RADIOATIVIDADE

INTRODUÇÃO

A radioatividade foi descoberta por Becquerel em 1896, precedida pelo químico analítico M. H. Klaproth que descobriu o urânio em 1789 enquanto estudava pechblenda. O urânio foi inicialmente denominado uranit em homenagem ao planeta Urano e depois uranium. Depois que Becquerel descobriu a radioatividade foi possível averiguar que urânio é progênitos de outros igualmente radioativos, como o uranium II identificado por McCoy e Ross, ou a emanation, sob forma gasosa, muito usada por Rutherford em suas experiências. Sabe-se hoje que essas designações hoje correspondem ao Urânio 238, Urânio 234, e Radônio 222. Becquerel realizou diversos estudos e verificou que sais de urânio emitiam radiação semelhante à dos raios-X, impressionando chapas fotográficas.

Todos os organismos e materiais estão expostos a fontes naturais de radioatividade, como por exemplo, os raios cósmicos, conhecidos como a radiação galáctica (Sol e Via Láctea). Essa radiação extraterrestre é constituída principalmente de prótons de alta energia (aprox. 85%), partículas alfa (aprox. 14%) e núcleos atômicos mais pesados (aprox. 1%). Quando a interação com a Terra é pequena são chamados primários, senão são chamados secundários, consistindo, nessa situação, de píons, múons, elétrons, etc., resultantes da interação com a atmosfera. Dessa interação, muitos radionuclídeos são gerados na estratosfera e na troposfera, como o H❑

3 e o C❑14 , ambos muito utilizados na hidrologia, sobretudo para identificar águas

recentes ou datar escalas de tempo de até 40 mil anos atrás.

Além disso, existem os elementos originários desde a formação da Terra e que possuem isótopos cuja meia vida é suficientemente longa para permanecerem até os dias de hoje. Os mais importantes são o urânio, tório e potássio, que se concentram principalmente nas rochas ígneas ácidas e não nas básicas e ultrabásicas.

O Urânio é constituinte essencial em quase cem minerais, ocorrendo principalmente na uraninita UO2 e na pechblenda (variedade não cristalina da uraninita), na cofinita [U(SiO4)1-x (OH)4x], uranotorita [(Th, U) SiO4] e uranotorianita [(Th, U)O2].

No geral, Urânio, Tório e Potássio são os elementos radioativos mais importantes. Urânio e Tório por apresentarem radioatividade em razão maior que a maioria dos outros elementos, enquanto o Potássio não tem radioatividade forte, porém está presente na maioria dos minerais e em grande quantidade, ou seja, cada elemento sozinho não é relativamente considerável radioativamente, porém em grande quantidade assume valores significativos.

FONTES DE RADIAÇÃO NATURAIS 1- Corpos extraterrestres: Os raios cósmicos são partículas carregadas e íons pesados de altíssima energia produzidos por reações nucleares em toda galáxia (Radiação cósmica de fundo) e no Sol. A maior parte desta chuva de partículas (múons, píons, káons, anti-prótons, elétrons etc.) é desviada pelo campo magnético da Terra. Ao interagir com a atmosfera estas partículas interferem com as telecomunicações e/ou geram fenômenos na alta atmosfera como a Aurora boreal (ao norte) e austral (ao sul). Além dos raios cósmicos, o Sol também irradia muitos outros tipos de radiação, como as ondas ultravioletas, luz visível e infravermelho e o campo gravitacional. 2- Planeta Terra: Irradia um campo gravitacional e um magnético que desvia a maior parte do vento solar. 3- Qualquer corpo acima de 0 ºK irradia calor através da radiação infravermelha. 4- Seres vivos: em alguns animais a bioluminescência é causada por oxidação da luciferina em oxiluciferina e liberando Luz. 5- Núcleos atômicos instáveis: São núcleos que se desintegram expontâneamente gerando partículas e/ou radiação gama (por aniquilação de pares - pósitron-elétron). Foram objetos de estudo de e *Becquerel e **Curie.

