADIACIÓN EXTERNA

CONCENTRACIÓN DE HF

CONCENTRACIÓN DEL AIRE

Lectura diferida

Lectura directa

CONTAMINACIÓN SUPERFICIAL

Medición Directa

Medición Indirecta

MONITOREO DE ÁREA

Fig. 12: Radiámetro FH40

(Contador proporcional)

• Se mide la tasa de dosis en el Área Controlada

diariamente mediante un Geiger y un Radiámetro.

Los sectores a monitorear son: SICADE y Hall de

Cascada.

Fig. 11: Rad Eye B20

(Contador Geiger)

Irradiación externa

Concentración de HF

• Se dispone de un detector en posición fija dentro

de la sala de espectrometría y uno móvil para hacer

mapeo en zona de procesos. La alarma visual se

colocará en 1,5 ppm debido a que el límite

admisible de HF es de 3 ppm.

• El objetivo es determinar la concentración de los

contaminantes en el ambiente laboral y verificar las

condiciones de radioprotección del sitio.

Concentración del aire

Fig. 13: Ubicación de puntos de muestreo

• Se dispuso de 16 puntos de muestreo.

Fig. 14: Totalizador y portafiltro

MONITOREO DE ÁREA

Concentración del aire- Lectura diferida

MONITOREO DE ÁREA

Concentración del aire- Lectura Diferida

• Se realizaron pruebas para determinar:

El caudal de pasaje.

La frecuencia de cambio de filtros (período de muestreo)

El procedimiento de medición del papel de filtro.

Con el objetivo de obtener la sensibilidad requerida en la

medición.

El caudal de pasaje

MONITOREO DE ÁREA

Para cada portafiltro:

•Se fijó un volúmen arbitrario (300 litros).

•Se midió el tiempo en alcanzar dicho volumen.

• Por último, se definió el caudal a partir de la siguiente fórmula:

Caudal= Volumen (300 Litros)/Tiempo (minutos)

• El promedio arrojó un CAUDAL = 90 L/min.

N de portafiltro

Actividad (Bq) a 7 días

Actividad (Bq) a 14 días

1 82,60 61,5

2 80,50 55,8

3 67,40 49,6

4 68,40 50,9

5 67,50 56,4

6 59,80 53,2

7 77,30 49,1

8 55,40 44,4

Período de muestreo

• La frecuencias de cambio de filtro a analizar fueron: 7, 14 y 30 días.

MONITOREO DE ÁREA

Tabla 3: Actividad del filtro con diferentes periodos de muestreos

N de portafiltro

Actividad (Bq) a 7 días

Actividad (Bq) a 14 días

9 98,80 64,8

10 72,30 39,9

11 54,80 41,2

12 63,30 35,7

13 61,90 36,00

14 71,10 41,70

15 69,40 73,60

16 59,80 63,40

Período de muestreo

•Las partículas alfa son de corto alcance. Entonces, a los 14

días se atenúan con el material colectado y no todas llegan al

detector.

•A partir de los resultados obtenidos se decidió que el período

de muestreo sea semanal.

MONITOREO DE ÁREA

Procedimiento de muestreo

MONITOREO DE ÁREA

• Evaluar la influencia de la radiación natural y

determinar un valor de alfa total que corresponderá

al Uranio.

• Se procede a la medición del filtro con el RadEye

HEC en tres momentos diferentes: inmediatamente

finalizado el período de muestreo, a las 3 horas

(esto permite eliminar a las hijas del Radón 222), a

las 24 hs y a los 3 días (esto permite eliminar a las

hijas del Torón – Rn 220). Fig. 15: HandEcount RadEye

(Centellador alfa/beta)

Procedimiento de muestreo

,000

10,000

20,000

30,000

40,000

50,000

60,000

70,000

80,000

90,000

0 20 40 60 80

ACTIVIDAD (Bq) = f(t)

ACTIVIDAD

(Bq)

TIEMPO (hs)

Tiempo (hs)

Actividad (Bq)

0 82,60 3 26,10

24 6,00 72 0,50

Fig. 16: Decaimiento de la radiación

de fondo

• Para el muestreo semanal: Se presenta un ejemplo

del decaimiento de las progenies del Radón y Torón

en el papel de filtro del portafiltro N°1 en función del

tiempo.

MONITOREO DE ÁREA

Tabla 4: Actividad (Bq) en el filtro obtenida

en distintos momentos de medición

Procedimiento de muestreo – Límite de Detección

• El límite de detección de la técnica utilizada deberá ser menor al 1% del

DAC.

• Se considerará el DAC para especies insolubles del uranio manteniendo un

enfoque conservativo, ya que, dada su mayor radiotoxicidad, posee un valor

de DAC menor que las especies solubles presentes en la instalación.

