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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁPR
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
CAMPUS CURITIBA
DEPARTAMENTO DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
E DE MATERIAIS - PPGEM
JANINE NICOLOSI CORRÊA
AVALIAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE RADÔNIO EM AMBIENTES DE CONVÍVIO HUMANO NA REGIÃO
METROPOLITANA DE CURITIBA
CURITIBA
MARÇO - 2006
JANINE NICOLOSI CORRÊA
AVALIAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE RADÔNIO EM AMBIENTES DE CONVÍVIO HUMANO NA REGIÃO
METROPOLITANA DE CURITIBA
Dissertação apresentada como requisito parcial à obtenção do título de Mestre em Engenharia, do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais, Área de Concentração em Engenharia de Materiais, do Departamento de Pesquisa e Pós-Graduação, do Campus Curitiba, da UTFPR.
Orientador: Prof. Sergei A. Paschuk, Ph.D.
CURITIBA
MARÇO - 2006
TERMO DE APROVAÇÃO
JANINE NICOLOSI CORRÊA
AVALIAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE RADÔNIO EM AMBIENTES DE CONVÍVIO HUMANO NA REGIÃO
METROPOLITANA DE CURITIBA
Esta Dissertação foi julgada para a obtenção do título de mestre em engenharia, área de concentração em engenharia de materiais, e aprovada em sua forma final pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais.
_________________________________ Prof. Silvio Luiz de Mello Junqueira, D. Sc.
Coordenador de Curso
Banca Examinadora
_____________________ Prof. Hugo Reuters Schelin, Ph.D. UTFPR
_____________________ Profa. Lene Holanda Sadler Veiga, D. Sc. IRD
______________________ Prof. José Alberto Cerri, D. Sc. UTFPR
Orientador: ____________________ Prof. Sergei A. Paschuk, Ph. D. UTFPR
_____________________ Prof. Adalberto Matoski, D. Sc. UTFPR
Curitiba, 28 de março de 2006.
iv
AGRADECIMENTOS
Ao PPGEM, pelo curso ofertado e pelo suporte a este trabalho;
Ao CNPq, pelo suporte financeiro em forma de bolsa de pesquisa;
Ao IRD, pela disponibilidade do sistema e dos equipamentos;
Ao LACTEC, pela disponibilidade dos equipamentos;
Ao professor Sergei, pela orientação cuidadosa e precisa;
Ao professor Vicente, por todas as informações e auxílio prestados;
Ao professor Shimizu, pela colaboração objetiva e preciosa;
Ao professor Cruz e à Lílian, pelo auxílio na construção do protótipo;
Aos professores do PPGEM, pelo apoio e pelo conhecimento demonstrado;
À amiga e colega Loriane, pelos conselhos, dedicação e conversas construtivas;
À Laryssa e ao Ruben, pela ajuda no desenvolvimento do trabalho;
Aos colegas do Laboratório de Radiações Ionizantes, pelo apoio;
Aos técnicos da Mecânica, Elétrica e Eletrotécnica, pelos serviços prestados;
Aos técnicos da Marcenaria, Adão e Francisco, pelos inúmeros serviços;
À minha família pelo incentivo;
Ao Artem, pelo cuidado com os computadores e apoio moral;
Aos meus filhos e marido, pelo carinho e amor dedicados.
Ficha catalográfica elaborada pela Biblioteca da UTFPR – Campus Curitiba
C824a Corrêa, Janine Nicolosi Avaliação da concentração de radônio em ambientes de convívio hu- mano na região metropolitana de Curitiba / Janine Nicolosi Corrêa. Curi- tiba, UTFPR, 2006 VI, 59 f. : il. ; 30 cm Orientador: Prof. Dr. Sergei A. Paschuk Dissertação (Mestrado) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais. Cu- ritiba, 2006 Bibliografia: f. 48-53 1. Física nuclear. 2. Gás – Concentração 3. Detectores de policarbona- to. 4. Programação Matlab. 5. Região Metropolitana – Curitiba. 6. Gás radônio. I. Paschuk, Sergei A. , orient. II. Universidade Tecnológica Fé- deral do Paraná. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais. III. Título. CDD: 363.738
v
CORRÊA, Janine Nicolosi, Avaliação da Contaminação pelo Gás Radônio em Ambientes de Convívio Humano na Região Metropolitana de Curitiba, 2006,
Dissertação (Mestrado em Engenharia) - Programa de Pós-Graduação em
Engenharia Mecânica e de Materiais, Universidade Tecnológica Federal do Paraná,
Curitiba, 97p.
RESUMO
Considerando que a inalação de radônio em ambientes internos por seres
humanos é considerada a fonte principal de risco radiológico e provavelmente a
segunda principal causa de câncer de pulmão, sendo que a primeira é o fumo,
muitos países têm feito esforços consideráveis em direcionar estimativas, medidas e
monitoração da exposição populacional ao radônio. Neste trabalho são
apresentados os resultados das medidas da concentração de 222Rn obtidas da
exalação do gás e da análise preliminar da correlação destes dados com posição
geográfica do ambiente. Para esta finalidade, foram expostos em ambientes internos
e internos, diversos policarbonatos detectores Lexan (GE), pelo período de três
meses nas cidades de Curitiba e de Campo Largo (PR). O tempo da exposição foi
adotado de forma a prevenir a saturação dos traços de partículas alfa. Com o
propósito de revelação de traços em policarbonatos, foi construída uma cuba
eletroquímica que pode revelar simultaneamente 24 detectores de traços (SSNTD).
A visualização, a identificação e a contagem dos traços foram realizadas usando
ferramentas de programação do MATLAB. Os resultados obtidos são comparados
com outros dados experimentais. keywords: Radon, radiação, SSNTD.
Palavras-chave: Radônio, radiação, SSNTD.
vi
CORRÊA, Janine Nicolosi, Avaliação da Contaminação pelo Gás Radônio em Ambientes de Convívio Humano na Região Metropolitana de Curitiba, 2006,
Dissertação (Mestrado em Engenharia) - Programa de Pós-Graduação em
Engenharia Mecânica e de Materiais, Universidade Tecnológica Federal do Paraná,
Curitiba, 97p.
ABSTRACT
Considering that the indoor radon inhalation by humans has been found as the
main source of radiological hazard and probably the second most important cause of
lung cancer after smoking, many countries have put considerable efforts into direct
estimates, measurements and monitoring of radon exposure. In this work we present
the results of 222Rn concentration measurements obtained from the emanation of the
gas and preliminary correlation analysis of these data with location and soil. For this
purpose several dozens of Lexan (GE) track detectors were exposed in the indoor
as well as outdoor air during three months within the down town region of Curitiba
and Campo Largo (PR). This exposition time was chosen to prevent possible
saturation of alpha tracks. For the purpose of track revelation, it was built the
electrochemical cell that permits to work simultaneously with 24 Solid State Nuclear
Track Detectors (SSNTD), polycarbonate passive alpha track detectors.
Visualization, identification and counting of alpha tracks were accomplished using
MATLAB programming tools. Achieved results are compared with other experimental
data. The obtained results are mainly the development, in UTFPR laboratories, of a
system of detection of radon and the determination of the concentration of indoor
radon.
keywords: Radon, radiation, SSNTD.
vii
SUMÁRIO
RESUMO.....................................................................................................................v
ABSTRACT ................................................................................................................ vi
LISTA DE FIGURAS .................................................................................................. ix
LISTA DE TABELAS ...................................................................................................x
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ..................................................................... xi
1 INTRODUÇÃO......................................................................................................1 1.1 Justificativa .................................................................................................................................. 1 1.2 Objetivos...................................................................................................................................... 4
1.2.1 Objetivo Geral...................................................................................................................... 4
1.2.2 Objetivos Específicos .......................................................................................................... 4
2 FUNDAMENTOS TEÓRICOS ..............................................................................5 2.1 Radônio ....................................................................................................................................... 5 2.2 Emanação ................................................................................................................................... 7 2.3 Exalação...................................................................................................................................... 8
2.3.1 Difusão ................................................................................................................................ 9
2.3.2 Convecção......................................................................................................................... 10 2.4 Níveis de Concentração de Radônio no Brasil ......................................................................... 10 2.5 Sistema de Detecção de Radônio............................................................................................. 11
2.5.1 Detectores ......................................................................................................................... 11
2.5.2 Câmaras de Disfusão........................................................................................................ 15
2.5.3 Filtros................................................................................................................................. 17
2.5.4 Membranas........................................................................................................................ 18 2.6 Métodos de Revelação de Detectores ...................................................................................... 18
2.6.1 Pré-revelação química ...................................................................................................... 18
2.6.2 Revelação eletroquímica................................................................................................... 19
3 CLASSIFICAÇÃO E DELIMITAÇÃO DA PESQUISA .........................................21 3.1 Classificação da Pesquisa ........................................................................................................ 21 3.2 Delimitação da Pesquisa........................................................................................................... 22
4 MATERIAIS E MÉTODOS..................................................................................24
4.1 Seleção dos Locais de Amostragem......................................................................................... 24 4.2 Medida das Concentrações de Radônio por Meio do Método de Amostragem Passiva.......... 26
4.2.1 Detectores ......................................................................................................................... 26
viii
4.2.2 Câmaras de difusão .......................................................................................................... 27
4.2.3 Revelação eletroquímica................................................................................................... 27
4.2.4 Leitura e contagem dos traços .......................................................................................... 29 4.3 Desenvolvimento de um Código Computacional para Reconhecimento e Contagem de
Traços........................................................................................................................................ 29 4.4 Desenvolvimento de Equipamento de Etching Eletroquímico para Revelação de
Traços........................................................................................................................................ 30 4.4.1 Teste do protótipo da cuba eletrolítica .............................................................................. 31
4.4.2 Desenvolvimento da cuba eletrolítica................................................................................ 31
4.4.3 Teste da cuba eletrolítica .................................................................................................. 32
4.4.4 Cálculo das concentrações de radônio ............................................................................. 33
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO ..........................................................................34 5.1 Concentração de Atividade de Radônio em Residências da Região Metropolitana de