FONTES DE RADIAÇÃO ARTIFICIAIS 1- Bomba atômica e Reator nuclear - usa-se para gerar outros radioisótopos como o 131I. 2- Máquina emissora de pósitrons - O Flúor radioativo ligado à glicose é o gerador de pósitrons que se anquila com um elétron gerando os raios gama que são escaneados na Tomografia por Emissão de Pósitrons (PET). 3- Gerador de raios gama - A máquina Geradora de Tecnécio produz 99m43Tc, um emissor de Raios gama (meia-vida de 6 horas), a partir do decaimento do 9942Mo (Molibdênio). 4- Gerador de raios beta- - Raios ß- da TV que excitam a película de Fósforo do ecran gerando Luz visível. 3- Máquina de Raio X - descobertos por Röntgen. 4- Lâmpadas fluorescentes e Fluorescência - São as lâmpadas de Luz negra. Fluorescência ocorre quando certas substância iluminadas pela radiação UV com comprimento de onda maior que o da incidente. 5- Lâmpadas comuns - A luz visível tem comprimento de onda entre 400 nm (0,4 µm) a 700 nm (0,7 µm). 6- Lâmpadas infravermelhas - São as lâmpadas de filamento incandescente que transformam a maior parte da energia em radiação infravermelha (calor). 7- Forno de microondas 8- Estação de rádio e TV - Antenas emissoras de ondas de rádio e TV.

MÉTODOS RADIOMÉTRICOSO método radiométrico ou radiometria, consiste em detectar as emissões nucleares das rochas que contêm minerais radioativos. Normalmente detecta-se a radiação gama através de um cintilômetro, gamaespectômetro ou até mesmo o mais simples, o contador Geiger. Os instrumentos radiométricos foram desenvolvidos primordialmente para a detecção de urânio, mas logo apareceram outras aplicações importantes. As informações são processadas por meio de softwares especializados e os resultados apresentados na forma de mapas e perfis, para os três elementos Urânio, Potássio e Tório, assim como para a Contagem Total e para razões entre os elementos (U/Th, Th/K, U/K, K.U/Th).

CONTADOR GEYGERO contador Geyger-Müller é um aparelho que serve para medir a radiação emitida por uma fonte radioativa, para isso utiliza a ionização que as radiações provocam. Um tubo cilíndrico com paredes metálicas, contendo um gás em seu interior, é conectado a uma fonte de alta tensão. Quando a radiação penetra no cilindro, ioniza o gás. Os elétrons entram em movimento, devido à ação de um forte campo elétrico, e são atraídos por um filamento carregado positivamente disposto ao longo do cilindro. Ao atingirem o filamento, os elétrons geram um rápido pulso (variação) de tensão. Este pulso provoca o deslocamento de um ponteiro na escala do aparelho, ou um sinal sonoro, o que indicará a quantidade, ou presença, de radiação.

Figura X: Modelo geoarqueológico demonstrando diferentes anomalias gama superficiais de acordo com o material do solo, sua espessura e percentagem de concentração de CaCO3 no sítio. Note que logo acima da

concentração de conchas, a contagem é menor.

Figura X: Ilustração do poder de penetração no solo e alcance de superfície da leitura do contador Geiger.

CINTILOMETRIAO método geofísico da cintilometria fundamenta-se na captura de radiação proveniente de elementos radioativos naturais (40K, 232Th e 223U) encontrados em minerais, intimamente correlacionados à composição mineralógica das rochas. Em particular, desempenham um papel predominante no estudo da radioatividade das rochas da crosta terrestre, devido à abundância inicial destes elementos. Após as correções, as coordenadas são transformadas em coordenadas planares para a construção de gráficos de distância (em metros) x cintilações por segundo (cps), para a elaboração dos perfis de cintilometria.

Figura X: Dois modelos de Cintilômetros que existem no mercado.

Figura X: Exemplo de levantamento por cintilometria.

