PLANTAS DE IRRADIACIÓN

El uso de radiaciones ionizantes como modificador de propiedades físicas, químicas y biológicas de los materiales irradiados, es bien conocido desde hace más de 50 años. Tanto es así, que se ha transformado en una tecnología única en algunos casos y que desplazó a otras alternativas de procesamiento por sus costos, impacto ambiental, seguridad y eficiencia.

En este contexto,NOLDOR S.R.L ofrece servicios especializados relacionados con el diseño, selección del lugar de emplazamiento, presentación de documentación, informes de seguridad y licenciamiento de plantas de irradiación basadas en fuentes de radiación gamma.

Contenido

Introducción

Procesos de irradiación

Introducción

Actualmente las principales aplicaciones industriales de los procesos de irradiación son la esterilización de productos biomédicos, cosméticos y farmacéuticos, materiales para embalajes en la industria alimenticia, irradiación de alimentos y productos agrícolas para su desinfección, inhibición de la brotación, prolongación de la vida útil, control de plagas y aspectos fitosanitarios y cuarentenarios entre otros.

En el campo de los materiales, la modificación de propiedades físicas de polímeros, “crosslinkinig”, curado de tintas y desarrollo de materiales inteligentes.

El tratamiento como se verá más adelante, consiste en someter a los productos a un campo intenso de radiaciones ionizantes, donde la variable del proceso es el tiempo de exposición y por ende la dosis de radiación absorbida por el producto.

La Tabla siguiente lista algunas de las aplicaciones mencionadas, sus efectos y el rango típico de dosis. En determinados productos los valores de dosis están reglamentados o sugeridos por autoridades sanitarias oficiales nacionales y/o internacionales.
RANGOS TÍPICOS DE DOSIS Y EFECTOS DEL TRATAMIENTO
PRODUCTO EFECTO BUSCADO DOSIS TÍPICA [kGy]
Papa, cebolla, ajo Inhibición de brotes después de la cosecha 0,05 a 0,15
Frutillas, arándanos y frutas finas Extender la vida útil retardando la maduración 1 a 4
Control de plagas Esterilización de insectos 0,1 a 0,5
Carne vacuna, pollo, pescado Retardo de descomposición, eliminación de patógenos 1 a 7
Aromáticas y especias Disminución o eliminación de microorganismos e insectos 1 a 30
Biomédicos y farmacéuticos Esterilización 15 a 30
Materiales poliméricos Crosslinking 0,2 a 30

La creciente investigación en el uso y aplicación de las radiaciones ha impulsado a este tipo de industria a extenderse mundialmente mostrando un crecimiento sostenido de esta tecnología, existiendo más de 200 plantas de uso industrial alrededor del mundo.

La materia prima de una planta de irradiación es un isótopo radiactivo del cobalto natural denominado cobalto-60 (60Co)

En su proceso de desintegración radiactiva cada átomo de cobalto-60 emite energía en forma de radiación electromagnética (radiación gamma) que, al interactuar con los materiales sometidos al tratamiento, provoca modificaciones conocidas, predecibles y controlables. El efecto biológico de la interacción de la radiación con el medio, resulta en rupturas de la estructura del ADN del núcleo celular en diferentes partes

Debido a este fenómeno y al grado del daño producido (función de la dosis absorbida) las células afectadas pasan a un estado denominado de apoptosis, que significa la muerte celular programada, mecanismo éste con que cuentan todos los seres vivos (bacterias, hongos parásitos y virus), logrando por este mecanismo esterilizar o disminuir la contaminación hasta alcanzar los niveles establecidos parar los diferentes productos.

Daños a la estructura celular por radiación



En el caso de los materiales poliméricos o plásticos el principio es similar a lo expresado en el punto anterior. La radiación afecta las cadenas largas propias de estos materiales, dando por resultado roturas y entrecruzamiento entre cadenas (“croslinking”).

Este efecto provoca cambios estructurales que, en algunos casos, implican mejoras en las propiedades físicas de los materiales tales como mayor resistencia mecánica, mayor resistencia térmica y química, aumento en las propiedades de termo-contracción o disminución del tiempo de curado, compitiendo técnica y económicamente con catalizadores químicos.



