¿Cuál es la distancia segura de un gramo de neptunio-237?

Answer 1

Neptunium-237 puede descomponerse por fisión, pero espontáneamente esto es increíblemente raro … con 1 gramo, tendría un evento de fisión de este tipo cada 4 o 5 días en promedio. Entonces esa no es la preocupación.

La descomposición es principalmente un productor alfa, lo que lo haría bastante inofensivo ya que los alfa no son penetrantes. Con una vida media de 2,1 millones de años, la radiación real producirá alrededor de 26 millones de Bq. Suena mucho, pero no es la cantidad de caries sino la cantidad de energía depositada en el tejido lo que importa, y los alfa se detienen por unos pocos pies de aire o por las capas muertas de la piel. ¡Pero no comas las cosas!

Sin embargo, parece que también produce una buena cantidad de radiación gamma, y ​​eso es más preocupante.

fuente: wikipedia

¡Ahora, los gammas son potencialmente malas noticias! Aproximadamente la mitad de las desintegraciones producirán una desintegración que conduce a la emisión de rayos gamma, como puede ver en el diagrama anterior. Estos son gammas bastante “suaves” a medida que pasan las cosas … rayos X más duros. Pero esto sigue siendo una preocupación.

Estimo, aproximadamente, que su 1g de Np237 produciría aproximadamente 1.7E-7 vatios de rayos gamma. Si absorbiera TODO eso, sería 3.3 nSv / segundo, o 0.1 Sv al año.

Esa es solo la cantidad que se ha demostrado que aumenta el riesgo de cáncer. Por lo tanto, no lo inserte en ninguna cavidad corporal durante un año y probablemente esté bien. Estúpido pero no muerto o con un riesgo demostrablemente mayor. Probablemente.

Seamos más razonables y establezcamos su dosis máxima a lo que se permite a un trabajador de radiación (50 mSv). Esto es muy conservador porque no nos gusta arriesgarnos con la salud de las personas, por lo que es bastante seguro si mantiene su dosis por debajo de eso. Supongamos que va a pasar un metro lejos de su muestra 8 horas al día. Luego, aproximadamente, puede permanecer dentro de los límites legales durante aproximadamente 6 semanas. Aléjese 2 metros y podrá pasar el rato durante unos 6 meses antes de cruzar esa línea. A 3 metros de distancia y puede permanecer dentro de los límites legales indefinidamente. Siempre que no reciba radiografías ni tome ningún vuelo en avión.

En resumen, 1 g de Np-237 en sí mismo es algo desagradable pero no activamente mortal.

También hay que considerar los productos de descomposición del Neptunio … estos tienen vidas medias más cortas y producirán una mayor cantidad de radiación, a pesar de que habrá muchos menos. Entonces su muestra se volverá más radiactiva con el tiempo.

Pero especificó solo el Neptunio, por lo que supongo por el momento que se trata principalmente de cosas puras … y tomará un tiempo para que el otro se acumule.

No he resuelto cuánto tiempo llevaría importar. Pero solo para estar seguro, simplemente diga “no” a cualquier radioactivo.

Answer 2

Nota: esta respuesta asume un ser humano esférico y no pretende reemplazar un análisis de seguridad profesional.

La pregunta como se indica requiere más suposiciones, como cuánto tiempo trabajaría con el neptunio y cuál es su directriz (o la de su institución) para un riesgo (dosis) aceptable. Entonces, solo puedo tratar la pregunta a través de un ejemplo que puede no tener ninguna aplicabilidad a una situación específica que tenía en mente. También evitaré recurrir a las herramientas de modelado informático de mi oficio para mantener transparentes los principios detrás del enfoque.