MONITOREO DE ÁREA

LÍMITES Bq/m3

Uranio soluble 13,78

Toxicológico 5,2

Uranio Insoluble 1,1

Tabla 5: Límites de concentración derivada en aire

• Medición inmediatamente después de retirar el filtro:

Menor sensibilidad (fondo elevado y cercano a la medición)

Límite de detección elevado (mayor al 1% del DAC)

• Medición a los 3 días:

Mayor sensibilidad (menor fondo)

Menor límite de detección (menor al 1% del DAC)

Las mediciones se realizarán después de transcurridos 3 días para eliminar por

decaimiento la radiación natural debida a las progenies del radón y el torón,

por lo que disminuirá el fondo y la actividad medida corresponderá

enteramente al uranio, mejorando la sensibilidad del método.

Procedimiento de muestreo - Límite de Detección

MONITOREO DE ÁREA

MONITOREO DE ÁREA

Concentración del aire SISTEMA DE LECTURA DIFERIDA:

•Se realizaron varias mediciones por portafiltro y se promediaron los valores

obtenidos.

• Luego, para obtener la concentración en actividad del fondo de Uranio en

aire de la instalación, se promediaron los valores medios obtenidos para cada

portafiltro

• El valor calculado resultó 5,5x10-4 Bq/m3.

•Los mediciones rutinarias que resulten superiores a este valor serán

considerados valores de investigación y se mandarán al laboratorio a ser

analizados.

• Es un monitor continuo de lectura

directa con niveles de alarma

seleccionables en fracciones de DAC.

• Funciona de forma permanente en

el MOCK UP, SICADE y chimenea.

Fig. 17: Monitor continuo de aire alfa-7 de

locales para aerosoles alfa (detector sólido)

Concentración del aire- Lectura directa

MONITOREO DE ÁREA

MONITOREO DE ÁREA

Medición de la concentración derivada en aire-

Prueba

• La técnica analítica utilizada fue Espectrometría alfa.

Área Tiempo (hs) Volumen (m3)

Mock Up 3 22,50

• Se tomaron muestras de aire con un muestreador RADECO y filtros de

calidad HEPA. Esto nos permitió obtener niveles base de concentración

de Uranio en el aire del ambiente de trabajo (fracciones de DAC).

Tabla 6:Volumen y tiempo de muestreo en el área Mock Up

MONITOREO DE ÁREA

Medición de la concentración derivada en aire-

Resultados

Las fracciones de DAC para insolubles son mucho más restrictivas, lo cual tomar

Uranio insoluble es más conservativo.

RN A filtro

(Bq)

C

(Bq/m3)

(C/DAC)

Insoluble

%(C/DAC)

Insoluble

(C/DAC)

soluble

%(C/DAC)

soluble

Unat 1,6x10-2 7,1x10-4 6,5x10-4 6,5x10-2 5,2x10-5 5,2x10-3

La evaluación se hizo para compuestos solubles e insolubles.

Tabla 7: Resultados de la medición del filtro

MONITOREO DE ÁREA

Medición Directa • Se realiza en superficies con un medidor de contaminación superficial

portátil (Berthold LB 124- Scint centellador ZnS:Ag). Se mide la

superficie lentamente, a fin de darle tiempo al equipo de detectar bajas

contaminaciones.

Medición Indirecta • Se frota un trozo de papel absorbente contra una superficie y se mide el

papel con el detector. Las superficies son de 100 cm2 en piezas pequeñas

o lugares de difícil acceso, y en superficies extensas (mesadas, pisos,

etc.) son de 900 cm2. Se logra arrastrar el 10% de la actividad (fa=0,1).

Contaminación Superficial

Fig. 9: Centellador ZnS:Ag

MONITOREO DE ÁREA

• Durante la primera campaña de modo conservativo, se trabajarán con los

siguientes límites para emisores alfas:

Contaminación Superficial

SUPERFICIES Bq/cm2 Herramientas de área controlada 0,04

Áreas inactivas 0,4

Áreas Activas

4

• Igualmente, la experiencia operativa nos dará los valores definitivos a utilizar.

Tabla 8: Límites recomendados de contaminación superficial

MONITOREO DE ÁREA

Medición indirecta de la contaminación superficial

• Por el comportamiento típico de

los aerosoles generados por la

liberación del UF6, se monitorean

solamente las superficies

horizontales donde existen

mayores probabilidades de que

quede depositado el polvo de

UO2F2.

.

