“Explorando los peligros del tritio”: reseña del libro

Por Robert Álvarez

En los últimos 40 años, Arjun Makhijani aportó ideas científicas claras, concisas e importantes que han enriquecido nuestra comprensión de la era nuclear. Con ello, Makhijani ―actual presidente del Instituto de Investigación Energética y Medioambiental― se ha forjado una sólida reputación como científico que trabaja en pro del interés público. Su más reciente contribución al discurso público, Exploring Tritium's Dangers, se suma a esta excelente tradición.

El tritio, isótopo radiactivo del hidrógeno, es uno de los elementos más caros, raros y potencialmente dañinos del mundo. Su rareza se ve acentuada por su precio ―30.000 dólares por gramo―, que se prevé que aumente de 100.000 a 200.000 dólares por gramo a mediados de siglo.

Aunque su rareza y utilidad en algunas aplicaciones le confieren un alto valor monetario, el tritio es también un contaminante radiactivo que se ha liberado ampliamente al aire y al agua desde centrales nucleares y plantas de reprocesamiento de combustible nuclear gastado. Makhijani señala que “una cucharadita de agua tritiada (como HTO) contaminaría unos 100.000 millones de galones de agua (N. del T.: unos 378.000 millones de litros) hasta el límite de agua potable de Estados Unidos; eso es suficiente para abastecer de agua a un millón de hogares durante un año”.

De dónde viene el tritio. Desde que la Tierra comenzó a formarse, el isótopo radiactivo del hidrógeno conocido como tritio (H-3) se ha creado por las interacciones entre los rayos cósmicos y la atmósfera terrestre; a través de este proceso natural, el isótopo sigue cubriendo el planeta en cantidades minúsculas. Con una semivida radiactiva de 12,3 años, el tritio cae del cielo y se desintegra, creando un equilibrio global en estado estacionario que ronda entre los tres y los siete kilogramos de tritio.

El tritio se convirtió inicialmente en un contaminante de origen humano muy extendido cuando se esparció por todo el planeta a causa de las explosiones de armas nucleares al aire libre realizadas entre 1945 y 1963. Se descubrió que las precipitaciones de 1963 en el hemisferio norte contenían 1.000 veces más tritio que los niveles de fondo. Las explosiones de armas nucleares al aire libre liberaron unos 600 kilogramos (6.000 millones de curies) a la atmósfera. En las décadas transcurridas desde que finalizaron las pruebas nucleares en la superficie, las centrales nucleares han aumentado aún más el inventario de tritio del planeta. Durante varios años, los reactores estadounidenses han estado contaminando las aguas subterráneas a través de grandes fugas inesperadas de tritio procedentes de tuberías subterráneas degradadas y de las infraestructuras de las piscinas de almacenamiento de combustible nuclear gastado.

Desde la década de 1990, alrededor del 70% de los emplazamientos de energía nuclear de Estados Unidos (43 de 61 emplazamientos) tuvieron fugas significativas de tritio que contaminaron las aguas subterráneas por encima de los límites federales de agua potable.

La fuga más reciente se produjo en noviembre de 2022 y afectó a 400.000 galones de agua (N. del T.: 1.512.000 millones de litros) contaminada con tritio de la central nuclear de Monticello, en Minnesota. La fuga se ocultó al público durante varios meses. A finales de marzo de este año, después de que el operador no pudiera detener la fuga, se vio obligado a cerrar el reactor para reparar y sustituir las tuberías. Para entonces, el tritio había llegado a las aguas subterráneas que desembocan en el río Misisipi. Un buen punto de partida para limitar los efectos negativos de la contaminación por tritio, recomienda Makhijani, es endurecer considerablemente las normas sobre agua potable.