Los tratamientos con radiaciones presentan diversas ventajas respecto a otros métodos como, por ejemplo, la esterilización por oxido de etileno o vapor húmedo por no dejar efectos residuales, no generar contaminación ambiental ni destrucción de la capa de ozono o requerir tiempos prolongados de tratamiento.

Las ventajas del tratamiento con radiaciones son los siguientes::

    • Los productos tratados pueden ser usados inmediatamente.
    • Los productos son irradiados en su embalaje definitivo sin ser alterados.
    • No tienen ningún tipo de acción residual.
    • Mínimo aumento de temperatura durante el tratamiento.
    • Pueden tratarse productos enfriados o congelados.
    • Precisión y repetición de las condiciones de tratamiento.
    • Facilidad en el control de proceso.
    • Uniformidad de suministro de la dosis de radiación requerida.

Crecimiento de la irradiación industrial

El uso comercial de la irradiación gamma para esterilización de productos biomédicos y farmacéuticos se desarrolló en la década de 1950, por lo que la tecnología en procesos de irradiación es muy bien conocida y se cuenta con gran experiencia y confianza en estas áreas. Esta expansión de las aplicaciones industriales de irradiación condujo al desarrollo de grandes plantas permitiendo optimizar los diseños de instalaciones e incorporar nuevas aplicaciones. Actualmente diversas empresas ofrecen al mercado diseños de plantas modernos y específicos para cada producto.

Una medida del crecimiento mundial de la tecnología de irradiación la proporciona el incremento en la comercialización de fuentes industriales de cobalto-60 que, en 2025, alcanzó un valor de 1.370 millones de dólares y que se incrementa a una tasa del 6% anual aproximadamente. Es interesante notar que el uso de material biomédico descartable y envases para la industria de la alimentación aumenta a una tasa similar de entre 6% a 8% anual.

El tipo de aplicaciones en que se utiliza la irradiación gamma se incrementa en forma firme y sostenida en áreas tales como “crosslinking” y polimerización, esterilización de productos médicos, irradiación de alimentos y aplicaciones para cuidado del medio ambiente como pueden ser la irradiación de barros cloacales y el tratamientos de gases para la eliminación de los SOx y NOx y su conversión como fertilizantes o mejoradotes de suelos. Por otra parte, existen aplicaciones emergentes en las áreas de nanomateriales, materiales compuestos, materiales absorbentes, hidrogeles y polímeros inteligentes.

Procesos de irradiación

Durante el proceso de irradiación, los productos o materiales son intencionalmente irradiados para preservar, modificar, crear o mejorar algunas de sus características.

El proceso se lleva a cabo disponiendo el producto a tratar en las vecindades de un conjunto de fuentes radiactivas de Co-60 (rack portafuentes) durante intervalos de tiempo y posiciones prefijadas, haciendo circular el material a tratar en torno al irradiador mediante un sistema de transporte apropiado.

La radiación proveniente del conjunto de fuentes radiactivas interactúa con el producto suministrando la energía necesaria para alcanzar el efecto buscado. La cantidad de energía absorbida por el producto depende de su densidad y espesor y del tiempo de irradiación.

Se denomina dosis a la energía absorbida por unidad de masa de producto y su unidad es el Gray (J / Kg). Cada tipo de producto tratado recibirá una dosis particular de acuerdo con el efecto que se pretenda y su valor exacto se determina mediante investigaciones y ensayos preliminares.

Es muy importante saber que un producto sometido a los efectos de la radiación gamma o rayos X no se transforma en un material radiactivo como suele confundirse, ya que sólo se ven modificados aspectos físicos y/o biológicos cuyos efectos hacen al interés del tratamiento, tal como sucede en el tratamiento de sobre pacientes humanos para la cura y diagnóstico de diversas enfermedades.

Irradiadores

Se entiende por irradiador a un arreglo geométrico de fuentes radiactivas.

Generalmente se utilizan geometrías planas, de tal forma que el campo de radiación emitido resulta paralelo al irradiador y panorámico, es decir emite radiaciones en todas las direcciones, de tal forma que el campo de radiación alcance en forma homogénea a todo el producto a tratar. También existen otras configuraciones aptas para diferentes propósitos.