GAMAESPECTÔMETRIAPela grande diferença existente entre os tipos de rochas com a afinidade dos radioelementos pode-se dizer que os dados gamaespectrométricos são mais efetivos para:- mapear rochas áçidas em relação as básicas (afinidade c silica)- mapear rochas sedimentares ricas em argilas ou com clastos acidos (conglomerados arcoseanos)- mapear o avanço do metamorfismo (diminuição da radioatividade)A medida do canal total (U + Th + K) é melhor aplicada para isolar unidades radiométricas por possuir uma maior intensidade e precisão estatística.

A medida dos canais individuais (Th, U e K separadamente) são mais confiáveis na identificação do tipo litológico, podendo separar os possíveis tipos de rochas (ígneas – sedimentares – metamórficas).Além disto estes dados também auxiliam na identificação de trends estruturais.Para a localização de zonas de exploração mineral os dados de razões Th/U, Th/K e U,K são mais indicados. Como zonas mineralizadas estão associados a processos de concentração preferencial (hidrotermalismo, evolução magmática, alteração, oxi-redução, etc.). Modificando preferencialmente a concentração inicial de um elemento em relação aos demais.

Os espectrômetros de fótons gama detectam as radiações gama, e transformam as energias eletromagnéticas em pulsos elétricos de amplitudes proporcionais às energias incidentes. As energias transportadas pelos fótons gama originados dos elementos radioativos são convertidos em pulsos elétricos, pelo conjunto cristal sensor - válvula fotomultiplicadora - amplificador espectroscópico, que são discriminados de acordo com as janelas de interesse. Um conjunto de canais de energia, correspondendo a fotopicos de raios gama, também designados de janelas de energia ROI ( Region Of Interest), é escolhido para melhor discriminação dos radioelementos de interesse.As energias dos gama emissores do K, U e Th atingem 2615 KeV e acima de 3 MeV são denominados de raios cósmicos. O espectrômetro portátil GS-512, usado neste projeto, é um detetor multicanal MCA (multichannel analyzer) para medida do espectro de energias dos raios gama, que opera com baterias internas. O espectrômetro é formado de um detector de cintilação de NaI(Tl) (Iodeto de sódio dopado com tálio) de 76 x 76 mm e de um analisador de amplitude de 512 canais, controlado por um microcomputador.A memória digital do espectrômetro armazena os dados resultantes do levantamento nas estações (identificação da estação e dados de contagem nas janelas do K, U e Th) ou o espectro total de 512 canais. A memória de 240 Kb permite armazenar resultados de até 4000 estações, ou de aproximadamente 200 espectros completos, ou então, uma combinação de ambos.Medidas de superfície são feitas com o detector encostado no solo ou situado a uma altura não muito elevada, e a geometria adotada é de 2 (espaço semi-infinito), isto considerando uma camada de solo com atividade distribuída uniformemente, extensa tanto lateralmente como em profundidade e, onde mais de 50% da intensidade de radiação origina no nível superior da camada, que é de 5cm para solos (Figura 7.3). Camadas de solos com mais de 25cm contribuem com 15% da intensidade total detectada. Não obstante, fontes radioativas situadas a profundidades maiores podem ser detectadas na superfície, pois uma atividade maior pode compensar a absorção da radiação pela matéria localizada acima da fonte e, uma fração dessa radiação pode chegar até a superfície e ser detectada (LEIPUNSKII et al., 1965).

As determinações das concentrações dos elementos-pai das séries do U e do Th são indiretas, e são expressas em ppm (partes por milhão) de eU, eTh, e em % para K pois sua ocorrência é maior na natureza. Espectrômetros multicanais registram os espectros da radiação gama numa ampla região de interesse e os valores de ROI quando corrigidos,podem ser convertidos em concentrações, se as constantes de sensibilidade do detetor são conhecidas.Para estudos geofísicos são utilizados elementos - filho beta emissores, de maiores atividades, das séries radioativas. O Urânio (238U) é medido através do elemento filho Bismuto (214Bi) e o Tório (232Th), através do elemento filho Tálio (208T1). Para que o valor de concentração de um elemento-pai, determinado através da emissão gama de um de seus descendentes tenha significado, é importante que os membros da família radioativa envolvida estejam em equilíbrio radioativo secular. A condição de equilíbrio radioativo secular é obtida quando o número de átomos-filho que estão se desintegrando por segundo é igual ao número de átomos que estão sendo criados por desintegrações do isótopo-pai.