Las emisiones rutinarias de tritio en el aire tampoco son triviales. Como parte de su bien documentada monografía, Makhijani subraya este punto incluyendo un detallado estudio de dispersión atmosférica que él mismo encargó, en el que se indica que el tritio (HTO) de la central nuclear de Braidwood, en Illinois, ha estado literalmente lloviendo a causa de las emisiones gaseosas, ya que se incorpora a las precipitaciones para formar óxido de tritio (HTO), algo que ocurre en los reactores refrigerados por agua. Las piscinas de almacenamiento de combustible gastado se consideran la mayor fuente de emisiones gaseosas de tritio.

Los efectos sobre la salud, en gran medida desconocidos. Makhijani deja claro que los efectos del tritio en la salud humana, especialmente cuando se introduce en el organismo, merecen mucha más atención y control de los que han recibido hasta ahora. No es un problema fácil de afrontar, dada la dispersión y fragmentación de los esfuerzos para hacer frente a este peligro. Treinta y nueve estados y nueve agencias federales (la Comisión Reguladora Nuclear de Estados Unidos (NRC), la Agencia de Protección del Medio Ambiente (EPA), el Departamento de Energía (DOE), la Administración de Seguridad y Salud en el Trabajo (OSHA), la Comisión de Seguridad de los Productos de Consumo, la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) y el Departamento de Agricultura) son responsables de la regulación del tritio.

Este régimen regulador tan disperso ha sido ineficaz para limitar la contaminación por tritio, y mucho menos para reducirla. Por ejemplo, los reguladores estatales y federales no tienen ni idea de cuántos de los cerca de dos millones de carteles de salida comprados en Estados Unidos ―y que el tritio hace luminosos sin energía eléctrica― se han vertido ilegalmente. Durante décadas, las señales de tritio, cada una de las cuales contenía inicialmente unos 25 curies (o 25.000.000.000.000 pCi) de radiactividad, han ido a parar a vertederos que a menudo contaminan el agua potable. Una sola señal rota es suficiente para contaminar el vertedero de toda una comunidad. No existen normas para el tritio en el líquido que se filtra de los vertederos, a pesar de que las mediciones realizadas en 2009 indicaron niveles en los vertederos de Pensilvania miles de veces superiores a los de fondo.

A este lío normativo se suma el hecho de que las normas federales que limitan el tritio en el agua potable sólo se aplican a los suministros públicos, y no a los pozos privados.

En décadas anteriores, los organismos reguladores han ocultado el problema de la contaminación por tritio afirmando, cuando las fugas de tritio se han convertido en un asunto de interés público, que las dosis de tritio que podrían recibir los seres humanos son demasiado pequeñas para ser preocupantes. A pesar de las crecientes pruebas de que el tritio es nocivo en formas que quedan fuera del marco básico de la protección radiológica, organismos como la Comisión Reguladora Nuclear permanecen congelados en el tiempo cuando se trata de la regulación del tritio.

La NRC y otras agencias reguladoras se aferran a una premisa anticuada según la cual el tritio es un contaminante radiactivo “suave” que emite partículas beta “débiles” que no pueden penetrar las capas externas de la piel. Cuando el tritio se introduce en el organismo (por ejemplo, bebiendo agua tritiada), la mitad se excreta rápidamente en 10 días, señalan las agencias, y las dosis de radiación son ínfimas. En general, la NRC da a entender que el riesgo de que la ingestión de tritio provoque cáncer es pequeño.

Pero las pruebas de daños a los trabajadores que manipulan tritio también van en aumento. Epidemiólogos de la Universidad de Carolina del Norte informaron en 2013 de que el riesgo de morir de leucemia entre los trabajadores de la planta de Savannah River tras la exposición al tritio es más de ocho veces mayor (RBE-8,6) que por la exposición a la radiación gamma (RBE-1). En los últimos años, los estudios sobre trabajadores expuestos al tritio muestran sistemáticamente niveles significativamente superiores de daño cromosómico.[1]

La afirmación de que el tritio es “ligeramente radiactivo” no se sostiene cuando se ingiere en el organismo en forma de agua tritiada, que es el principal medio de exposición. La Junta de Seguridad de Instalaciones Nucleares de Defensa ―que asesora al Departamento de Energía de los Estados Unidos sobre la seguridad en los sitios nucleares de defensa de la nación― informó al secretario de energía en junio de 2019 que “el vapor de agua tritiada representa un riesgo significativo para aquellos expuestos a él, ya que su consecuencia de dosis para un individuo expuesto es de 15.000 a 20.000 veces mayor que la de una cantidad equivalente de gas tritio”.