Voy a asumir

• Que estamos en los Estados Unidos y se aplica la regla de dosis reguladora más estricta, a saber, 10 CFR 20.1301 (2), que establece un límite de 0.02 mSv / h. (Esto se aplica a las áreas sin restricciones donde el público en general tiene acceso).
• El material fuente no está protegido, excepto las partículas beta y los fotones <20 keV que están completamente protegidos , no exhiben auto-blindaje, no exhiben bremsstrahlung y son una fuente puntual. Si no se puede suponer ninguno de estos, se recurre en la práctica a modelos de transporte de radiación como MCNP. Sin embargo, los supuestos son conservadores, excepto los supuestos beta y de rayos X, y estos a menudo están protegidos en la práctica porque Np generalmente se guarda en cajas de guantes.
• Np-237 existe en equilibrio secular con Pa-233. (Si es anterior a unos pocos meses, esta suposición es buena).
• Las actividades hijas aguas abajo de Pa-233 son cero (este neptunio fue hecho por seres humanos este siglo y se está utilizando hoy).
• La radiopuridad Np-237 es 100%.
• Finalmente, asuma un humano esférico . Llamaremos a esto el “humano simplificado”. (Esta suposición depende geográficamente, es muy precisa en el sur de los Estados Unidos, cerca de las tiendas Wal-Mart, y bastante inexacta, por ejemplo, en la India). El humano simplificado tiene una masa M de 80 kg (¡Estados Unidos!) , densidad uniforme de 1000 kg / m ^ 3, radio R = 0.27 m, y es negro para todos los fotones emitidos por el material fuente. Ese último bit no es una buena suposición, pero es conservador, y es necesario intentar un cálculo que involucre estos emisores gamma de espectro complejo a menos que tenga algunos códigos de transporte de radiación y bibliotecas de datos nucleares cargados en su computadora.

La pregunta se reduce a una matemáticamente simple: ¿A qué distancia debe un humano simplificado pararse de una fuente puntual sin blindaje de 1 g de Np-237 (en equilibrio con Pa-233) para limitar su tasa de dosis equivalente a 0.02 mSv / hr?

Comenzamos buscando o calculando la actividad de la fuente. Tenemos 6.9E-4 Ci / g para Np-237, que es 26 MBq, y dado que el Pa-233 está en equilibrio secular, también es 26 MBq.

A continuación, buscaremos los rendimientos de rayos X y gamma de estas fuentes, como en http://www.nndc.bnl.gov . En la tabla de datos de desintegración de cada nucleido, hay una columna de “Dosis” (en unidades de energía de fuente específicas, MeV / Bq-s). Como hay muchas emisiones, sumamos esa columna en una hoja de cálculo, excluyendo los rendimientos <20 keV. Estamos estableciendo otra suposición aquí para hacer la vida más fácil, y es ignorar la relación dosis-dosis absorbida equivalente para los fotones. El problema se maneja trivialmente en un cálculo por computadora si tenemos a mano las conversiones de flujo a dosis de ICRP, pero estamos haciendo un cálculo de "agitación manual" que involucra a un humano esférico. Para Np-237 obtengo 0.025 MeV / Bq-s; para Pa-233 obtengo 0.21 MeV / Bq-s. Es obvio que el Pa-233 es en realidad el mayor problema aquí, en un orden de magnitud.

Multiplique la tasa de energía de la fuente específica por la actividad de cada nucleido para obtener la tasa de energía de la fuente de cada nucleido. Eso es 6.5E + 05 MeV / s para el Np-237 y 5.5E + 06 MeV / s para el Pa-233. La suma de las tasas de energía de la fuente Np-237 y Pa-233 es el total, y lo que nos importa aquí: es 6.2E + 06 MeV / s. Las unidades de dosis más comunes se basan en el joule en lugar del electronvoltio; la conversión da ~ 1E-6 J / s.

