relatório - medidas em campo - radiação
DESCRIPTION
Mediadas em campoTRANSCRIPT
UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALFENAS-MG CAMPUS POÇOS DE CALDAS
BACHARELADO INTERDISCIPLINAR EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA
BASES EXPERIMENTAIS DAS CIÊNCIAS NATURAIS
Diurno/ Turma 1
Bruno Eduardo Silva Macena
Felipe Silva de Miranda
Gabriel da Costa Cantos Jerônimo
Gabriel de Miranda Alcântara
Júlio César Batista Silva
MEDIÇÃO DOS NÍVEIS DE RADIAÇÃO IONIZANTE EM ÁREAS DO
PLANALTO DE POÇOS DE CALDAS-MG
Poços de Caldas
2009
1- Introdução
Toda a forma de vida na Terra está exposta ao campo de radiação
natural. Devido à radiação natural presente na superfície da Terra, ao nível do
mar, de acordo com UNSCEAR (2000a), cada indivíduo da população mundial
está exposto, em média a, aproximadamente, um valor de dose efetiva de 2,4
mSv/a. A exposição do homem à radiação natural tem origem basicamente de
fontes internas ao corpo humano (radionuclídeos incorporados) e de fontes
externas, de origem geológica (presença de U, Th e K no solo) e cósmica
(radionuclídeos cosmogênicos, nêutrons, gama).
Os radionuclídeos naturais de origem terrestre, também denominados de
radionuclídeos primordiais, estão dispersos, em maior ou menor concentração,
por todo o meio ambiente mas, somente aqueles radionuclídeos com meia-vida
comparável à idade da Terra existem em concentrações significativas. A
irradiação do corpo humano por estas fontes externas é devido, principalmente,
às radiações gama provenientes dos radionuclídeos das séries do 238U e do
232Th e, ainda, do isótopo 40K.
A maior contribuição para a taxa de exposição gama externa é devido à
presença de radionuclídeos no solo, em pequenas concentrações, a níveis de
traços. O nível de concentração dos radionuclídeos no solo depende do tipo de
rocha da qual se originou.
Geralmente, níveis mais elevados de concentração estão associados a
rochas ígneas e sedimentares, tais como os granitos e sedimentos; níveis mais
baixos a rochas basálticas. No entanto, existem exceções, como por exemplo,
algumas rochas fosfáticas e folhelhos que apresentam concentrações mais
elevadas de radionuclídeos.
Outras fontes de exposição externa são a radiação cósmica e a
radioatividade induzida decorrente. A Terra está exposta de uma forma
contínua à radiação cósmica proveniente do espaço, sendo a maior
contribuição proveniente do sol. As partículas carregadas provenientes do sol
são as principais responsáveis, direta ou indiretamente, pelos radionuclídeos
cosmogênicos presentes na atmosfera e superfície terrestre. Uma revisão
sobre o assunto foi publicada na UNSCEAR (1988).
Muitos levantamentos radiométricos ambientais têm sido realizados em
diversos países, com a finalidade de determinar-se as concentrações de
“background” (BG) de radionuclídeos naturais presentes no solo. Estas, por sua
vez, foram relacionadas com a taxa de dose absorvida no ar. Atualmente, à
radiação gama ambiental pode ser medida diretamente com o auxilio, por
exemplo, de unidades móveis de rastreamento de radioatividade ambiental,
possibilitando um levantamento detalhado de grandes áreas e uma melhor
avaliação da distribuição da taxa de emissões de radiação ionizante.
Como os radionuclídeos da cadeia do urânio e do tório são encontrados
na natureza comumente em desequilíbrio radioativo, as medidas
espectrométricas são aconselháveis. Os valores medidos, até o momento,
indicam uma contribuição aproximadamente equivalente, tanto no exterior
como no interior de residências, para a taxa de exposição gama ambiental, dos
radionuclídeos emissores gama provenientes das séries do 238U e do 232Th e
ainda, do isótopo 40K.
No Brasil, até o momento, existem poucos dados sobre as taxas de
exposição gama ambiental natural a que a população brasileira está submetida,
sendo, portanto, desconhecida a taxa média de dose gama ambiental natural
por habitante. Apenas nas regiões de mais alta radioatividade natural, em que
os níveis de taxa de exposição gama ambiental são mais elevados, alguns
valores foram medidos.
Valores mais elevados da taxa de exposição gama ambiental nessas
áreas é conseqüência da presença de minerais de urânio e tório em
concentrações mais elevadas no solo. Um extenso levantamento radiométrico
para caracterização das áreas de elevada radioatividade ambiental, até então
conhecidas em nosso país, foi efetuado nas décadas de sessenta e setenta por
Cullen et al.(1964; 1977; 1980), Eisenbud (1963), Penna Franca et al. (1965;
1977) e Roser et al.(1962; 1964).
As “áreas de alta radioatividade natural” têm sido utilizadas para vários
estudos de dosimetria e efeitos de radiação. A nível global as áreas mais
conhecidas estão localizadas em Ramsar e Mallat no Irã (Ahmed, 1991;
Sohrabi, 1993; 1996; 1998; 2000; Sohrabi et al., 1990), Yangjiang na China
(Wei et al.,1990,1996), Badgastein na Áustria (Steinhaüsler, 1982), diversas
áreas nos Estados Unidos e Canadá (NCRP, 1987).
No Brasil, essas áreas localizam-se na região costeira do país, onde
ficam os principais depósitos de concentrados pesados, como os de monazita,
ilmenita, zirconita e outros e também no interior do território onde ocorreram
intrusões alcalinas e pegmatitos com urânio e tório associados em teores
elevados. São bastante conhecidas as áreas de Guarapari-ES, Poços de
Caldas-MG, Amorinópolis-GO, Iporá e Pitinga-AM, Itatiaia-CE, Gangarela-MG,
Figueira-PR, Souza-SP, Salobo-PA, Fosfato de Olinda-PE, Caitité e Joro-BA
(Penna Franca,1965; Cullen,1977; 1980, Malanca et al., 1995; Nuclebras,
1984; Oliveira et al., 1996).