Las fuentes industriales de Co-60 son “lápices” de 450 mm de largo por 11 mm de diámetro formadas por dos tubos cilíndricos concéntricos de acero inoxidable sellados en sus extremos con tapones soldados. Dado que el material radiactivo se encuentra dentro del cilindro interno, se garantiza una doble barrera de protección frente a posibles pinchaduras o fugas del cobalto metálico radiactivo.

Los procedimientos y normas de construcción de fuentes radiactivas conducen a un producto rigurosamente controlado y confiable desde el punto de vista mecánico y radiológico.

Los lápices se disponen en forma paralela dentro de un marco metálico de acero inoxidable en grupos de 30 lápices aproximadamente, formando lo que se conoce como portafuentes individuales. Cada portafuentes esta formado por una estructura rígida de 500 mm por 500 mm.

Estos portafuentes individuales se agrupan de acuerdo al tamaño del irradiador, en un rack o estructura metálica para formar el irradiador completo. Su tamaño final debe contemplar no sólo la carga existente, sino espacio suficiente para el agregado de nuevas fuentes a lo largo de la vida útil de la instalación, estimada normalmente en 30 años. La nuevas fuentes se adicionan a razón de un 12,5 % por año a fin de mantener constante el inventario de material radiactivo, conforme a la demanda de la planta y a su decaimiento.

Plantas industriales

Toda planta industrial de irradiación con fuentes depositadas bajo agua cuenta con los siguientes elementos:

    • Blindaje masivo en la sala de irradiación.
    • Laberinto de ingreso y egreso.
    • Pileta de guarda de fuentes.
    • Sistema de elevación de fuentes.
    • Sistema de transporte del producto.
    • Sistema de refrigeración de agua de pileta (según la potencia instalada).
    • Sistemas de seguridad, instrumentación y control.
    • Sistema de ventilación.
    • Sistema de tratamiento de agua de pileta.
    • Sistema de agua de emergencia.
    • Zonificación de áreas.

Cada uno de estos sistemas deberá ser diseñado, construido y aprobado priorizando la seguridad radiológica y física tanto del personal de planta como del público y el cuidado del medioambiente. En este sentido, la selección de materiales y componentes sometidos a campos intensos de radiación resulta de vital importancia para garantizar el mejor desempeño de cualquier instalación.

Aspectos de diseño

Como se ha dicho, es posible el diseño de irradiadores pequeños, normalmente utilizados en trabajos de investigación, o grandes plantas de irradiación que operan con elevadas actividades de cobalto-60.

Las principales diferencias entre ambos tipos es el inventario radiactivo (cantidad de Co-60) y la forma de mover los materiales a irradiar dentro del campo de radiaciones, por lo que el modo de operación debe ser seleccionado para una necesidad específica.

Los principios básicos de diseño pueden sintetizarse en los siguientes puntos:

    • Maximizar la utilización de energía.
    • Proveer la mejor uniformidad de dosis.
    • Asegurar una operación segura y sencilla.
Estas premisas pueden lograrse incorporando elementos que han sido probados y reconocidos desde el comienzo del uso de esta tecnología.

    • Disponer el producto en más de una fila de cajas frente al irradiadoDisponer el producto en más de una fila de cajas frente al irradiado
    • Minimizar los espacios horizontales y verticales entre cajasMinimizar los espacios horizontales y verticales entre cajas.
    • Optimizar la distancia fuente producto para la relación de dosis requerida.
    • Mover las cajas de producto en el sentido horizontal y vertical en ambas caras del irradiado.
    • Usar lápices de cobalto con doble encapsuladoo.
    • Usar agua desmineralizada en la pileta de almacenaje.
    • Diseñar el blindaje biológico de la sala de irradiación y el laberinto en concreto con densidades estándar (2,32 g/cm3) o baritado (3,2 g/cm3).

Para obtener más información sobre características y diseño de plantas de irradiación puede descargarse el trabajo Plantas de irradiación.pdf

Servicios ofrecidos por Noldor

Noldor S.R.I. ofrece los siguientes servicios relacionados con plantas de irradiación:

    • Asesoramiento sobre el diseño óptimo para cada necesidad..
    • Diseño básico de plantas.
    • Evaluación de proyectos.
    • Elaboración de informes de seguridad.
    • Preparación de documentación para licenciamiento
    • Seguimiento de proyectos.

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