Curitiba ..................................................................................................................................... 34 5.2 Desenvolvimento do Código de Contagem de Traços.............................................................. 39 5.3 Resultados do Teste com o Protótipo da Cuba Eletrolítica e do Desenvolvimento da Cuba
Eletrolítica.................................................................................................................................. 40 5.4 Resultados Gerais ..................................................................................................................... 41
6 CONCLUSÕES...................................................................................................45 6.1 Conclusões em Relação aos Objetivos Propostos ................................................................... 45 6.2 Propostas para Trabalhos Futuros............................................................................................ 46
PRODUÇÃO CIENTÍFICA NO PERÍODO (Março 2004 – Março 2006)....................47 REFERÊNCIAS.........................................................................................................48 APÊNDICE A – FICHA DE CADASTRO CONCLUSÕES .........................................54 APÊNDICE B – MANUAL PRÁTICO PARA REVELAÇÃO DO LEXAN ....................55 APÊNDICE C – CÓDIGO DE CONTAGEM DE TRAÇOS.........................................56
ix
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1 - Gráfico das exposições às radiações (UNSCEAR, 2000)........................1
Figura 1.2 – Diagrama de blocos das exposições às radiações (UNSCEAR, 2000)...2
Figura 1.3 – Mapa dos EUA de zonas de radônio (EPA, 2005)...................................3
Figura 2.1 - Séries Radioativas Naturais (CNEN, 2003) .............................................6
Figura 2.2 – Lexan em folha (a) e pronto para uso (b) ..............................................14
Figura 2.3 - Câmaras de difusão para radônio e para amostras de ar ......................15
Figura 2.4 - Câmara de difusão proposta por Urban et al .........................................16
Figura 2.5 – Câmaras de difusão para radônio .........................................................17
Figura 2.6 - Esquema da revelação química (Tommasino, 2004) .............................19
Figura 2.7 - Esquema da corrosão provocada por ECE (Tommasino, 2004)............20
Figura 4.1 – Detectores em residências de Campo Largo (externo) .........................26
Figura 4.2 – Detectores em residências de Campo Largo (interno)...........................26
Figura 4.3 – Câmaras de difusão para radônio..........................................................27
Figura 4.4 - Fonte de alta tensão e alta freqüência....................................................28
Figura 4.5 – Figura 4.5 - Cuba eletrolítica para revelação.........................................28
Figura 4.6 – Imagem original (a) e imagem filtrada (b)..............................................30
Figura 4.7 - Protótipo do equipamento de etching eletroquímico UTFPR .................31
Figura 4.8 – Placa elétrica do equipamento de etching............................................32
Figura 4.9 – Montagem do equipamento ECE no LACTEC ......................................33
Figura 5.1 - Histograma das concentrações de 222Rn em residências.......................38
Figura 5.2 – Comparação entre contagem de traços.................................................39
Figura 5.3 - Gráfico da tensão aplicada nas células vs. número de eletrodos ..........40
Figura 5.4 – Detector revelado pelo equipamento teste.............................................41
Figura 5.5 – Gráficos de radônio para faixas de concentração .................................42
Figura 5.6 – Valores de concentração de radônio encontrados em Curitiba.............43
Figura 5.7 – Valores de concentração de radônio encontrados em Campo Largo....44
x
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 - Valores médios, mínimos e máximos de concentração de radônio.......29
Tabela 4.1 – Locais monitorados e número total de medidas ...................................25
Tabela 5.1 – Concentrações individuais de radônio da primeira etapa. ....................35
Tabela 5.2 – Concentrações Individuais de Radônio da Segunda Etapa..................36
Tabela 5.2 – Concentrações Individuais de Radônio da Segunda Etapa..................36
Tabela 5.3 – Valores Médios das Concentrações de Radônio por Local e Área ......37
xi
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
BGS British Geological Survey
CNEN Comissão Nacional de Energia Nuclear
IAEA International Atomic Energy Agency
ICRP 60 International Commission on Radiological Protection
IEN Instituto de Engenharia Nuclear
IPEN Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares
IRD Instituto de Radioproteção e Dosimetria
LACTEC Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento
NCI National Cancer Institute
NIAUK Nuclear Industry Association
NRPB National Radiological Protection Board
RNSA Radiation and Nuclear Safety Authority
SSNTD Solid State Nuclear Track Detectors
UNSCEAR United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation
UFPR Universidade Federal do Paraná
UFRJ Universidade Federal do Rio de Janeiro
UTFPR Universidade Tecnológica Federal do Paraná
WBC Waverley Borogh Concil
Capítulo 1 Introdução 1
1 INTRODUÇÃO
1.1 Justificativa A inalação do radônio é considerada a principal causa de câncer de pulmão
depois do cigarro (IAEA, 2004; ICRP 60, 1991; NCI, 2004; NRPB, 2004; UNSCEAR,
2000). Estudos epidemiológicos com trabalhadores em minas subterrâneas e
experimentos com animais têm mostrado, consistentemente, um aumento no risco
de câncer de pulmão associado à exposição ao radônio e seus produtos de
decaimento (NRC, 1988). Estudos científicos feitos com trabalhadores de minas
datam desde o começo do século XIX, mas a partir dos anos 70, alguns cientistas
perceberam que a exposição ao radônio em residências poderia ser alta, e em
alguns casos, similares às exposições experimentadas por mineiros (UNSCEAR,
2000). Somente recentemente obtiveram-se evidências diretas deste risco por meio
da análise combinada de diversos estudos conduzidos na Europa, América do Norte
e China (LUBIN, 2004; DARBY, 2005; KREWSKI, 2005)
Dados apresentados pela UNSCEAR (2000) mostram que, em média, metade
de toda radiação absorvida por um ser humano, incluindo as naturais e artificiais, é
devida ao radônio. As Figuras 1.1 e 1.2 mostram a distribuição das contribuições das
diversas fontes de exposições às radiações naturais e artificiais.
Figura 1.1 - Gráfico das exposições às radiações (UNSCEAR, 2000)
Capítulo 1 Introdução 2
Figura 1.2 – Diagrama de blocos das exposições às radiações (UNSCEAR, 2000)
A Comissão Internacional de Proteção Radiológica (International Commission
on Radiological Protection, ICRP), em sua Publicação no 65 ICRP - 1993, Protection
Against Radon-222 at home and at work, estabelece medidas remediadoras para
reduzir a presença de radônio no ambiente das habitações, quando evidentemente
isto se fizer necessário. Tais medidas são sempre justificadas nos casos em que a
dose efetiva anual esteja acima de 10 mSv/ano, o que corresponde a uma
concentração média de radônio no ar de 600 Bq/m3. Para medidas de concentração
abaixo de 200 Bq/m3 não é considerada qualquer ação de intervenção. Na faixa
entre essas duas concentrações, algumas medidas remediadoras de menor
intensidade poderão ser consideradas (ICRP, 1993).
Resultados de estudos e pesquisas feitos no Brasil (MELO, 1999; REBELO et
al., 2002; VEIGA et al, 2003) mostram que há locais, onde as concentrações de
atividade de radônio são elevadas, apresentando algumas residências com valores
de concentração de atividade na faixa de 200 a 600 Bq/m3. Algumas dessas
residências, principalmente na área rural de Poços de Caldas, apresentam valores
de concentração de atividade superiores a 600 Bq/m3.
A quantidade de dados de concentração de radônio em residências no Brasil,
embora crescente, ainda não é suficiente para se estimar a exposição média da
população Brasileira ao radônio.
Capítulo 1 Introdução 3
As concentrações de radônio são bem conhecidas em países e regiões em que
estudos relativos ao tema têm sido constantemente desenvolvidos. Em locais em
que há dados suficientes, geralmente é feito um mapeamento das regiões, como é o
caso dos Estados Unidos, mostrado na Figura 1.2.
Um levantamento nacional das concentrações de radônio no país poderia
propiciar a realização de mapas de radônio, da forma como já foi feito em outros
países o que proporciona um conhecimento geral das concentrações de radônio em
nível nacional (BGS, 2004; DEPP, 2004; RNSA, 2004).
Figura 1.3 - Mapa dos EUA de zonas de radônio (EPA, 2005)
Recentemente a WHO (World Health Organization) iniciou um projeto
Internacional de Radônio com o objetivo de estimar o risco atribuível ao radônio no
âmbito mundial, discutir os níveis de intervenção já propostos por outros organismos
internacionais e sugerir aos países membros novas políticas de saúde pública
quanto ao risco da exposição ao radônio em residências (ZIENLINSKI et al, 2006).
Capítulo 1 Introdução 4
Tendo em vista o crescente interesse dos organismos internacionais em se
conhecer os níveis de exposição da população ao radônio em residências e a
escassez destes dados em esfera nacional, o grupo de pesquisa da UTFPR, em
conjunto com o Instituto de Radioproteção e Dosimetria (IRD) da Comissão Nacional
de Energia Nuclear (CNEN) iniciaram uma parceria para realizar um levantamento
das concentrações de atividade de radônio em Curitiba.
Desta forma, este trabalho realizou um levantamento das concentrações de
atividade de radônio em residências na região central e em alguns bairros
específicos das cidades de Curitiba e de Campo Largo pertencentes à Região
Metropolitana de Curitiba-PR. Paralelamente, foram desenvolvidos um equipamento
de revelação eletroquímica de detectores poliméricos e um código de identificação e
contagem de traços voltado a futuros levantamentos de concentração de radônio em
residências na Região Sul do Brasil.
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo geral O objetivo principal dessa pesquisa é avaliar a exposição ao gás radônio em
ambientes de convívio humano na Região Metropolitana de Curitiba.
1.2.2 Objetivos Específicos
Nesse projeto pretende-se também:
• Desenvolver um equipamento de revelação eletroquímica, usualmente
conhecido por etching eletroquímico, eficiente e de baixo custo, voltado a polímeros
sensores do tipo Lexan, da General Eletric; Makrofol, da Bayer; e LR115, da Kodak,
que são detectores de traços de partículas alfa.
• Desenvolver um código computacional de reconhecimento e contagem de
traços em detectores utilizando imagem escaneada.
• Demonstrar a importância de obtenção de dados sobre radônio no Brasil.
Capítulo 2 Fundamentos Teóricos 5
2 FUNDAMENTOS TEÓRICOS 2.1 Radônio O radônio é um gás radioativo, originado do decaimento radioativo do urânio e
posteriormente do rádio, presentes naturalmente na crosta terrestre. A importância
do radônio, do ponto de vista da radioproteção, decorre da radiotoxicidade de seus
produtos α-emissores de meia-vida curta, o Po218 e o Po214 e de sua abundância no
meio ambiente (NRC, 1999). As partículas alfa são núcleos de hélio que,
diferentemente das radiações beta e gama, não têm grande poder de penetração e
podem ser barradas com apenas uma folha de papel ou pela própria pele.
Entretanto, os danos que este tipo de radiação pode provocar estão relacionados
principalmente à inalação desse gás e sua conseqüente absorção nos tecidos do
pulmão, o que pode levar à formação de tumores pulmonares.
A energia das partículas alfa liberadas pelos produtos de decaimento do
radônio, o Po218 e o Po214, depositadas nas células do epitélio respiratório, é
considerada o fator indutor do câncer de pulmão associado à exposição ao radônio.
O gás radônio, naturalmente encontrado na atmosfera, é um emissor natural de
partículas alfa, o que faz com que a sua inalação e conseqüente decaimento do
mesmo no interior dos pulmões seja um grande potencial de dano à saúde humana.
O radônio (Rn) é um gás nobre radioativo, incolor, insípido e inodoro, 7,58
vezes mais pesado que o ar e mais de 100 vezes mais pesado que o hidrogênio.
O radônio consiste de três isótopos naturais abundantes, cada um deles
provenientes das três séries de desintegração (urânio, tório e actínio). O isótopo
mais estável, de meia-vida de 3,823 dias é o 222Rn, e faz parte da série do urânio, 238U. O torônio, 220Rn, da série do tório, 232Th, e o actinônio, 219Rn, da série do
actínio, 235U, têm meias-vidas de 51,5 e 3,92 s, respectivamente.
Observa-se que com relação ao radônio apenas o 222Rn tem uma estabilidade
maior que três dias, o que faz com que as medidas mais comuns sejam feitas tendo
como base esse isótopo. A Figura 2.1 mostra as séries de desintegrações dos
isótopos naturais do radônio.