Al descomponerse, el tritio emite cerca de 400 billones de desintegraciones energéticas por segundo. William H. McBride, profesor de oncología radioterápica de la Facultad de Medicina de la UCLA, describe estas desintegraciones como “paquetes explosivos de energía” que son “altamente eficientes en la formación de complejas roturas de doble cadena de ADN potencialmente letales”. McBride, subrayó esta preocupación en un acto patrocinado por los Institutos Nacionales de Salud, donde afirmó que “el daño al ADN puede producirse en cuestión de minutos u horas”.[2]

“No importa cómo se introduzca en el cuerpo”, dice una hoja informativa del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía, “el tritio se distribuye uniformemente por todos los fluidos biológicos en una o dos horas”. Durante ese breve periodo de tiempo, la Junta de Seguridad de las Instalaciones Nucleares de Defensa señala que “la combinación de una ingesta rápida y una vida media biológica corta significa que una gran fracción de la dosis radiológica se administra de forma aguda en un plazo de horas a días...”

Un nuevo enfoque de la regulación del tritio. Makhijani reúne pruebas impresionantes que apuntan claramente a la necesidad de un enfoque innovador que aborde, además del cáncer, una serie de resultados que pueden seguir a la exposición al tritio, incluidos los daños prenatales y diversas formas de daño genómico. En particular, plantea un punto clave sobre cómo la física ha dominado la regulación de la protección radiológica a expensas de las ciencias biológicas.

Todo se reduce a la estimación de una dosis medida en la orina humana basada en modelos matemáticos. En el caso del tritio, la estimación de la dosis puede ser extraordinariamente compleja (en el mejor de los casos) cuando se ingiere en el interior del organismo en forma de agua o de tritio ligado orgánicamente. Por ello, los modelos matemáticos que pueden simplificar este reto dependen de “valores constantes” que proporcionan la base para la protección radiológica.

En este sentido, el principal “valor constante” que mantiene unidas la reconstrucción de la dosis y el cumplimiento de la normativa es la confianza en el “hombre de referencia”. Se trata de un varón caucásico sano de entre 20 y 30 años, que sólo existe en el mundo abstracto.

El uso de la norma del hombre de referencia da lugar a preguntas obvias (e importantes): ¿Qué límite de dosis de radiación es necesario para proteger al “hombre de referencia” de daños genómicos graves? ¿Y qué ocurre con la protección de formas de vida humana más vulnerables?

Según el estudio de 2006 del Consejo Nacional de Investigación, los hombres caucásicos sanos de entre 20 y 30 años tienen aproximadamente una décima parte de probabilidades de contraer un cáncer inducido por la radiación que un niño expuesto a la misma dosis externa de radiación gamma mientras está en el útero.

En su monografía, Makhijani subraya la necesidad de proteger al feto y al embrión de las exposiciones internas al tritio, una necesidad que las autoridades de protección contra la radiación están eludiendo en gran medida. “El tritio sustituye al hidrógeno no radiactivo en el agua, la principal fuente de exposición al tritio”, escribe Makhijani, señalando las pruebas irrefutables de que el tritio “puede atravesar fácilmente la placenta e irradiar a los fetos en desarrollo en el útero, aumentando así el riesgo de defectos congénitos, abortos espontáneos y otros problemas”.

No es el único que opina así. Según un informe de consenso de expertos médicos de 2022 sobre protección radiológica para profesionales sanitarios en Europa, “el mayor riesgo de pérdida del embarazo por exposición a la radiación se produce durante las 2 primeras semanas de embarazo, mientras que entre las 2 y las 8 semanas después de la concepción, el embrión es más susceptible de desarrollar malformaciones congénitas porque es el periodo de organogénesis”.

En Estados Unidos, los esfuerzos de la Comisión Reguladora Nuclear para reducir los límites de exposición y proteger a las mujeres embarazadas y a sus fetos se describen mejor como un retraso. En comparación, el límite exigido en Europa para que una trabajadora embarazada no siga expuesta es una quinta parte del estándar estadounidense, y se adoptó hace casi 20 años.

Retención ambiental a largo plazo. Un estudio de 2019 presentó la primera evidencia empírica de retención ambiental a muy largo plazo de tritio ligado orgánicamente (OBT) en todo un sistema fluvial, depositado por la lluvia radioactiva de las explosiones atmosféricas de armas nucleares.

Cuando se liberan en el medio ambiente, los átomos de tritio pueden sustituir a los átomos de hidrógeno de las moléculas orgánicas para formar tritio ligado orgánicamente, que se encuentra en el suelo, los sedimentos fluviales, la vegetación y una amplia variedad de alimentos. Ha pasado más de medio siglo desde la ratificación del Tratado de Prohibición Limitada de los Ensayos Nucleares, y el tritio liberado a través de los ensayos con armas nucleares ha sufrido una importante desintegración. Sin embargo, debido a la larga retención del tritio ligado orgánicamente, en concentraciones superiores a las esperadas, sigue siendo un contaminante preocupante.

Por ejemplo, a pesar de su vida media de 12,3 años, una cantidad mucho mayor de tritio ligado orgánicamente procedente de pruebas nucleares de lo que se suponía hasta ahora se encuentra atrapado en el permafrost ártico, lo que suscita preocupación por una contaminación generalizada a medida que el calentamiento global derrita el Ártico. El tritio ligado orgánicamente puede permanecer en el cuerpo mucho más tiempo que el tritiado, con el consiguiente efecto negativo mayor.[3]

Armas nucleares, energía nuclear y tritio. El problema del tritio tiene varias dimensiones que se relacionan directamente con los esfuerzos actuales y futuros del mundo en relación con la energía nuclear y las armas nucleares.

Ahora que los reactores nucleares están cerrando, especialmente tras el accidente de Fukushima, el vertido de grandes volúmenes de agua contaminada con tritio en lagos, ríos y océanos se está convirtiendo en una fuente de creciente preocupación en todo el mundo. El gobierno japonés ha aprobado el vertido al Océano Pacífico de unos 230 millones de galones de agua radiactiva, almacenada en unos 1.300 grandes tanques situados cerca de las ruinas nucleares de Fukushima. Una vez que se incorpora al agua, el tritio es extraordinariamente difícil, si no imposible, de eliminar.

Las protestas en Japón de un amplio sector de la población y en varias otras naciones ―entre ellas Rusia, las Islas Marshall, la Polinesia Francesa, China, Corea del Sur y Corea del Norte― se oponen al vertido de este gran volumen de agua contaminada en aguas cercanas a la costa.

Luego está la cuestión de aumentar la eficacia y el poder destructivo de las armas nucleares con gas tritio, un uso que ha dominado la demanda de este isótopo. Como el cinco por ciento del tritio de las cabezas termonucleares se desintegra cada año, hay que reponerlo periódicamente. Se calcula que en los últimos 70 años se han producido 225 kilogramos de tritio en los reactores del gobierno estadounidense, principalmente en la planta de Savannah River, en Carolina del Sur. Estos reactores se cerraron en 1988. Desde 2003, el suministro de tritio para las cabezas nucleares estadounidenses procede de dos reactores nucleares de la Tennessee Valley Authority. La irradiación de elementos diana de litio en los reactores no ha llegado a satisfacer la demanda debido al exceso de fugas de tritio en el refrigerante del reactor.

Los peligros de la producción de tritio para armas están lejos de ser triviales.

Por ejemplo, desde junio de 2019, la Junta de Seguridad de Instalaciones Nucleares de Defensa ha criticado al Departamento de Energía por no haber abordado el riesgo de un incendio grave en las instalaciones de procesamiento y almacenamiento de tritio en Savannah River Site. Según la Junta, tal incendio puede tener un 40 por ciento de probabilidades de ocurrir durante 50 años de operación y podría resultar en dosis potencialmente letales para los trabajadores superiores a 6,000 rems ―1,200 veces el límite anual de exposición ocupacional. Las dosis para el público no serían insignificantes. Mientras tanto, el Departamento de Energía recibe presiones de la industria de armamento nuclear para que aumente la demanda de tritio. A menos que haya “un marcado aumento en la producción planificada de tritio en los próximos años”, la Revisión de la Postura Nuclear de Estados Unidos de 2018 concluyó que “nuestras capacidades nucleares inevitablemente se atrofiarán y degradarán por debajo de los requisitos”.

El Departamento de Energía estima que se necesitarán entre 15 y 20 años para lograr una importante revisión multimillonaria de su infraestructura de producción de tritio.

Mientras tanto, la búsqueda de la energía de fusión pone de relieve un hecho sorprendente: la cantidad de tritio necesaria para alimentar un solo reactor de fusión (en caso de que alguna vez se cree una central eléctrica económica basada en la fusión) será probablemente muy superior a la producida por todos los reactores de fisión y las pruebas de bombas al aire libre desde la década de 1940. Se calcula que un reactor de fusión a gran escala (3.000 megavatios eléctricos) “quema” unos 150 kilogramos de tritio al año.[4]

El coste de un lote de un año de combustible de tritio para un reactor de fusión, basado en el precio de mercado actual, sería de 4.500 millones de dólares. La pérdida anual para el medio ambiente de un solo reactor de fusión podría eclipsar la liberación de tritio de todas las instalaciones nucleares que actualmente salpican el paisaje mundial.

El panorama del tritio. Cada vez hay más pruebas no sólo del aumento de los riesgos para la salud derivados del agua contaminada con tritio y del tritio ligado orgánicamente, sino también del daño que el tritio puede causar a los no nacidos. Al mismo tiempo, ha quedado claro que la regulación del tritio en Estados Unidos es manifiestamente insuficiente para el riesgo actual de contaminación por tritio, por no hablar de los riesgos futuros que podrían surgir si aumentan la producción, el uso y las fugas asociadas al tritio. Arjun Makhijani ofrece una útil hoja de ruta para preservar a los trabajadores y al público de los peligros que este pernicioso contaminante planteará en el futuro, a falta de una regulación más eficaz que incluya límites más bajos para la exposición humana al tritio.

Notes

[1] See: https://link.springer.com/article/10.1007/s004200050272;https://www.mdpi.com/2305-6304/10/2/94; https://www.jstor.org/stable/3579658;http://www.rbc.kyoto-u.ac.jp/db/Literature/THO-Occupational.html; and https://www.unscear.org/docs/publications/2016/UNSCEAR_2016_Annex-C.pdf

[2] William MacBride, UCLA School of Medicine Vice Chair for Research in Radiation, Principal Investigator of UCLA’s Center for Medical Countermeasures Against Radiation — National Institutes of Health, Jan 27, 2014. See: https://www.youtube.com/watch?v=XEH72v-yN9A

[3] See https://www.nature.com/articles/s41598-019-47821-1

[4] Advocates assume that only the initial loading of 150 kg will be needed, as the reactor will “breed” the remaining amount of tritium to run the plant after a year of operation.

Fuente:

Robert Alvarez, ‘Exploring Tritium’s Danger’: a book review, 26 junio 2023, Bulletin of the Atomic Scientists.

Este artículo fue adaptado al español por Cristian Basualdo.