Os parâmetros dos espectrômetros podem ser determinados de um conjunto de equações obtidas de medidas realizadas sobre blocos-padrão (pads) de cimento, de concentrações conhecidas de U, Th e K, em equilíbrio radioativo secular. Esses coeficientes determinados são as correções de Compton e de sensibilidade que relacionam os valores dos ROI medidos com as concentrações de U, K, Th do solo. Os maiores valores de concentrações para as várias situações geológicas são de ordem de 4%K, 3-4 ppm eU e 17- 18 ppm eTh.Em geral, a presença tanto de U como Th produz respostas nos 3 canais de detecção (ROI) do espectrômetro. Assim, uma resposta no canal de U ou de Th pode indicar a presença de U, Th ou os dois e a resposta no canal de K também pode indicar a presença de K, U ou Th. A calibração leva em conta essas interações e permite estimar as quantidades de K, U e Th na fonte geológica que causa estas respostas observadas. Procedimentos de calibração usam concentrações conhecidas de K, U, e Th para estimar as constantes de proporcionalidade/sensibilidade. Primeiro, entretanto, é necessário medir e corrigir a radiação de fundo, também denominada background.

BackgroundA radiação natural originada na superfície da Terra pode ser detectada pelo espectrômetro de raio gama, e pode ser convertida em concentrações de K, eU e eTh. Outras fontes de radiação produzem um background (radiação de fundo) que é parte do ruído e precisa ser removida das leituras observadas. As três fontes principais de ruído de fundo são: ruído eletrônico do instrumento, radiação cósmica e radiação atmosférica.A radiação penetrante na atmosfera dá início ao fluxo de raio gama cósmico que gera uma radiação de fundo, parte da qual tem energias abrangidas pelos espectrômetros gama. Os decaimentos radioativos de gases presentes na atmosfera, principalmente Radônio (222Rn) e seus elementos filhos, são a fonte principal de radiação de fundo. Este gás nobre é produzido nas rochas e no solo a partir da série do Urânio 238 e está presente nas camadas baixas da atmosfera. A radiação de fundo para cada ROI do espectrômetro é estimada tomando-se medidas na área onde o fluxo de gama no solo é mínimo. Medidas de background atmosférico podem ser obtidas num barco ou numa ponte de madeira sobre um rio ou lago que tenham lamina d'água de espessura mínima de 1m. Nesta situação, a absorção da radiação proveniente do solo é superior a 97%. O barco deve estar longe o suficiente da margem do lago para que não haja contribuição de radiação vindo do subsolo.Uma forma menos exata, usada para medidas relativas das razões U/Th, U/K e Th/K, é a reocupação de uma base onde todas as medições das janelas ROI serão corrigidas. Terrenos graníticos e gnáissicos podem ter altos contrastes e devem ser evitados como estações de reocupação. Basicamente, rochas ígneas e a maioria das sedimentares estão geralmente associadas a baixos teores, com algumas exceções. Ao final de cada linha dentro da malha deverão ser feitas reocupações na base, para estabelecer as variações diurnas de radiação de fundo.

Figura X: Modelo de Gamaespectômetro portátil.

Figura X: Perfil esquemático da topografia típica dos sambaquis em forma de montículos.

Figura X: Esquema representativo das interações entre as janelas de K, U e Th. A interferência entre janelas de energia denominado fator de stripping é usada para remover a interferência segundo as setas indicadas acima.

Alguns resultados de levantamentos feitos com gamaespectômetros.

Figura X: Dados aerogeofísicos trabalhados (magnetometria e gamaespectrometria).

BIBLIOGRAFIAGeofísica de exploração – Philip Kearey, Michael Brooks, Ian Hill – Oficina de textos, 2009.

Fundamentals of Geophysics, Willian Lowrie, Second Edition, Cambridge, 2007

TELFORD, W. D.; GELDART, L. P. & SHERIFF, R. E., 1990. Applied Geophysics, Second Edition. Cambridge University Press.

SCHÖN, J. H., 2004. Physical Properties of Rocks, Fundamental and Principles of Petrophysics, Handbook of Geophysical Explration, Seismic Expliration Volume 18. Ed. Elsevier.

FAURER, G., 1986. Principles of Isotope Geology, séc. edit. Ed. John Wiley & Sons.FOWLER, C. M. R., 2004. The Solid Earth, An Introduction to Global Geophysics.

Cambridge University Press.LOWRIE, W., 2007. Fundamentals of Geophysics, sec. edit. Cambridge University Press.FERREIRA, F.J, SOUZA,J.L- GAMAESPECTROMETRIA, fundamentos, geoquímica e distribuição dos radioelementos em rochas e solos, LPGA, Departamento de geologia, UFPR. Curitiba. 2002.http://www.iag.usp.br/~eder/apostila/METODOS_GEOFISICOS.pdfhttp://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/8/8153/tde-31032004.../Cap07.pdf%E2%80%8Ehttp://www.lume.ufrgs.br/handle/10183/39078http://www.if.ufrgs.br/tex/fis142/fismod/mod06/m_s02.htmlhttp://www.cnen.gov.br/ensino/radioatividade.asphttp://ciencia.hsw.uol.com.br/radiacao-sucata1.htmhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Radia%C3%A7%C3%A3o_infravermelhahttp://cienciahoje.uol.com.br/noticias/2011/04/radiacao-um-problema-tambem-brasileirohttp://arthurvieira.wordpress.com/2010/04/18/brilho-da-morte-cesio-137-e-suas-vitimas/http://raios-ultravioleta.info/http://www.ebah.com.br/content/ABAAAgJd4AH/radiacao-ionizantehttp://www.bioinfo.ufc.br/obj/bfis.php?obj=4http://www.mundoeducacao.com/quimica/radioatividade-artificial.htmhttp://www.mundoeducacao.com/quimica/aplicacoes-radioatividade.htmhttp://biofisicando.blogspot.com.br/2010/04/irradiacao-de-alimentos.htmlhttp://www.dominiosfantasticos.com.br/id432.htmhttp://g1.globo.com/ciencia-e-saude/noticia/2010/11/imagens-termograficas-mostram-conteiner-com-lixo-nuclear-na-franca.htmlhttp://www.naval.com.br/blog/2008/09/29/o-lixo-nuclear-da-us-navy/http://energianuclearbr.blogspot.com.br/2011/04/vai-uma-banana-ai.htmlhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Data%C3%A7%C3%A3o_radiom%C3%A9tricahttp://blogs.diariodonordeste.com.br/cearacientifico/curiosidades/objeto-que-caiu-do-ceu-no-maranhao-nao-e-radioativo-diz-aeronautica/http://hypescience.com/10-coisas-que-voce-provavelmente-nao-sabia-que-sao-radioativas/http://www.if.ufrgs.br/cref/radio/

http://compromissoconsciente.blogspot.com.br/2012/09/goiania-e-o-cesio-137-25-anos-do.htmlhttp://lucilocamposbiologo.blogspot.com.br/2013/06/os-efeitos-da-radioatividade-no-corpo.htmlhttp://www.mundoeducacao.com/quimica/radioatividade-na-agricultura.htmhttp://www.greenpeace.org/portugal/pt/Multimedia/imagens/greenpeace-documenta-o-navio-r/http://espacogeologia.blogspot.com.br/2010/12/datacoes-radiometricas.htmlhttp://vorticemineral.com.br/servicos/servico5.phphttp://www.afcgeofisica.com.br/metodos_radiometricos