Capítulo 2 Fundamentos Teóricos 6
SÉRIE DO URÂNIO
SÉRIE DO ACTÍNIO
SÉRIE DO TÓRIO
Urânio-238 (4,5 bilhões anos)
α
Urânio-235 (713 milhões anos)
α
Tório-232 (13,9 bilhões de anos)
α Tório-234 (24,6 dias)
β
Tório-231 (24,6 horas)
β
Rádio-228(5,7 anos)
β
Protactínio-234 (1,4 minutos)
β
Protactínio-231 (32.000 anos)
α
Actínio-228 (6,13 horas)
β Urânio-234 (270.000 anos)
α
Actínio-227 (13,5 anos)
α β
Tório-228 (1,9 anos)
α Tório-230 (83.000 anos)
α
Frâncio-223 e Tório-227 (21 min) (18,9 dias)
β α
Rádio-224 (3,6 dias)
α Rádio-226 (1.600 anos)
α
Rádio-223 (11,4 dias)
α
Radônio-220 (54,5 segundos)
α Radônio-222 (3,8 dias)
α (3,1
Radônio-219 (3,9 segundos)
α 05
Polônio-212 (0,0000003 segundos)
α o-20Polônio-218 min)
-214 (2
α
Polônio-211 (0,0 segundos)
α 6,8 min)
Bismuto-214 (19,9 min)
Polônio- ,00014s)
0 dias)
Polônio-21 (140 dias)
α
Chum o-206
Chumb 8 (estável)
Chumbo
β
Chumb 7 estável
o-20
214 (0
β
α 210 (2Chumbo- 2,3 anos)
β
Bismuto
-210 (5,
β
0
b
Estável
Figura 2.1 Séries radioativas Naturais (modificada de CNEN, 2003)
Capítulo 2 Fundamentos Teóricos 7
O radônio flui do solo de onde é gerado para o ar livre e também para dentro
de ambientes internos, onde, dependendo da ventilação do local, pode alcançar
valores altos de concentração. Em geral, duas etapas determinam o fluxo de radônio
dos materiais: a emanação e a exalação.
2.2 Emanação A emanação é o processo de liberação de gases da matriz mineral sólida para
os poros do material. O coeficiente de emanação pode ser definido, segundo Kovler
et al. (2005), como a razão entre a atividade do radônio liberado do material (n1) e a
atividade do rádio (no) dentro do material. A Equação 2.1 mostra esta relação:
)(/)( 1 onRanRnf = Eq. 2.1
A influência mais importante na emanação de radônio é a concentração de
rádio, o seu precursor, nas rochas e nos solos, que tem um valor médio de 40 Bq/kg.
Medidas mostram uma discrepância nos valores, desde que a fração dos átomos 222Rn emanados em um solo homogêneo com 226Ra uniformemente distribuído
deveria encontrar-se abaixo de 0.01 (1 %), e o coeficiente medido de emanação
varia, na maioria dos solos, entre 0.2 e 0.6 (HUNYADI et al., 1999).
A explicação, ainda segundo Hunyadi et al. (1999), é que devido aos processos
climáticos uma fração grande de 226Ra e de 230Th, precursores do 222Rn, é
acumulada próxima ou nas superfícies de grãos minerais, o que resulta em uma
probabilidade maior dos átomos de 222Rn serem catapultados para os espaços
vazios do solo.
Em geral, os solos têm taxas mais elevadas de emanação do que as rochas
das quais são provenientes, devido ao solo fino ter superfície total maior. Quanto
menor é o tamanho das partículas do solo, maior é a superfície específica, e maior é
o poder de emanação dos materiais.
Um outro parâmetro importante que influencia na emanação de 222Rn é a
quantidade de umidade do solo. A taxa de emanação pode diferir de um fator de até
30 entre um solo seco e um saturado. Isto acontece devido às distâncias de recuo
de um átomo 222Rn na água e no gás. Dentro da água do solo, um átomo de 222Rn
catapultado percorre uma distância de 0.1 milímetros e dentro do solo-gás percorre
Capítulo 2 Fundamentos Teóricos 8
63 milímetros. Devido ao fato de muitos poros do solo terem diâmetros menores do
que 63 milímetros, uma fração de 222Rn catapultado penetra em um grão adjacente.
Conseqüentemente, um aumento da umidade do solo absorve parte da energia do
recuo (REBELO et al., 2002).
2.3 Exalação A exalação marca a passagem de 222Rn da matriz para a atmosfera. O fluxo de
radônio proveniente da superfície da matriz sólida é denominado de taxa de
exalação e é medido em Bq/m2.h (AL-JARALLAH et al., 2005; TUNG et al., 2005).
Segundo Rebelo et al. (2002), para estudos de exalação do solo é apropriado
distinguir as circunstâncias meteorológicas que influenciam os parâmetros geofísicos
e as circunstâncias que mudam a concentração de 222Rn, diretamente. Dentre essas
circunstâncias, a freqüência e a quantidade de precipitação são importantes, pois
influenciam o índice de umidade do solo e a permeabilidade do gás. A pressão
atmosférica, a temperatura, a força do vento também exercem influência na
exalação. A geada ou a neve podem conduzir a um isolamento temporário da
superfície do solo, de forma que o 222Rn fica acumulado abaixo do isolamento, e a
taxa de exalação, neste caso, é minimizada.
Uma mudança da pressão atmosférica pode influenciar a taxa de exalação, que
é correlacionada geralmente negativamente com o aumento do gradiente da pressão
atmosférica.
Com pressão crescente, o ar atmosférico com concentrações 222Rn baixas é
introduzido no solo, de modo que a exalação é diminuída, e vice-versa: uma pressão
baixa induz uma saída de gás 222Rn do solo, tendo por resultado uma exalação
elevada.
O impacto do gradiente de temperatura entre o solo e a atmosfera é muito
importante. Se o solo estiver mais quente do que a atmosfera (gradiente positivo de
temperatura), um fluxo dirigido ascendente do solo será gerado, o que conduz a
taxas mais elevadas de exalação. Da mesma forma um solo mais frio (gradiente
negativo de temperatura) reduz a convecção, e, conseqüentemente, a taxa de
exalação.
Capítulo 2 Fundamentos Teóricos 9
Para medidas em ambientes internos, materiais de construção podem
contribuir significativamente com relação à exalação de radônio. Medidas
remediadoras devem ser tomadas, em conjunto com o aumento da ventilação, para
reduzir a concentração de radônio no ambiente (AL-JARALLAH et al., 2005).
A localização do átomo no grão mineral e a direção que o átomo de radônio
assume no momento da sua emanação são os principais fatores determinantes para
a saída do meio em que se encontra. Se o átomo de rádio encontra-se localizado em
uma região muito interna na estrutura mineral, dificilmente o radônio será exalado,
mesmo que a direção assumida pelo átomo seja no sentido da superfície do grão
(MELO, 1999).
O transporte do radônio, desde sua entrada no poro do material até a
superfície, pode ocorrer por difusão ou por convecção, descritos a seguir.
2.3.1 Difusão O principal mecanismo de entrada do radônio na atmosfera é a difusão
molecular. Uma medida para a difusão 222Rn é dada pelo coeficiente de difusão. Isto
indica a quantidade dos átomos que difundem através de uma superfície em um
dado intervalo de tempo. O coeficiente de difusão do 222Rn para a atmosfera e água
encontra-se na escala de 10-5 a 10-10 m2/s. A maioria dos solos tem um coeficiente
na ordem de 10-6 a 10-7 m2/s.
Uma exigência importante para o transporte difusivo do 222Rn é a
permeabilidade do gás no solo, que é controlada, principalmente, pela porosidade e
pelo índice de umidade. Normalmente, a permeabilidade aumenta com tamanho de
grão, já que neste caso a fração de poros é maior, e a água pode se mover mais
facilmente através dos poros. A escala de transporte de 222Rn pode alcançar até
100m, quando ocorrem taxas de fluxo elevadas, mas geralmente, a distância da
migração encontra-se na escala de 2 a 3 m (HUNYADI et al., 1999).
Ainda sob o ponto de vista de Hunyadi et al. (1999), a distância da difusão dá a
escala do movimento difusivo sob a consideração da deterioração radioativa. Para
solos molhados a distância de difusão é somente de alguns centímetros, posto que
em solos secos pode alcançar aproximadamente 1,5 m.
A Equação 2.2 mostra a densidade de fluxo do radônio na superfície, também
denominada de taxa de exalação, dada pela expressão:
Capítulo 2 Fundamentos Teóricos 10
2/1)]./(.[... ελρλ RneRnRaD DfCJ = Eq. 2.2
onde é a taxa de exalação por unidade de área do material em um determinado
tempo (Bq.m
DJ-2s-1), é a concentração de RaC 226Ra no solo (Bq.kg-1); λRn é a constante
de decaimento do 222Rn: (λRn=2,1 x 10-6.s-1); f é a fração de emanação, definida
como a razão do número de átomos de radônio liberado (n1) do material pelo
número de átomos formado (no) pelo decaimento radioativo do 226Ra em uma
unidade de tempo; ρ é a densidade do material (kg.m-3); é o coeficiente de
difusão efetiva (m
eD-2.s-1); e ε é a porosidade do material. A expressão entre
parênteses está relacionada ao alcance da difusão (UNSCEAR, 1993).
2.3.2 Convecção O movimento convectivo é induzido por diferenças de pressão criadas por
condições metereológicas, onde o fluido (água, ar ou vapor d’água), dentro dos
poros do material, atua como transportador dos átomos de radônio. Durante um
transporte convectivo, o 222Rn se move passivamente em um meio, que pode ser
água ou solo-gás. As contaminações do solo com líquidos orgânicos podem gerar
um fluxo convectivo forte, quando os líquidos se vaporizam facilmente.
Em materiais de construção, o transporte convectivo tem menor importância
que o difusivo, sendo apenas este, em geral, levado em consideração, uma vez que
a maioria dos materiais de construção tem baixa permeabilidade (UNSCEAR,1993,
Melo, 1999).
2.4 Níveis de Concentração de Radônio no Brasil Poucos estudos de caracterização da concentração de radônio em residências
foram realizados no Brasil. Dentre estes, podem ser citar os levantamentos
realizados na cidade do Rio de Janeiro (MAGALHÃES, 1999), em Poços de Caldas
(AMARAL, 1992, VEIGA et al, 2003), Monte Alegre (MELO, 1999) e Campinas
(NEMAN, 2000). A Tabela 2.1 apresenta os valores médios, mínimos e máximos de
concentração de radônio encontrados nestes estudos para as cidades avaliadas.
Capítulo 2 Fundamentos Teóricos 11
Tabela 2.1 - Valores médios, mínimos e máximos de concentração de radônio
Concentração Radônio (Bq/m3) Localidade
Número de
Medidas Média Mínimo Máximo
Referência
Poços de Caldas Área rural
Área rural
Área urbana
30
41
97
204
220
61
50
27
12
1046
1024
920
Amaral et al, 1992
Veiga et al, 2003
Veiga et al, 2003
Monte Alegre Área rural
Área urbana
18
26
116
75
40
22
338
188
Melo, 1999
Melo, 1999
Rio de Janeiro 48 40 9 200 Magalhães, 1999
Campinas 67 80 20 254 Neman, 2000
2.5 Sistema de Detecção de Rn 2.5.1 Detectores De acordo com ENGE (apud MELO, 1999), no final da década de 50 descobriu-
se que os danos provocados por partículas ionizantes podem ser transformadas em
traços visíveis não somente em sólidos inorgânicos (cristais de minerais e vidros),
como também em sólidos orgânicos (polímeros). Além disso, verificou-se, no início
da década de 60, que, enquanto vidros e minerais detectam apenas fragmentos de
fissão, outros materiais, como certos plásticos, possuem a capacidade de registrar
partículas mais leves, como prótons e alfa.
Atualmente, a detecção de partículas carregadas através de detectores
plásticos constitui-se na técnica mais utilizada para medida de atividade em
ambientes de convívio humano (FRANK et al., apud MELO, 1999).
A radiação ionizante altera profundamente a estrutura molecular dos materiais
poliméricos. Quando são irradiados, tanto pode ocorrer a cisão da cadeia polimérica
principal, levando a uma diminuição da massa molecular, como à reticulação
(crosslinking), causando o aumento da massa molecular (MELO, 1999).
Capítulo 2 Fundamentos Teóricos 12
Quando uma partícula alfa atravessa uma película de policarbonato, ela destrói
as ligações das correntes que compõe o polímero. Desta forma, por toda a superfície
e volume do detector surgem traços submicroscópicos, cujo comprimento depende
da densidade do material e da energia da partícula alfa incidente. Além disso, a
energia ainda determina a partir de qual profundidade é que o traço poderá ser
percebido (DÖRSCHEL et al., 1993; KAPPEL et al., 1997; NIKEZIC e YU, 2003;
URBAN e PIESCH, 1981).
Essa alteração ocorre na forma de traços que, nos polímeros plásticos, têm
cerca de 10 nm de diâmetro. As cadeias poliméricas são destruídas não só pelo
processo primário de ionização, mas também pelos elétrons secundários e elétrons
que recuam a partir da colisão com a partícula incidente (MELO, 1999).
Mais um aspecto a respeito da aplicação do policarbonato como detector, é
que, tendo em vista que as cadeias desse material não reagem quimicamente sob
as condições normais de temperatura e pressão, desde que armazenados nestas
condições, preservarão os traços latentes (traços formados que não sofreram
modificação forçada) por longos períodos, sem apresentar redução substancial da
densidade de traços numa leitura posteriormente executada (EL-HAWARY et al.,
1999; KAPPEL et al., 1997).
A visualização dos traços ocorre após um processo de ampliação (revelação)
dos traços, conhecido como etching eletroquímico (ECE). Após o etching, com
aumento de 20 vezes, os traços são bem identificados.
Existe uma série de materiais que registram partículas alfa, como, por exemplo,
mica, plástico, termoluminescentes, vidro, e outros. Com qualquer um destes é
possível detectar traços de radônio, mas cada material apresenta vantagens
relacionadas às suas características. Estas características são:
a) Sensibilidade - Quanto maior for a sensibilidade e precisão do detector, mais
adequado ele será, desde que suas demais atribuições não se apresentem como
obstáculos maiores que as qualidades. A sensibilidade S define qual a relação
existente entre a densidade de traços no detector e a concentração de radônio no
ambiente e é determinada durante o processo de calibração do detector cMELO,
1999).
b) Custo - Uma investigação da concentração de radônio, para apresentar
resultados significativos, necessita que sejam feitas medições em diversos locais e
Capítulo 2 Fundamentos Teóricos 13
em larga escala. Logo, o custo do detector também deve ser levado em
consideração.
c) Tempo de exposição - Os tempos de exposição para detecção de radônio
variam de acordo com o tipo de detector utilizado. Em geral, são usados detectores
de longo prazo, como será visto em item posterior. Mas é possível adiantar que
tempos muito longos (acima de um ano) são pouco práticos, além de elevar as
chances de extravio do equipamento.
Vários autores afirmam que os detectores alfa mais confiáveis são os
detectores nucleares do estado sólido, Solid State Nuclear Track Detectors
(SSNTD), técnica esta utilizada por grande número de pesquisadores, inclusive aqui
no Brasil (MELO, 1999; NEMAN, 2000; VEIGA et al., 2003; VEIGA et al., 2004 e
outros). Os principais detectores nucleares do estado sólido são descritos a seguir.
a) Discos compactos (CDs)
Os discos compactos, CDs, foram utilizados com sucesso nos trabalhos da
Universidade de Sofia (PRESSYANOV et al., 2001). Embora seu custo seja baixo os
procedimentos necessários para sua utilização exigem um trabalho mecânico
preciso de desgaste para que se atinja a espessura necessária. O equipamento e a
técnica envolvidos neste desgaste constituem uma desvantagem considerável.
b) Makrofol, LR 115 e CR 39 Os detectores plásticos à base de policarbonato são relativamente baratos e
operam satisfatoriamente sob diversas condições ambientais (EL-HAWARY et al.,
1999). São utilizados nas medidas de nêutrons e de radônio, em que os prótons de
recuo e as partículas de alfa causam, respectivamente, defeitos no material quando
interagem. Os resultados processados nas "trilhas óticas", chamados traços, podem
ser contados e relacionados à concentração absorvida do produto em relação à
dose.
O Makrofol (Bayer), LR 115 (Kodak) e o CR 39 (Pershore) são comumente
utilizados para detecção de radônio, sendo que o Makrofol mostra melhor
desempenho quando é feita a revelação eletroquímica. Já para o LR 115 e o CR 39,
a revelação química é suficiente para a visualização dos traços. O trabalho de
Capítulo 2 Fundamentos Teóricos 14
Howard e Miles (2002) faz um estudo completo das características destes detectores
e, para esta pesquisa, não se encontrou grandes disparidades, de acordo com a
finalidade deste trabalho, de qualquer um dos três detectores citados.
O tipo de equipamento para o ECE poderia ser, para qualquer um dos
detectores, similar ao proposto por Pressyanov et al. (2001). Para a revelação de
folhas de Makrofol com 300μm de espessura, deve-se aplicar CE por 4 horas,
utilizando uma solução básica, a 40°C. Passado o tempo de ataque químico, os
detectores deverão ser retirados da câmara, lavados abundantemente com água
destilada e deixados para que sequem ao ar, em temperatura ambiente.
Estando os detectores secos pode-se passar para a segunda etapa, a ECE: a
parte intacta do detector deve ser posicionada na câmara de revelação sobre uma
solução de álcool. Já o lado recém corroído deve ficar voltado para cima, em contato
com nova solução de hidróxido de potássio e álcool etílico. Então, aplicam-se 1000V
em 3000Hz, por 1 hora e 30 minutos.
c) Lexan As vantagens do Lexan (General Electric) e do Makrofol (Bayer) sobre os
demais SSNTDs são a alta qualidade de lote e boa capacidade de reprodução em
termos de resultados e de densidade de background (AL-NAJJAR et al., 1989).
A Figura 2.2 mostra uma folha de Lexan, da forma em que é encontrado
comercialmente.
(a) (b)
Figura 2.2 – Lexan em folha (a) e pronto para uso (b)
Capítulo 2 Fundamentos Teóricos 15
As soluções utilizadas para a revelação do Lexan com 250μm de espessura
são as mesmas do Makrofol. O que muda no procedimento são os tempos de
corrosão, as temperaturas e as intensidades de tensão e freqüência aplicadas.
Ao final do processo de revelação, apesar de ainda muito pequenos, os traços
podem ser visualizados a olho nu. Uma melhor visualização é feita por meio de
microscópio óptico e a contagem pode ser feita manualmente com o auxílio de um
contador mecânico ou por meio de um programa computacional de identificação e
contagem de traços.
Uma das vantagens do uso do Lexan é que o mesmo é recoberto por uma
membrana (filme plástico fino), denominada Mylar. Quando da exposição, essa
membrana subtrai as energias não importantes homogeneizando os traços latentes.
No momento da revelação há a remoção dos filmes plásticos e, conseqüentemente,
a eliminação desses traços.
2.5.2 Câmaras de difusão A função da câmara de difusão é de homogeneizar o processo de detecção do
filme garantindo que os produtos registrados sejam predominantemente os alvos de
investigação. Pelo mesmo motivo justifica-se a adição de um filtro colocado na
entrada da câmara: o controle de passagem dos elementos é função direta da
permeabilidade do filtro e do material de sua composição.
Existem vários modelos de câmaras de difusão que cumprem a função de
forma eficiente (KHAN et al., 1993). A Figura 2.3 ilustra algumas câmaras usadas
para controle da qualidade do ar.
Figura 2.3 – Câmaras de difusão para radônio e para amostras de ar
Capítulo 2 Fundamentos Teóricos 16
Um dos modelos usados por Urban et al. (1981), mostrado na Figura 2.4, é um
conjunto composto por uma tampa fixada por encaixe, um anel que atua como
suporte para o filtro e a câmara propriamente dita, em formato de tronco de cone.
Figura 2.4 - Câmara de difusão proposta por Urban et al. (1981)
Esta câmara possui um volume interno - ou volume sensível - de 305cm³; é
feita de um material plástico denominado LURAN S, modelado por pressão, e é
produzida pela BASF, Alemanha.
O detector é colocado no fundo do cone de difusão (corpo da câmara) e o filtro
ficará apoiado sobre o primeiro degrau do cone, de forma que todo o ar que entra na
câmara deverá perpassar através desse filtro.
Esta câmara costuma ser aplicada para medições da concentração de radônio
ou por seus produtos de decaimento em ambientes externos, pois suas formas
garantem melhor proteção ao detector e seus componentes.
A câmara mostrada na Figura 2.5, ao lado da descrita anteriormente, por sua
vez, possui volume sensível de 7,1cm³ na forma de uma semi-esfera com 3cm de
diâmetro. É composta de uma tampa vazada para a passagem de ar, que é fixada
ao corpo da cápsula através de uma rosca; um anel que serve como suporte para o
filtro e para o detector, e o corpo (câmara semi-esférica).
A altura do conjunto montado é de 2cm, e o diâmetro externo é de
aproximadamente 4cm. Para diminuir a deposição dos produtos de decaimento do
Rn sobre o detector, a câmara é feita com fibra de carbono de alta condutividade
Capítulo 2 Fundamentos Teóricos 17
elétrica. Com isso, a deposição dos produtos indesejados, denominado plate-out, no
detector, será feita preferencialmente nas paredes da câmara.
Figura 2.5 – Câmaras de difusão para radônio
Na entrada da câmara são colocados estes filtros para a absorção dos
aerossóis. Além disso, o formato em semi-esfera da câmara propicia um melhor
transporte difusivo na direção das paredes e a melhor absorção dos subprodutos do
radônio, que, tendo energias mais baixas e meias-vidas menores, tendem a decair
antes de chegar ao detector.
2.5.3 Filtros Há duas classes de filmes que podem ser aplicados como filtros para a câmara
de difusão: os poliméricos e os de papel. Sharaf e Abo-Elmagd (2005) testaram o
desempenho de ambos e, por meio dos seus resultados, pôde-se concluir que os
filtros mais adequados para situações nas quais não é possível controlar a
temperatura são os de papel, pois os poliméricos apresentaram grande flutuação de
permeabilidade sob as condições citadas, enquanto que a mesma propriedade dos
filtros à base de papel mostrou-se independente da temperatura.
A fibra de vidro, ou borossilicato é amplamente adotada para a pesquisa do Rn,
pois captura os produtos de decaimento do gás nobre que se agregam aos
aerossóis, permitindo apenas a passagem do 222Rn. Portanto, os subprodutos do
Capítulo 2 Fundamentos Teóricos 18
elemento que aparecem no detector são de responsabilidade apenas do decaimento
radioativo ocorrido no interior da cápsula.
2.5.4 Membranas Apesar de as câmaras possuírem dispositivos de redução da plate-out sobre os
detectores, se não for utilizada alguma membrana no policarbonato, os traços
criados pelos produtos de decaimento do 222Rn, que se depositarem sobre o
detector, dificultarão substancialmente o processo de diferenciação entre os traços e
os de ruído.
Além disso, esses filmes de proteção têm por objetivo homogeneizar a
distribuição dos traços, captar as partículas de baixa energia, preservando a
superfície do detector, e frear as partículas de alta energia, ampliando a capacidade
de absorção de detector.
Em alguns tipos de detectores, como o Makrofol e o Lexan, a membrana
plástica Mylar é amplamente utilizada, pois as folhas de policarbonato (detectores) já
vêm com esta película fixada, durante o processo fabril, em ambas as faces.