Fig.10 : Caracterización del fondo de

contaminación superficial

RESULTADOS

Monitoreo indirecto de superficie (Test de Barrido)

Sector de muestreo Resultados (Bq/cm2)

SICADE ≤ 4,4X10-4

TALLER ≤ 1,6X10-3

CASCADA ≤ 2,4X10-3

Tabla 9: Resultados obtenidos del monitoreo indirecto de superficie

• El equipo de medición a utilizar es el RadEye HEC, es decir el

centellador alfa/beta.

• Valores por encima de los resultados obtenidos se considerarán niveles

de investigación y los papeles se mandarán al laboratorio para su

análisis.

MONITOREO PERSONAL

MONITOREO PERSONAL

IRRADIACIÓN EXTERNA CONTAMINACIÓN

Contaminación

externa

Contaminación interna

MONITOREO PERSONAL

Fig. 19: Monitor de contaminación

Superficial

•Irradiación externa: No es necesaria la provisión de blindajes o

equipos de protección, ni el uso de dosímetros, aunque se evaluarán

casos puntuales.

•Contaminación Externa: Con monitor de pie y manos. Además se

realiza un mapeo de ropa con un Radiámetro RadEye AB100 con

sonda FHZ 742.

Fig. 18: Monitor de contaminación

de pie y mano

MONITOREO PERSONAL

Contaminación externa

SUPERFICIES

Bq/cm2 Piel, manos**

0,04 Ropas y objetos personales 0,04

• Durante la primera campaña de modo conservativo, se trabajarán con los

siguientes límites para emisores alfas:

** Manos y partes del cuerpo en general (no incluye ojos, gónadas, etc).

• Igualmente, la experiencia operativa nos dará los valores definitivos a utilizar.

Tabla 10: Límites recomendados de contaminación

• Para evaluar la cantidad incorporada, se estableció un programa de

dosimetría interna, el cual consiste en realizar muestreos de orina. Para lo cual

se debe determinar una frecuencia de muestreo y técnica de medición

adecuada que permita comprobar que no se sobrepasen límites de dosis.

• Se utilizaron modelos biocinéticos (curvas de eliminación) para compuestos

solubles de Uranio, teniendo en cuenta el tipo de incorporación:

Crónica : incorporación del material en forma continua en el tiempo debido a

condiciones del ambiente de trabajo

Aguda: un único evento en el cual el trabajador incorpora una cantidad

determinada de material.

Contaminación interna

MONITOREO PERSONAL

MONITOREO PERSONAL

Contaminación interna

• Adoptando como técnica de medición el KPA con un LD

de 0,5 µg U/L, una frecuencia de muestreo (d=90 días),un

volumen excretado diario (V=1,6 L/día) y obteniendo de

las curvas de excreción la fracción excretada (fa, fc).

Fig. 20: Fracción excretada para exposición

crónica [NRPB-W22 “Industrial Uranio

Compounds”].

Tipo de incorporación Fórmula de incorporación

Aguda

Crónica

• El ICRP 26 y el 35 recomiendan establecer un NI que detecte a

tiempo la incorporación de una fracción del ALI (1/3ALI).

Tabla 11: Incorporación según el tipo de incorporación

Resultados- Contaminación interna

•La técnica seleccionada para orina KPA (Análisis Cinético de Fosforescencia) con su límite de

detección asociado (LD = 0,5µg U/L) es adecuada para una frecuencia de 90 días.

• En la puesta en marcha los resultados de orina obtenidos fueron menor al límite de

detección.

URANIO NATURAL

ALI (mg) d fa fc

I. Aguda (mg)

I. Crónica (mg)

ALI% Aguda

ALI% Crónica

(1/3)x ALI

NI (µg/L)

Tipo F

1312,2

90

1,20x10-4 2,70x10-1 6,67 0,27 0,51 0,02

437,41

32,81

Nitrato de Uranilo 4,60x10-5 7,50x10-2 17,39 0,96 1,33 0,07 12,58

MONITOREO PERSONAL

Tabla 12: Verificación del límite de detección y frecuencia adoptada

MONITOREO PERSONAL

Contaminación interna

Fig. 21 : Dosímetro personal - Myriam

con filtro PTFE (Semiconductor ión

implantado de Silicio)

• Durante el desarrollo de tareas

específicas y programadas se utilizará el

dosímetro personal Myriam.

• Determina la dosis de inhalación

derivada de la exposición de los

radionucleído alfa y beta de larga vida.

CONCLUSIÓN

Todas las actividades realizadas durante la Puesta

en Marcha permiten verificar que el diseño,

procedimientos y elementos de protección

utilizados garantizan la operación de la instalación

en forma segura, tanto desde el punto de vista de

la protección radiológica como desde el punto de

vista de la seguridad convencional.

MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN