Measurement of Radon Gas Concentration in Fertilizers and Pesticides Using the CR-39 Nuclear Trak Detector

Resumen Técnico: Medición de la Concentración de Gas Radón en Fertilizantes y Pesticidas Utilizando el Detector de Traza Nuclear CR-39

Planteamiento del Problema
Los Materiales Radiactivos de Origen Natural (NORM, por sus siglas en inglés), específicamente el $^{238}\text{U}$ y el $^{226}\text{Ra}$, están presentes frecuentemente en productos agrícolas debido a la composición geológica de las materias primas y los procesos de fabricación. Los fertilizantes, particularmente aquellos derivados de rocas fosfáticas, y los pesticidas pueden actuar como fuentes de liberación de gas $^{222}\text{Rn}$ (Radón). Dado que el $^{222}\text{Rn}$ y sus productos de desintegración de vida corta contribuyen significativamente a la dosis efectiva anual de radiación natural y están vinculados al cáncer de pulmón, evaluar su concentración en los insumos agrícolas es crítico para la seguridad radiológica. Si bien estudios previos han examinado los fertilizantes, existe una escasez de datos con respecto a las concentraciones de $^{222}\text{Rn}$ y la Concentración de Energía Alfa Potencial (PAEC) en fertilizantes y pesticidas comerciales específicamente dentro de Irak.

Metodología
El estudio empleó una técnica de monitoreo pasivo utilizando detectores de traza nuclear CR-39 para medir las concentraciones de $^{222}\text{Rn}$ y la PAEC.

• Recolección de Muestras: Se recolectaron un total de 29 muestras de mercados agrícolas y oficinas de agricultura en Tikrit, Gobernación de Salah Al-Din, Irak. Esto incluyó 16 muestras de fertilizantes y 13 muestras de pesticidas de varios países de origen (por ejemplo, Jordania, Arabia Saudita, China, India, Emiratos Árabes Unidos, Turquía).
• Configuración Experimental: Las muestras (12.5 g cada una) se colocaron en recipientes cilíndricos de polipropileno sellados. Los detectores CR-39 (aprox. 1 cm²) se fijaron a la superficie de la tapa interna, posicionados a 7 cm por encima de la superficie de la muestra.
• Exposición y Procesamiento: Los recipientes sellados se almacenaron durante un periodo de exposición de 90 días para permitir la acumulación de trazas de partículas alfa. Tras la exposición, los detectores se sometieron a un grabado químico en NaOH 6.25 N a 60 °C durante 5 horas.
• Análisis: Las trazas de partículas alfa se contaron utilizando un microscopio óptico con un aumento de 400×. Las densidades de traza se convirtieron a concentraciones de $^{222}\text{Rn}$ (Bq/m³) y PAEC (mWL) utilizando factores de calibración específicos y fórmulas que consideran la geometría de la cámara, el ángulo crítico del detector y las constantes de desintegración.
• Análisis Estadístico: Se calcularon estadísticas descriptivas y se aplicó la prueba U de Mann-Whitney para comparar los parámetros radiológicos entre los grupos de fertilizantes y pesticidas, dado que los datos no seguían una distribución normal (prueba de Shapiro-Wilk, p < 0.05).

Resultados Clave

• Concentraciones de Radón:
  • Fertilizantes: Las concentraciones de $^{222}\text{Rn}$ oscilaron entre 4.12 y 108.63 Bq/m³, con una media de 30.46 Bq/m³ (mediana 34.62 Bq/m³). El valor más alto se registró en el fertilizante jordano "Smart Fert" (F16), y el más bajo en el fertilizante saudí "Libro" (F9).
  • Pesticidas: Las concentraciones oscilaron entre 9.27 y 82.24 Bq/m³, con una media de 27.28 Bq/m³ (mediana 16.69 Bq/m³). El valor más alto se encontró en el pesticida chino "Efecekt" (P7), y el más bajo en el pesticida indio "Venus" (P11).
• Concentración de Energía Alfa Potencial (PAEC):
  • Fertilizantes: Los valores de PAEC oscilaron entre 0.89 y 23.48 mWL, con un promedio de 8.05 mWL.
  • Pesticidas: Los valores de PAEC oscilaron entre 2.05 y 17.78 mWL, con un promedio de 5.89 mWL.
• Comparación Estadística: Aunque las muestras de fertilizantes mostraron valores medios ligeramente superiores para la concentración de $^{222}\text{Rn}$ y la PAEC en comparación con los pesticidas, la prueba U de Mann-Whitney indicó que no hubo una diferencia estadísticamente significativa entre los dos grupos (p = 0.2113 para ambas variables).
• Variabilidad: Se observaron coeficientes de variación elevados para ambos grupos (64.91% para fertilizantes y 78.41% para pesticidas respecto al $^{222}\text{Rn}$), atribuidos a las diferencias en la composición de la materia prima, el contenido de fosfato y los procesos de fabricación.

Significancia y Reivindicaciones
La principal significancia de este trabajo radica en proporcionar la primera evaluación radiológica localizada de fertilizantes y pesticidas comerciales en la región de Tikrit, Irak. El estudio afirma que, a pesar de las variaciones observadas en los niveles de radiactividad entre diferentes marcas y orígenes, todos los valores medidos están muy por debajo de los límites de seguridad recomendados internacionalmente establecidos por la ICRP (200 Bq/m³ para $^{222}\text{Rn}$) y la UNSCEAR (53.33 mWL para PAEC).

Consecuentemente, los autores concluyen que los fertilizantes y pesticidas investigados son radiológicamente seguros para su uso bajo condiciones agrícolas normales y no representan una amenaza inmediata para la salud humana o el medio ambiente. Sin embargo, el documento enfatiza la necesidad de un monitoreo periódico para asegurar el cumplimiento continuo de los estándares de seguridad, señalando que las propiedades radiológicas dependen fuertemente de las materias primas específicas y los métodos de producción utilizados por los diferentes fabricantes.