2.6 Métodos de Revelação de Detectores As soluções químicas mais utilizadas entre os pesquisadores para revelação
dos SSNTDs são as preparadas à base de hidróxido de potássio e álcool. Há duas
opções de preparo que são igualmente aceitas: uma com metanol (PMW) e a outra
com etanol (PEW). A diferença entre elas é o tempo necessário para que o mesmo
resultado de desgaste seja atingido.
2.6.1 Pré-revelação química Na pré-revelação, conhecida como Etching – CE há a corrosão a superfície do
detector e a ampliação do diâmetro dos traços latentes. Neste processo, a
velocidade de corrosão da superfície é diferente da mesma na região dos traços;
portanto, se um traço ficar tempo demais sob a ação da CE, este poderá ser
apagado, como mostra a Figura 2.6 (a), enquanto que os demais traços, de maior
energia, vão sendo ampliados e desgastados com o passar do tempo, como mostra
a Figura 2.6 (c).
Capítulo 2 Fundamentos Teóricos 19
Figura 2.6 - Esquema da revelação química (Tommasino, 2004)
A eficiência da revelação do detector mostra forte dependência com a
espessura da camada removida e com a energia das partículas alfa exploradas (EL-
HAWARY et al., 1999). Desta forma, definida a faixa de energia de partículas que se
deseja avaliar, precisa-se determinar o tempo de desgaste químico, de maneira que
os traços que não são interessantes à medição sejam eliminados e que os demais
tenham o diâmetro superficial suficientemente ampliado para o próximo passo de
revelação.
Dentre os autores adotados como referência há certa divergência quanto a
composição da solução a ser utilizada: alguns defendem a aplicação de soluções à
base de etilenodiamina (DADVAND e SOHRABI, 1999), outros de hidróxido de
potássio misturado com álcool (etanol, metanol, ou ambos) (DÖRSCHEL et al.,
1993; PRESSYANOV et al., 2001; SOHRABI et al., 1998) e outros ainda pregam a
aplicação de hidróxido de sódio (DANZIGER et al., 1995).
2.6.2 Revelação eletroquímica Na revelação eletroquímica, conhecida como Electrochemical Etching – ECE, o
processo de corrosão funciona de forma diferenciada do método anterior. Enquanto
que a CE apenas prepara os traços latentes para o próximo passo de revelação, a
ECE amplia seus diâmetros, tornando-os visíveis a olho nu.
Como pode ser verificado na Figura 2.7, esta forma de revelação diferencia as
energias de traços latentes através da dimensão final do diâmetro: quanto menor a
energia, maior o diâmetro que o traço terá no final do processo (a), pois foi corroído
por um período de tempo maior.
Capítulo 2 Fundamentos Teóricos 20
Figura 2.7 – Esquema da corrosão provocada por ECE (Tommasino, 2004)
Um fator a que se deve dedicar atenção especial nesta etapa do processo é o
tempo de duração da revelação: se for muito prolongado, poderá provocar
sobreposição dos traços e conseqüente perda de precisão na medida de
concentração, prejudicando a qualidade da avaliação.
No processo de revelação dos policarbonatos se faz necessária uma câmara
para revelação que possua uma célula para cada detector, isoladas eletricamente
uma da outra. Desta forma, podem ser revelados mais do que apenas um detector
por vez (MELO, 1999; PRESSYANOV et al., 2004).
Assim, a revisão bibliográfica direcionou os trabalhos descritos no capítulo
seguinte, que contempla a metodologia da pesquisa.
Capítulo 3 Classificação e Delimitação da Pesquisa
21
3 CLASSIFICAÇÃO E DELIMITAÇÃO DA PESQUISA 3.1 Classificação da Pesquisa Escolheu-se a forma clássica de classificação de pesquisas, segundo as
disposições de Gil (1991).
Segundo a área e o modo de proceder em que foi realizado, o trabalho se
classifica como pesquisa aplicada, pois busca a utilização prática de conhecimentos
teóricos por meio de observação e por meio de experimentação.
Assim, a pesquisa objetiva gerar conhecimentos para aplicação prática e que
são dirigidos à solução de problemas específicos. Os conhecimentos prévios sobre
as radiações, principalmente sobre a emissão de partículas alfa pelo radônio, bem
como as técnicas de detecção dessa radiação propiciam as medidas e análises dos
resultados.
Com relação à área de abrangência, a pesquisa se classifica como pesquisa
interdisciplinar, já que abrange as áreas de Física, Química, Engenharia Civil,
Engenharia de Materiais e Saúde. Abrange a área de Física no que toca o
conhecimento sobre radiações, seus mecanismos de transporte e suas interações
com a matéria. Envolve a área de Química quando estuda os fenômenos
relacionados às reações, principalmente na revelação dos detectores. As
Engenharias Civil e de Materiais são abrangidas, já que, para estudo dos ambientes,
levou-se em consideração a disposição dos mesmos e os materiais de construção
utilizados. Com relação à Saúde, o trabalho considerou os malefícios gerados pela
contaminação pelo gás estudado.
A forma de abordagem é quantitativa, já que considera que a contaminação
pelo radônio é quantificável, o que significa traduzir em números dados e
informações para classificá-los e analisá-los.
Quanto ao nível de interpretação, a pesquisa pode ser dividida em duas partes.
Do ponto de vista geral é comprobatória, já que procura provar uma hipótese: a de
que o radônio, sendo um gás naturalmente radioativo exalado do solo, rochas e
água, e comprovadamente nocivo à saúde, deve ser monitorado e a concentração
deste elemento, nos ambientes de convívio humano, deve ser conhecida.
Capítulo 3 Classificação e Delimitação da Pesquisa
22
Por outro lado, do ponto de vista específico é exploratória, já que testou
instrumentos para que a pesquisa, em sua totalidade, pudesse ser desenvolvida.
Além de classificar, e no intuito de melhor situar a pesquisa, houve a
delimitação dos trabalhos, vista a seguir.
3.2 Delimitação da Pesquisa
A pesquisa tem a intenção de fazer uso da teoria para colher os dados da
forma adequada e formular conclusões sobre o objeto de estudo. Procurou-se
estabelecer limites claros de forma a enfocar os estudos e direcioná-los aos
objetivos contidos no item 1.2.
A problemática da contaminação pelo radônio e filhos foi tratada de forma
abrangente e levou em consideração normas internacionais, pareceres de
laboratórios do Brasil e de outros países, trabalhos acadêmicos e publicações
científicas tanto nacionais quanto internacionais. Devido à forma percebida nessa
parte, houve uma visão geral sobre o assunto que, embora não tenha fornecido
dados para estudos estatísticos, serviu como base sólida para encaminhamento da
parte experimental e para as análises posteriores.
A contaminação pelo radônio, segundo seus níveis, foi estudada com dois
objetivos. O primeiro foi o de definir o método experimental. O segundo foi o de
servir de base comparativa para a análise dos resultados.
Nessa parte, a pesquisa teve enfoque mais específico e fez uso de dados de
contaminação detectada por pesquisadores em regiões do Brasil, levando em
consideração, principalmente os trabalhos de Melo (1999) Neman (2000), Paulo
(2004), Rebelo et al. (2002), Rebelo et al. (2003), Veiga et al. (2003) e Veiga et al.
(2004).
As medidas feitas na parte experimental foram restritas à Região Metropolitana
de Curitiba, com medidas em ambientes internos e externos e os resultados
encontrados foram comparados com as previsões de Rebelo (2002), com os autores
mencionados no item anterior e com os limites propostos por órgãos mundiais de
saúde (IAEA, 2004; ICRP 60, 1991; NCI, 2004; NRPB, 2004; UNSCEAR, 2000).
Capítulo 3 Classificação e Delimitação da Pesquisa
23
Os detectores estudados foram exclusivamente os detectores do estado sólido
(SSNTD - Solid State Nuclar Track Detectors), especificamente os policarbonatos
sensíveis à radiação alfa. O sistema proporcionou medidas de longo prazo da
quantidade de radônio em ambientes da região de Curitiba-PR.
O método de aumento dos traços foi a revelação Eletroquímica (ECE –
Electrochemical Etching) em duas situações diferentes: a primeira com método e
equipamento já utilizado pelo IRD, no Rio de Janeiro, e a segunda, onde foi utilizado
método similar ao do IRD, mas equipamento próprio, desenvolvido na UTFPR.
A população escolhida conteve os ambientes internos de residências ou
estabelecimentos comerciais de características arquitetônicas similares, em que a
seleção dos elementos foi feita aleatoriamente.
Capítulo 4 Materiais e Métodos 24
4 MATERIAIS E MÉTODOS A caracterização dos níveis de concentração de radônio na região
metropolitana de Curitiba foi realizada em duas campanhas (etapas) de
amostragens. A primeira no período de maio a agosto de 2005 e a segunda no
período de setembro de 2005 a janeiro de 2006. Os trabalhos foram divididos em 4
partes:
• Seleção dos locais de amostragem
• Medida das concentrações de radônio por meio de método de
amostragem passiva
• Desenvolvimento de um código de reconhecimento e contagem de traços
• Desenvolvimento de um equipamento de etchjng eletroquímico para
revelação de traços
4.1 Seleção dos Locais de Amostragem
Os locais das medidas foram escolhidos usando-se o critério da aleatoriedade,
em residências e locais de convívio humano da Região Metropolitana de Curitiba e
da cidade de Campo Largo, PR. As medidas foram feitas em duas etapas e os locais
medidos segundo alguns enfoques. Na primeira etapa os enfoques foram: o primeiro
direcionado a casas de alvenaria de área total aproximada de 150m2, na região de
Campo Largo-PR, onde foram feitas duas medidas: uma interna, geralmente na sala,
e outra externa em área coberta.
O segundo enfoque foi para edifícios na região central de Curitiba, onde foram
instalados detectores no pavimento térreo e no subsolo (em geral na garagem).
Outro grupo foi criado com medidas no bairro do Portão, em Curitiba, com medidas
no andar térreo.
Na segunda etapa os enfoques se diferenciaram da primeira apenas para
medidas em residências em Curitiba, em locais distantes não mais que 10 km do
centro, com medidas internas e externas, sem medidas em subsolo.
A Tabela 4.1 apresenta a quantidade de medidas feitas e o tipo de local
monitorado, por região selecionada.
Capítulo 4 Materiais e Métodos 25
Tabela 4.1 – Locais monitorados e número total de medidas
Região selecionada Tipo de local monitorado
Número de locais
Interna 14 Campo Largo
Externa 15
Interna 41
Externa 8 Curitiba Centro
Subsolo 5
Curitiba Portão Interna 13
O contato com o morador foi feito previamente e as visitas foram marcadas
com antecedência. Houve mudança apenas em dois endereços, um, devido a receio
do morador sobre o termo radioatividade e outro por se localizar fora da área
definida. O cadastro dos locais foi feito por meio da Ficha de Cadastro que pode ser
vista no Apêndice A.
Foram instalados 50 detectores na primeira etapa e 55 detectores na segunda
etapa. As medidas internas foram realizadas a 1,50m d o piso, e quando externas, a
2,50m do solo. No caso de edifícios, houve a colocação dos detectores cerca de 2m
acima do piso. Os detectores permaneceram aproximadamente 3 meses nos
ambientes (88 dias na primeira etapa e 120 dias na segunda etapa). O período de
exposição de três meses de exposição em residências é amplamente adotado na
literatura. Este valor está relacionado à concentração de radônio em residências,
geralmente abaixo dos 200 Bq/m3, e a quantidade de traços por cm2 do detector,
para que não haja superposição e conseqüente perda de eficiência na leitura dos
mesmos.
