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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ PR 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

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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.

iii

À minha família, sem a qual nada posso e

nada sou.

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.;

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PASCHUK, S. A.; CORRÊA, J. N.; SCHELIN, H. R.; FIOR, L.; DENYAK, V. V.;

MIRANDA, L. G. I.; MELO, V. P. 222Rn Indoor Concentration Measurements

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PASCHUK, S. A.; CORRÊA, J. N.; SCHELIN, H. R.; BARROS, F. S.; FIOR,

L.;.MIRANDA, L. G. I. X-ray Attenuation and Techniques of Lead Mortar Plates

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PASCHUK, S. A.; FIOR, L.; CORRÊA, J. N.; G.I. MIRANDA, L. G. I. Analysis of

Polycarbonate Commercial Compact Discs for Evaluation of Indoor Rn-222

Exposures. In: XXVII Reunião de Trabalho sobre Física Nuclear no Brasil, Santos, SP. Resumos da XXVII Reunião de Trabalho sobre Física Nuclear no Brasil.

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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.