Ahora tratamos el problema de la geometría. Esta es realmente la esencia del cálculo. En la práctica, los humanos no son esféricos y las fuentes no son puntos, pero las geometrías realistas no son analíticamente manejables y son manejadas por modelos de computadora. El “humano simple” absorbe una fracción de la energía de la fuente dependiendo de qué tan cerca esté de la fuente. Estamos buscando una expresión del ángulo sólido W subtendido por el “humano simplificado” en función de la distancia D desde su centro hasta la fuente, y con eso y el conocimiento de que el flujo de la fuente se emite en un ángulo sólido de 4 * PI, Podemos calcular la relación entre la distancia y la dosis. Un pequeño cálculo y trigonometría identifica lo siguiente, donde R es el radio del humano simplificado:

W (D) = 2 * PI * [1-SQRT (D ^ 2 – R ^ 2) / D]

A partir de eso, la masa humana simple M, y la tasa de energía de fuente total S calculada anteriormente, la tasa de dosis absorbida Y es

Y (D) = (S / M) * W / (4 * PI) = (S / 2M) * [1-SQRT (D ^ 2 – R ^ 2) / D]

Sin embargo, queremos reorganizar esto para resolver D en una Y dada:

D (Y) = SQRT [R ^ 2 / [(4MY / S) * (MY / S – 1)]]

Al armonizar las unidades de varias dimensiones y los números sucesivos a través de esto, llegamos a una respuesta de … espera … D = 0.3 metros. Esa es su distancia mínima de seguridad dadas las suposiciones hechas. Tenga en cuenta que es apenas mayor que el radio de nuestro humano esférico, lo que debería hacerle saber que el número en sí mismo es básicamente una mierda en términos de precisión. ¿Pero hay una conclusión significativa aquí a pesar de las suposiciones que agitan las manos y las fuertes indicaciones de que son demasiado groseras? Seguro. La mayor parte de la dosis proviene de la hija de Np-237, Pa-233, y usted, como miembro del público, podría manejar este material de manera segura con la extensión de un brazo de manera indefinida. Si realmente lo está utilizando, querrá un dosímetro de extremidad en su mano, ya que la dosis local podría ser bastante alta allí. Es un emisor alfa que busca huesos, por lo que lo manipularía en una guantera o con una placa de metal inerte. La dosis interna es definitivamente su mayor preocupación.

Answer 3

Dado que tiene un buen alijo de Np-237 y se pregunta si es peligroso para usted, uno podría concluir que es un mal tipo. Sin embargo, excepto en el caso de que ingiera o inhale partículas de este metal plateado, no es muy peligroso en absoluto. Al igual que el Polonium-210 Vladimir Putin utilizado para envenenar a Alexander Litvinenko, puede transportarse de manera segura a través de un aeropuerto en un pequeño vial sin detección. Sin embargo, mételo dentro de ti, o de alguien más, y has invitado a una muerte muy fea.

Las emisiones alfa de Np-237 (núcleos de helio) pueden ser detenidas por un par de hojas de papel, y ciertamente no pasarán un milímetro de piel. Pero su radiación alfa es sin duda ionizante y capaz de dañar el ADN de manera extrema si lo llevas dentro o dentro de ti, por lo que existe un riesgo claro y presente.

Dicho esto, su pregunta en realidad es solo a medias en el mejor de los casos , por la sencilla razón de que, cuando se trata de la dosis de ionización recibida, la distancia es solo la mitad de la ecuación. La duración de la exposición es igualmente relevante.
El flujo de radiación cae al cubo del radio (distancia desde el emisor), pero también es proporcional al tiempo de exposición , por lo que preguntar sobre una “distancia segura” es discutible sin un factor de tiempo, Klaus.

Answer 4

La distancia segura de cualquier fuente radiactiva depende de lo que emite y cuáles son sus energías y cuánto hay y su configuración física. También depende de lo que consideres “seguro”. Np237 emite una gran cantidad de alfa y algo de gamma débil. Un escudo delgado detendrá a todos los alfa y unos pocos pies serán seguros para la exposición a la gamma. Naturalmente, debe evitar la exposición a la radiación cuando se puede evitar.