Houve a separação dos cinco detectores de trânsito, que permaneceram
lacrados dentro das câmaras para controle do background. Estes detectores foram
revelados juntamente com os demais e o valor médio dos traços encontrados,
denominado branco, foi deduzido do número de traços contados em cada detector
exposto. Houve perda de medidas o que resultou em 46 medidas na primeira etapa
Capítulo 4 Materiais e Métodos 26
e 50 na segunda etapa. As Figuras 4.1 e 4.2 mostram a instalação de detectores em
Campo Largo-PR.
Figura 4.1 – Detectores em residências de Campo Largo (externo)
Figura 4.2 – Detectores em residências de Campo Largo (interno)
4.2 Medida das Concentrações de Radônio por Meio do Método de Amostragem Passiva 4.2.1 Detectores A medida de amostragem passiva permite a determinação da concentração de
atividade de radônio integrada ao longo de um determinado período de tempo. A
técnica de medida da concentração de radônio empregando-se detectores plásticos
de traços é descrita por vários autores (KNOLL, 1979; URBAN et al, 1985; MILES,
1992; MELO, 1999).
Capítulo 4 Materiais e Métodos 27
Neste trabalho foram utilizados os detectores Lexan, cujas vantagens foram
descritas no capítulo 2, inclusive com relação à membrana de Mylar que subtrai as
energias não importantes homogeneizando os traços latentes.
4.2.2 Câmaras de difusão
A câmara utilizada neste trabalho foi descrita no capítulo 2 e pode ser vista na
Figura 4.3. Este modelo é bastante utilizado pelo Instituto de Radioproteção e
Dosimetria (IRD) em medidas internas de radônio.
Figura 4.3 – Câmaras de difusão para radônio
Na entrada da câmara foram colocados filtros para a absorção dos aerossóis.
4.2.3 Revelação eletroquímica
Após a coleta dos detectores, estes foram enviados ao laboratório de radônio
do Instituto do IRD para serem submetidos a revelação eletroquímica que possibilita
a visualização dos traços.
A revelação eletroquímica foi feita com câmara de revelação EKOTRONIC e
com solução de propanol no lado inerte do detector e solução ECE (KOH 6 molar +
80% álcool etílico em volume) no lado ativo do detector.
Após remoção da camada de Mylar, os detectores foram instalados na cuba
sobre uma gota do propanol. Sobre os mesmos foram colocados anéis de vedação e
a solução reveladora. A temperatura do local foi mantida a em 25o C. Para limpeza
foi usada uma solução EDTA – Ácido etileno diamino tetra acético.
As Figuras 4.4 e 4.5 mostram, respectivamente, a fonte de alta tensão e alta
freqüência utilizada e a cuba eletrolítica na qual foram instalados os detectores para
revelação.
Capítulo 4 Materiais e Métodos 28
Figura 4.4 - Fonte de alta tensão e alta freqüência
Figura 4.5 - Cuba eletrolítica para revelação
O processo consiste em dois estágios. O primeiro (CE) com 100 Hz e 1000V,
por 30 minutos. O 0 minutos. Com o
dispositivo então ligado, e sob as condições mencionadas no parágrafo anterior, há
resultados serão vistos no capítulo posterior.
segundo (ECE) com 8000Hz e 800V, por 9
a corrosão e revelação dos traços.
Foram revelados 96 detectores expostos e 9 detectores de trânsito cujos
Capítulo 4 Materiais e Métodos 29
4.2.4 Leitura e contagem dos traços
envolvido no UTFPR que será descrito
osteriormente.
Devido à necessidade de leitura de grande número de detectores, para este
subseqüente. Elaborou-se, com o auxílio da ferramenta computacional Matlab, um
ódigo de identificação e contagem dos traços.
forma a desconsiderar os traços de
backg
O método de leitura e de contagem dos traços foi feito por meio de um
programa próprio de contagem de traços des
p
4.3 Desenvolvimento de um Código Computacional para Reconhecimento e Contagem de Traços
trabalho, desenvolveu-se uma metodologia de contagem própria mostrada no item
c
Primeiramente, foi necessário obter uma imagem digital dos detetores
contendo os traços revelados através do auxílio de um scanner. O programa
identifica os traços, faz sua marcação e contagem visualizando, no final, a imagem
do detector processado pode ser manipulada de
round, fazer as correções necessárias e fornecer os resultados finais, levando
em consideração a eficiência do sistema de etching.
Pré-requisitos
Os passos para uso do programa estão descritos no Apêndice C. Os
detectores devem estar revelados e escaneados, com resolução 1200 dpi, e suas
imagens devem estar salvas em pares, da seguinte forma:
ginal (24bits, milhões de cores)
imagem analisada pelo
as por meio de critérios subjetivos.
stos e os 9
1 – Imagem ori
2 – Imagem filtrada (alto contraste, preto e branco, sem escala de cinza)
A Figura 4.6 mostra um par de imagens de detectores feitas por um scanner,
em que a primeira é a original e a segunda é a filtrada. A
programa é a filtrada (b) e as correções são feit
Com o auxílio do código descrito foram lidos os 96 detectores expo
detectores de trânsito.
Capítulo 4 Materiais e Métodos 30
(a)
(b)
Figura 4.6 – Imagem original (a) e imagem filtrada (b)
4.4 Desenvolvimento de Equipamento de Etching Eletroquímico para Revelação
ECE FPR. O protótipo da cuba eletrolítica foi montado no
aboratório de Radiações Ionizantes, em conjunto com os laboratórios de Mecânica
UTFPR deverá providenciar fonte de alta tensão própria. Os
de Traços
Foi desenvolvido um protótipo e posteriormente um equipamento padrão de
nos laboratórios da UT
L
e Elétrica, da UTFPR.
O aparelho conta com 24 células de revelação e foi projetado para uso em
fonte de 1kV e de 2 a 3 kHz. A princípio a fonte utilizada é a do LACTEC, mas, em
caso de uso contínuo a
trabalhos para desenvolvimento desta fonte estão sendo feitos pelo grupo de
pesquisa do Laboratório de Radiações Ionizantes da UTFPR.
A Figura 4.7 mostra o equipamento em construção.
Capítulo 4 Materiais e Métodos 31
Figura 4.7 – Protótipo do equipamento de etching eletroquímico UTFPR
4.4.1 Teste do protótipo da cuba eletrolítica O protótipo foi testado no laboratório do IRD onde foi realizado o etching
eletroquímico de quinze detectores previamente irradiados com uma fonte de
partículas alfa. Como o protótipo não dispõe de controle de temperatura próprio, o
equipamento foi mantido em temperatura ambiental controlada de 25oC. As soluções
químicas e outros parâmetros seguiram exatamente o procedimento convencional
adotado e descrito no item 4.2.3.
O objetivo deste teste foi apenas verificar a capacidade de revelação e aspecto
dos traços nos detectores previamente irradiados.
4.4.2 Desenvolvimento da cuba eletrolítica Com os resultados positivos obtidos com o protótipo partiu-se para o
desenvolvimento de uma cuba eletrolítica padrão para uso nos laboratórios da
UTFPR, para corrosão de polímeros, objetivando principalmente a revelação de
traços de radônio.
A atual cuba eletrolítica consta de uma placa elétrica melhor elaborada, onde
fez-se considerações sobre a impedância que provocava perda de tensão no caso
do protótipo. Além disso, os materiais utilizados para o desenvolvimento da cuba
foram de melhor qualidade de que para o protótipo. As agulhas (eletrodos) da cuba
Capítulo 4 Materiais e Métodos 32
são de aço e tiveram seu tamanho pré-determinado de forma a não tocar os
detectores na revelação.
O equipamento foi desenvolvido no Laboratório de Radiações Ionizantes da
UTFPR e feito nos moldes do protótipo, com 24 células reveladoras e entrada para
fonte de 1kV e 2 a 4 kHz. A Figura 4.8 mostra a placa elétrica do equipamento.
Figura 4.8 – Placa elétrica do equipamento de etching
4.4.3 Teste da cuba eletrolítica O equipamento foi projetado para ser montado em local onde há controle de
temperatura e com linhas de energias para os experimentos. O teste ocorreu no
LACTEC, no campus da UFPR. Houve a elaboração de um manual prático,
constante do Apêndice B, para auxílio nas revelações dos detectores.
Para o teste foram revelados 15 detectores Lexan previamente irradiados. A
fonte de alta tensão utilizada para o teste foi da marca California Instruments, com
módulo Tectronix TDS 784A, e as condições de teste foram: temperatura ambiente
controlada entre 24 e 25oC, um estágio de CE de 30 minutos e um estágio de ECE
em que foram aplicados 800V e 3kHz por 3 horas. As soluções químicas utilizadas
foram as mesmas relatadas no item 4.2.3. A Figura 4.9 mostra a montagem da cuba
eletrolítica no LACTEC.
Capítulo 4 Materiais e Métodos 33
Figura 4.9 – Montagem do equipamento ECE no LACTEC
Devido à impedância, para ajuste dos parâmetros de saída da fonte e tensão
efetiva nas células, houve a simulação com fonte de baixa voltagem e alta
freqüência. Esta simulação teve como objetivo calcular a tensão de entrada no
equipamento, para que, na célula de revelação se tivesse efetivamente os 800V
necessários.
4.4.4 Cálculo das concentrações de radônio
Os cálculos para a determinação das concentrações de radônio são descritos
por Melo (1999). Com base em resultados experimentais realizados pelo IRD, a
eficiência do detetor de partícula alfa na câmara de difusão foi determinada como
sendo de 13,8 (traços.cm-2/kBq.m-3.dia). Equação 4.1 mostra como a concentração
(C), em Bq/m3, foi obtida empiricamente pelo autor.
31013,8
NCa d
−= ⋅⋅ ⋅ Eq.4.1
Onde N é a contagem no detector, já descontado o background, é a área
lida e d é o número de dias que o detector foi exposto e 13,8 é o valor da eficiência
do detector. Os resultados obtidos são mostrados no capítulo 5.
a
Capítulo 5 Resultados e Discussão 34
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO 5.1 Concentração de Atividade de Radônio em Residências da Região
Metropolitana de Curitiba
Na primeira etapa, dos cinqüenta detectores instalados, dois foram extraviados
(4%) devido a descuido de moradores. Foram revelados 48 detectores de medidas e
mais 5 detectores de trânsito. Dois detectores não tiveram seus traços visualizados.
Na segunda etapa, foram medidos 55 locais e usados quatro detectores de trânsito.
Dois detectores foram colocados em locais em que as leituras da primeira parte
mostraram-se altas. Foram extraviados três detectores e dois não tiveram seus
traços visualizados após a revelação.
Os resultados das medidas individuais das concentrações de radônio obtidos
na primeira e segunda etapa estão apresentados nas Tabelas 5.1 e 5.2,
respectivamente, juntamente com o erro intrínseco das medidas.
O erro intrínseco das medidas foi calculado levando-se em consideração a
relação quadrática entre o número de traços líquido (sem o background), a
sensibilidade e o tempo das medidas.
Pode-se observar, pelas Tabelas 5.1 e 5.2 que 31 medidas apresentaram
valores de concentração abaixo do valor de background (Bg).
O maior valor de concentração de radônio encontrado na primeira etapa foi a
de um ponto específico no bairro do Portão em Curitiba no térreo que apresentou
valores de concentração de 486 Bq/m3, sendo inclusive o maior valor de
concentração encontrado para medidas no térreo. Esta medida foi repetida na
segunda etapa apresentando resultados semelhantes, com valores de concentração
de 528 e 576 Bq/m3, confirmando um nível razoavelmente alto de 222Rn nesse
ambiente.
Na segunda etapa, o maior valor de concentração de radônio foi observado em
Campo Largo na área interna, com valor de 637 Bq/m3. O local deverá ser
monitorado novamente em trabalhos futuros para confirmação deste dado e possível
ação remediadora.
Capítulo 5 Resultados e Discussão 35
Tabela 5.1 – Concentrações Individuais de Radônio da Primeira Etapa
Locais Concentração (Bq/m3) Desvio (Bq/m3) Campo Largo Interna 122,51 14,89 Campo Largo Interna 28,85 7,23 Campo Largo Interna 25,85 6,84 Campo Largo Interna 52,82 9,78 Campo Largo Interna 76,80 11,79 Campo Largo Interna 101,90 13,58 Campo Largo Interna 6,37 3,40
Campo Largo (2) Interna < Bg Campo Largo Externa 2,62 2,18 Campo Largo Externa 34,47 7,90 Campo Largo Externa 47,95 9,32 Campo Largo Externa 44,21 8,94 Campo Largo Externa 28,85 7,23 Campo Largo Externa 7,49 3,68 Campo Largo Externa 17,23 5,58 Campo Largo Externa 130,37 15,36 Campo Largo Externa 96,66 13,23 Campo Largo Externa 1,87 1,84
Curitiba Centro Térreo 44,32 8,86 Curitiba Centro Térreo 5,86 3,22 Curitiba Centro Térreo 26,37 6,83 Curitiba Centro Térreo 15,75 5,28 Curitiba Centro Térreo 56,41 9,99 Curitiba Centro Térreo 126,01 14,93 Curitiba Centro Térreo 36,26 8,01 Curitiba Centro Térreo 25,28 6,69
Curitiba Centro (3) Térreo < Bg Curitiba Centro Subsolo 49,09 9,32 Curitiba Centro Subsolo 234,07 20,35 Curitiba Centro Subsolo 61,54 10,44 Curitiba Centro Subsolo 48,35 9,25 Curitiba Centro Subsolo 134,44 15,78 Curitiba Portão Interna 43,22 8,75 Curitiba Portão Interna 123,45 14,78 Curitiba Portão Interna 46,89 9,11 Curitiba Portão Interna 10,26 4,26 Curitiba Portão Interna 5,49 3,12 Curitiba Portão Interna 69,23 11,07 Curitiba Portão Interna 32,23 7,55 Curitiba Portão Interna 26,37 6,83 Curitiba Portão Interna 485,73 29,32 Curitiba Portão Interna 7,69 3,69
Curitiba Portão (1) Interna < Bg
Capítulo 5 Resultados e Discussão 36
Tabela 5.2 – Concentrações Individuais de Radônio da Segunda Etapa
Locais Concentração (Bq/m3) Desvio (Bq/m3)
Campo Largo Interna 30.04 6.21
Campo Largo interna 636.58 28.71
Campo Largo Interna 2.41 1.77
Campo Largo Interna 76.39 9.95
Campo Largo (1) Interna < Bg
Campo Largo Externa 27.65 5.96
Campo Largo Externa 16.08 4.56
Campo Largo Externa 23.40 5.48
Campo Largo (2) Externa < Bg
Curitiba Centro Interna 267.73 18.54
Curitiba Centro Interna 159.83 14.27
Curitiba Centro Interna 10.29 3.62
Curitiba Centro Interna 15.42 4.45
Curitiba Centro Interna 35.36 6.74
Curitiba Centro Interna 34.02 6.58
Curitiba Centro Interna 127.09 12.43
Curitiba Centro Interna 36.99 6.71
Curitiba Centro Interna 85.82 10.21
Curitiba Centro Interna 57.88 8.39
Curitiba Centro Interna 4.78 2.41
Curitiba Centro (19) Interna < Bg
Curitiba Centro Externa 61.15 8.62
Curitiba Centro Externa 616.07 27.37
Curitiba Centro Externa 12.08 3.83
Curitiba Centro Externa 118.28 11.99
Curitiba Centro Externa 21.56 5.14
Curitiba Centro (3) Externa < Bg
Curitiba Portão Interna 527.74 25.33
Curitiba Portão Interna 575.81 26.46
O valor de medida externa para o Centro de Curitiba, 616,07 Bq/m3 gerou
dúvidas quanto ao local medido. É esperado, para medida externas, valores mais de
20 vezes menores que o encontrado. Valores típicos de concentração de radônio em
ambientes externos estão na ordem de 10 Bq/m3 (UNSCEAR, 2000).
Capítulo 5 Resultados e Discussão 37
Devido à falta de certeza sobre como foi feita a medida mencionada, o não foi
considerado no cálculo da média.
As concentrações médias de 222Rn, em Bq/m3, foram obtidas para cada local e
área, integrando as duas etapas e podem ser vistas na Tabela 5.3. Os valores
abaixo do background não foram considerados no cálculo da média.
Tabela 5.3 – Valores Médios das Concentrações de Radônio por Local e Área
Primeira etapa
Locais Áreas N* MA*
(Bq/m3) σ*
MG*
(Bq/m3) σg*
Min*
(Bq/m3)
Max*
(Bq/m3)
Interna 9 59.30 42.83 42.26 2.21 6.37 122.51 Campo Largo Externa 10 41.17 42.20 21.02 3.90 1.87 130.37
Térreo 11 42.03 37.46 30.26 2.14 5.86 126.01 Curitiba Centro Subsolo 5 105.50 80.23 85.60 1.56 48.35 234.07
Curitiba Portão
Térreo 11 85.06 145.15 35.41 3.60 5.49 485.73
Segunda etapa
Locais Áreas N* MA*
(Bq/m3) σ*
MG*
(Bq/m3) σg*
Min*
(Bq/m3)
Max*
(Bq/m3)
Interna 5 186.36 301.70 43.33 3.55 2.41 636.58 Campo Largo Externa 5 22.38 5.85 21.83 1.13 16.08 27.65
Interna 30 75.93 80.51 42.93 3.38 4.78 267.73 Curitiba Centro Externa 7 53.27 48.27 37.05 2.65 12.08 118.28
Curitiba Portão
Térreo 2 551.77 33.99 551.25 1.02 527.74 575.81
(*) N é o Número de Medidas, MA é a Média Aritmética, σ é o Desvio Aritmético, MG é a Média
Geométrica, σg é o Desvio Geométrico, Min é o Valor Mínimo e Max é o Valor Máximo.
Capítulo 5 Resultados e Discussão 38
Os dados de Campo Largo e Curitiba mostraram médias maiores para as
medidas internas do que as externas. No entanto, algumas medidas externas foram
feitas em locais próximos a vigas de granito e cerâmica e, portanto devem ter sofrido
influências destes materiais, não podendo ser consideradas como medidas
propriamente externas. Logo, os valores médios das medidas externas podem estar
superestimados.
Os valores encontrados para medidas nas áreas de subsolo em Curitiba
mostram concentrações elevadas, o que era esperado tendo em vista a baixa
ventilação do local.
As concentrações de 222Rn, no interior das residências, considerando os dados
das duas etapas, estão apresentadas em um gráfico de freqüência que pode ser
visto na Figura 5.1.
Número de Locais X Faixas de Concentração
31
6
1 0 1 2 10
5
10
15
20
25
30
35
0 - 100 100 - 200 200 - 300 300 - 400 400 - 500 500 - 600 600 - 700
Faixas (Bq/m3)
Núm
ero
de L
ocai
s
Figura 5.1 – Histograma das concentrações de 222Rn em residências
Observa-se que a maioria das medidas ficou abaixo do nível de 200 Bq/m3,
menor valor do nível de ação.
Capítulo 5 Resultados e Discussão 39
5.2 Desenvolvimento do Código de Contagem de Traços
Com relação ao código de contagem de traços, houve a avaliação da sua
eficiência, feita a partir da comparação com leitura óptica manual. Os detalhes sobre
o código podem ser conferidos no Apêndice C. Nesse procedimento foram lidos 53
detectores, das duas formas mencionadas e os resultados podem ser vistos na
Figura 5.2.
Contagem Manual X Programa Contagem
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Detectores
Núm
ero
de tr
aços
ManualPrograma
Figura 5.2 – Comparação entre contagem de traços
A diferença entre os números encontrados nos dois tipos de contagem é de
cerca de 5%. As melhores concordâncias foram observadas para valores entre 400 e
500 traços. Para valores altos, com a aplicação de filtros de imagem, a diferença foi
menor que 5%. A concordância em mais de 95% valida o Código desenvolvido.
Capítulo 5 Resultados e Discussão 40
5.3 Resultados do Teste com o Protótipo da Cuba Eletrolítica e do Desenvolvimento da Cuba Eletrolítica
Dos 15 detectores previamente irradiados e revelados utilizando o protótipo da
cuba, foi possível evidenciar de forma satisfatória os traços nos detectores e sua
visualização foi possível a olho nu.
Após o desenvolvimento da cuba eletrolítica, a partir do protótipo, foi
necessário ajustar os parâmetros de saída da fonte e tensão efetiva nas células,
devido à impedância. Para ajuste dos parâmetros, houve a simulação com fonte de
12 volts e 3kHz.
A partir da simulação foi feita uma extrapolação para 8000 volts. A curva obtida
por extrapolação possibilitou a compreensão dos parâmetros de saída e a definição
da voltagem de entrada para a revelação, a ser requerida do equipamento do
LACTEC. Esta curva pode ser visualizada na Figura 5.3
.
Relação entre voltagem e n agulhas
0.000
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
7.000
8.000
0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0
número de agulhas
Volts agulhas
Figura 5.3 – Gráfico da tensão aplicada nas células vs. número de eletrodos
Após a revelação-teste houve a visualização dos traços. A Figura 5.4 mostra
um dos detectores revelados pelo equipamento teste.
Capítulo 5 Resultados e Discussão 41
Figura 5.4 – Detector revelado pelo equipamento teste
5.4 Resultados Gerais
O valor médio geral da concentração de radônio dentro de residências em
Curitiba e Campo Largo foi da ordem de 102Bq/m3. Este valor médio se encontra na
mesma ordem de grandeza dos valores encontrados em outras cidades brasileiras
conforme apresentado na Tabela 2.1 da Fundamentação Teórica.
Ao se escolher ambientes de alvenaria comum e de tamanhos similares
procurou-se não deixar que materiais de construção de onde pode-se esperar taxa
de exalação alta, como os granitos em geral, influenciassem nas medidas.
Os poucos valores que excederam os limites merecem atenção. Embora o
Brasil ainda não tenha estabelecido níveis de ação específicos para radônio em
residências.
Os moradores foram avisados e prevenidos sobre o problema. Foi indicado aos
mesmos aumentar a ventilação dos locais e vedar as trincas na estrutura, e
posteriormente serão feitas novas medidas no local pela equipe da UTFPR.
A Figura 5.5 apresenta as distribuições dos valores de concentração de radônio
encontrados nas residências. Cerca de 88% dos locais avaliados apresentaram
concentrações abaixo de 200 Bq/m3, 10 % ficaram entre 200 e 600 Bq/m3e apenas
Capítulo 5 Resultados e Discussão 42
2% dos locais apresentaram valores acima dos 600 Bq/m3, que é a faixa de valores
recomendados como nível de ação remediadora
.
Níveis de Radônio X Porcentagem
57%17%
12%
2%12%
Até 50 Bq/m3De 50 a 100 Bq/m3De 100 a 150 Bq/m3De 150 a 200 Bq/m3Mais que 200Bq/m3
Níveis de Radônio X Porcentagem
88%
10% 2%
Até 200 Bq/m3De 200 a 600 Bq/m3Mais que 600Bq/m3
Figura 5.5 – Gráficos de radônio para faixas de concentração
As Figuras 5.6 e 5.7 mostram os valores de concentração de radônio nos locais
medidos em Curitiba e Campo Largo, respectivamente.
Capítulo 5 Resultados e Discussão 43
Figura 5.6 – Valores de concentração de radônio encontrados em Curitiba
Capítulo 5 Resultados e Discussão 44
Figura 5.7 – Valores de concentração de radônio encontrados em Campo Largo
Capítulo 6 Conclusões 45
6 CONCLUSÕES 6.1 Conclusões em Relação aos Objetivos Propostos Quanto ao objetivo geral de se avaliar a exposição ao gás radônio em
ambientes de convívio humano na Região Metropolitana de Curitiba, pôde-se
observar que concentrações encontradas estiveram em concordância com medidas
feitas em outras regiões por outros pesquisadores. As concentrações encontradas
ficaram, na sua grande maioria, dentro dos limites propostos pelos órgãos mundiais
de saúde.
Com relação à ventilação, observou-se uma tendência a valores maiores na
concentração de radônio em ambientes pouco ventilados, como foi o caso de
subsolos em Curitiba.
Houve alguns locais, em medidas internas, que excederam os limites indicados
para ação, e foram feitas algumas recomendações aos moradores quanto a ações
simples, como a melhoria da ventilação do local.
O desvio das medidas foi considerável, mas, para medidas de radônio este
resultado é esperado. Apesar da grande margem de erro das medidas pôde-se obter
e analisar os dados com relação aos parâmetros propostos no início do trabalho.
Este trabalho teve como meta principal as medidas das concentrações de
radônio, e, no intuito de se atingir o objetivo, foi também direcionado ao
desenvolvimento de um sistema próprio de medições dessa concentração, o que
levou ao desenvolvimento do equipamento mencionado nos objetivos específicos.
Portanto, desenvolveu-se um equipamento de etching eletroquímico, de baixo custo,
cujos resultados nas revelações mostraram uma boa compatibilidade com os
equipamentos em uso contínuo no IEN e no IRD.
Este equipamento atualmente está sendo testado, quanto a sua eficiência real,
e pode ser utilizado pelo grupo de pesquisa ligado às radiações ionizantes da
UTFPR na revelação de detectores.
Desenvolveu-se também um código computacional de reconhecimento e
contagem de traços que foi estabelecido como um novo instrumento para leitura de
Capítulo 6 Conclusões 46
detectores plásticos. Foi feita uma avaliação da eficiência do código, por meio de
leituras comparativas, e o mesmo mostrou-se bastante eficiente.
6.2 Propostas para Trabalhos Futuros
Essa pesquisa mostrou que há locais na Região Metropolitana de Curitiba,
onde a concentração de radônio está acima dos níveis recomendados. Isto indica
que, para trabalhos futuros devem ser feitas medidas em grande número que
propiciem um mapeamento completo dessa região.
Para que se possa fazer medidas em grande número é necessário que se
desenvolva equipamentos de ECE com fonte própria. Portanto, a construção de uma
fonte de alta tensão e alta freqüência, voltada a cuba eletrolítica já feita, é de grande
importância.
Ainda com relação ao ECE, poderá ser feita uma intercomparação com o
equipamento do laboratório de radônio do IRD/CNEN, com detectores pré-irradiados.
Sob o ponto de vista da identificação e contagem dos traços, a continuidade e
melhorias do programa desenvolvido nesse trabalho deve ser de grande relevância
para se obter resultados eficazes.
Com relação aos materiais de construção, podem ser medidas as taxas de
exalação do radônio dos mesmos, com o intuito de classificá-los, com relação a este
fator.
A ampliação do número de residências medidas e a avaliação das diferenças
de concentração em casas de madeira e alvenaria seriam de bastante interesse.
Medidas em diferentes estações do ano e uma avaliação dos costumes, com
relação ao clima, como uma menor ventilação no inverno, poderiam propiciar o
conhecimento das concentrações para estas situações.
De forma a direcionar os trabalhos com relação ao radônio, seria de grande
importância criar um grupo de pesquisa, nessa região, bem equipado e bem
treinado, que fizesse medidas e avaliações do radônio que propiciassem um
conhecimento geral e profundo sobre o problema.
Produção Científica no Período 47
PRODUÇÃO CIENTÍFICA NO PERÍODO ( Março 2004 – Março 2006)
PASCHUK, S. A.; CORRÊA, J. N.; FIOR, L. ; MIRANDA, L. G. I. ; SCHELIN, H. R.;
DENYAK, V. V.; MELO, V. P. Identification of 222Rn Indoor Concentration Related to
Construction Materials. In: XXVIII Reunião de Trabalho sobre Física Nuclear no Brasil, Guarujá-SP. Resumos de XXVIII Reunião de Trabalho sobre Física Nuclear
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Apêndice A Ficha de Cadastro 54
APÊNDICE A – FICHA DE CADASTRO
Ficha de Cadastro para Monitoramento de Radônio
Primeira Amostragem de radônio em ambientes na cidade de Curitiba PR
1- Romper o lacre da embalagem dos detetores, (embalagem com 1-10 ) somente momentos antes de iniciar a amostragem;
2- Instalar dois detectores em cada casa, em locais que melhor represente os ambientes de maior ocupação (normalmente é o quarto e a sala)
3- Fazer anotações da data e hora de início e fim da amostragem, na tabela abaixo;
4- Deixar os detectores amostrando o interior das residências no mínimo 60 dias;
5- Manter selados os 05 detectores de controle de trânsito; 6- Na retirada dos detectores, abrir a embalagem dos detectores controle de
trânsito e distribuí-los nas embalagens com os demais detectores retirados, selar a embalagem a quente, remeter ao laboratório de radônio do IRD para análise. Caso não possua selagem a quente, dobrar quantas voltas for possível a abertura das embalagens e colar fita adesiva.
INÍCIO FIM DETECTOR ENDEREÇO/MORADORDATA HORA DATA HORA
Apêndice B Manual Prático para Revelação do Lexan 55
APÊNDICE B - MANUAL PRÁTICO PARA REVELAÇÃO DO LEXAN
OBSERVAÇÕES:
• Os dois lados do LEXAN estão protegidos com filmes plásticos;
• O lado a ser utilizado (detecção) é o que tem a proteção fosca;
• Fazer a detecção SEM retirar os plásticos detectores, pois são eles que
filtram os subprodutos (íons).
PROCEDIMENTO
1. Tirar as películas dos detectores e marcar o lado não irradiado (brilhante).
Tocar o detector somente na beirada para não danificar.
2. Colocar uma gota de álcool gel por sobre a base de metal onde será colocado
cada detector.
Composição básica: Carbopol, Glicerina, Propileno Glicol e água desmineralizada
3. Colocar o lado escrito (não irradiado) do detector sobre a gota de álcool e
cobrir com um anel vedante de borracha que vai servir de barreira para o
líquido revelador em cada célula.
4. Molhar (com a ponta dos dedos) a parte superior do anel com um pouco de
silicone líquido. Colocar anéis ao redor (falsos) se não for usar todas as
células para melhor ajustar a tampa sobre eles.
5. Parafusar, preencher com solução de KOH e deixar por ½ hora para a pré-
revelação (sem ligar a máquina). Depois ligar por 2 horas. Vide a seguir:
Solução de KOH: 15 ml de KOH 6M e completar até 100ml com álcool etílico
Estágio 1 – 100 Hz; 1000V
Estágio 2 – 8000Hz; 800V
6. Cada célula é acoplada independentemente no equipamento, ou seja, há um
eletrodo em forma de agulha para cada célula, que desce até a metade do
KOH, mais ou menos.
7. Depois de terminada a revelação retirar os eletrodos, a placa superior, e o
KOH por sucção (com uma seringa com ponteira e tubo), e ainda, sem retirar
os detectores, colocar ácido acético para neutralizar o processo.
8. Desaparafusar a segunda placa (a que tem furos de suporte para os anéis) e
desmontar tudo. Retirar os detectores e lavar em água.
Apêndice C Código de Contagem de Traços 56
APÊNDICE C – CÓDIGO DE CONTAGEM DE TRAÇOS
Instruções para uso do Código de Contagem de Traços
1. O uso deste código necessita a instalação do Matlab 7.1 SP-3, sendo que nessa
versão foram corrigidos vários erros relacionados ao Image Processing Toolbox,
especificamente a rotina bwlabel, que, em versões anteriores provocava travamento
do Matlab.
2. Considerou-se mais conveniente, dentro do diretório c:|\program files\matlab
7.1\work , criar uma pasta chamada radon com todas as imagens (escaneadas e
filtradas) dos detectores e o próprio código Label.m. Esta pasta, durante a execução
do código, deve ser incluída no Path do Matlab ou, mais simplesmente, deve ser
aberto como diretório em uso.
(VIDE imagem abaixo)
Apêndice C Código de Contagem de Traços 57
3. A execução do código necessita da definição de duas imagens: a primeira
mencionada na linha 2 da figura abaixo se refere à imagem de dois bits de alto
contraste do detector. Para cada leitura o nome deverá ser mudado de acordo com o
nome e número do detector em questão.
Juntamente com a definição do nome e do número da imagem do detector de alto
contraste, deve ser alterado o nome e o número da imagem do detector escaneado.
Vide linha 49 da imagem abaixo.
OBS: Neste trabalho, batizou-se os arquivos da seguinte forma: todos eles são
pares: 01.bmp e 001. bmp, por exemplo, são imagens do mesmo detector. 01 é o
original (24 bits, milhões de cores) e 001 é a filtrada (alto contraste, branco e preto,
sem escala de cinza) recebida quando se aplicam os filtros do editor gráfico Paint
Shop Pro X, ou outro editor similar.
Apêndice C Código de Contagem de Traços 58
4. O funcionamento do código, a princípio se baseia no reconhecimento, cálculo e
marcação dos pixels conectados, que são os traços propriamente ditos. Durante o
trabalho preparatório, quando foi escolhida a resolução das imagens escaneadas
dos detectores (1200 dpi) chegou-se a conclusão que os melhores resultados foram
obtidos quando o número de pixels conectados foi de oito.
Caso a imagem for muito limpa (sem defeitos, riscos ou manchas) a princípio é
possível usar como critério de conectividade o número quatro, como mostra a figura
abaixo.
5. Com o resultado da execução do código vão aparecer na tela do monitor duas
janelas. A Figura 1 (à esquerda) contém a imagem com alto contraste para simples
controle visual. A Figura 2 (à direita) contém a imagem original com os marcos.
(VIDE imagem abaixo).
Apêndice C Código de Contagem de Traços 59
A janela da direita permite que se use os Plot Tools, bem como o Data Cursor para
modificar a visualização (incluir eixos de referência para medir a posição de cada
traço, visualizar os Grid Lines, etc.) e marcar ou desmarcar os traços de acordo com
a necessidade.
O número total de traços reconhecidos pelo código pode ser visto no Workspace do
Matlab como “num objects” e também “m”, como mostra a figura abaixo.
Numa próxima versão do código, pretende-se incluir filtros digitais que permitam
fazer a leitura somente da imagem original escaneada do detector e convertê-la em
imagem de auto contraste, através dos filtros, em regime interativo.