As anomalias de concentrações de atividade elevadas de radionuclídeos
naturais no solo no país, situam-se em áreas de natureza geológica distinta. As
de Poços de Caldas, Amorinópolis, Pitinga, Araxá e Tapira situam-se em zonas
afastadas da costa oceânica no interior do país, com contexto geológico
favorável à concentração de tório e urânio. As de Guarapari-ES, Meaípe-ES e
Buena-RJ, localizam-se no cinturão de areias monazíticas que se estende ao
longo da costa litorânea do país, desde o Rio de Janeiro até o Pará. Destas
áreas, existem poucas informações publicadas sobre a distribuição de dose na
população devido à radiação gama natural, externa e interna às residências,
exposição ao radônio e torônio dentro e fora de casa, efeitos de atenuação do
campo de radiação devido ao processo de urbanização e ingestão e inalação
de radionuclídeos naturais.
A área mais estudada é a região de Poços de Caldas, onde se situa uma
das grandes áreas de intrusão vulcânica alcalina do planeta, com uma cratera
medindo cerca de 30 km de diâmetro.
Das regiões costeiras com ocorrências de depósitos de monazita, a área
mais estudada é a região próxima a Vitória-ES, onde se localiza a cidade de
Guarapari com, aproximadamente 75.000 habitantes. A monazita é um mineral
contendo fosfatos de tório e óxidos de terras raras com traços de urânio e, até,
6% de óxido de tório, no caso da região de Guarapari-ES.
No levantamento radiométrico de grandes áreas, os detectores mais
utilizados atualmente na medida da radiação gama ambiental são os detectores
de iodeto de sódio ativados com tálio (NaI(Tl) ), sendo os mais empregados os
de maior tamanho de cristal, devido a sua grande eficiência de detecção
(Dickson et al., 1981; Conti, 1999). São bastante utilizados em medidas de
campos de radiação de baixa intensidade, como é geralmente o caso dos
campos de radiação gama ambiental natural. Na medida da radiação gama
ambiental, a grandeza de interesse é a taxa de emissão de radiação ionizante.
O mapeamento radiométrico da região urbana, permite uma
caracterização mais detalhada da radiação gama ambiental e,
consequentemente, uma classificação mais precisa da área, de acordo com os
vários critérios de classificação de áreas anômalas em função dos níveis de
exposição ou da radioatividade presente ( Sohrabi, 1996, 2000).
O estabelecimento de metodologia de avaliação de áreas de elevada
radioatividade natural, baseada em levantamentos radiométricos e
classificação de áreas, permitirá então a tomada de decisão da necessidade,
ou não, de implementação de estudos epidemiológicos para verificação dos
efeitos decorrentes de exposições naturais a baixas doses. Usualmente na
calibração de detectores, as atividades dos radionuclídeos utilizados são
suficientes para que se possa efetuar as medidas a uma distância fonte-
detector tal que proporcione um feixe gama aproximadamente paralelo e
geometria da fonte aproximadamente puntiforme.
O Planalto de Poços de Caldas está localizado na Serra da Mantiqueira
no Estado de Minas Gerais, nas coordenadas geográficas: 21º 46’ 05” de
latitude Sul e 460 33’ 40” de longitude Oeste de Greenwich (IBGE, 2001).
Observa-se no mapa da Figura 1, em marrom, os contornos da intrusão
alcalina de Poços de Caldas. Vê-se que a cidade de Poços de Caldas localiza-
se no interior da cratera, próxima a borda externa e as demais cidades estão
localizadas na periferia da borda externa da intrusão vulcânica.
Figura 1 - Mapas de localização geográfica dos principais agrupamentos urbanos na
região do planalto de Poços de Caldas. Observa-se no mapa superior em marrom os contornos
da intrusão alcalina de Poços de Caldas. Vê-se que a cidade de Poços de Caldas localiza-se
no interior da cratera, próxima a borda interna, e as demais cidades estão localizadas próximas
na periferia da borda externa da anomalia.
Sua formação tem sido interpretada como o resultado de um fenômeno
vulcânico ocorrido há cerca de 60-80 milhões de anos, no qual uma massa de
rocha alcalina fundida, sofrendo um processo de intrusão não explosivo, foi
elevada a 400-500 metros acima da superfície anterior. Posteriormente,
ocorreu um colapso da parte interna permanecendo, porém, um anel periférico
mais elevado de rocha dura. Na parte interna do planalto, desenvolveu-se uma
malha complexa de fraturas que permitiu mineralizações subseqüentes em
locais variados do planalto, gerando inúmeras anomalias radioativas e
depósitos de diferentes tipos de minerais. As rochas alcalinas originais
encontram-se atualmente em elevado grau de decomposição provocado pelo
intemperismo e erosão (Eisenbud et al., 1963, Roser & Cullen, 1964).
O Planalto de Poços de Caldas apresenta-se como uma caldeira
aproximadamente circular, com cerca de 35 km de diâmetro e cobrindo uma
área de aproximadamente 1350 km2. As montanhas circundantes alcançam
altitudes de 1600-1800 m acima do nível do mar, ao passo que a base é
formada por morros e vales ondulantes, cujas altitudes variam de 900-1540 m.
No interior da cratera, próximo à borda norte do maciço alcalino, e onde
ocorrem preferencialmente tabuleiros de bauxita, localiza-se a cidade de Poços
de Caldas com uma população de, aproximadamente, 130.000 habitantes
(IBGE, 2001). Na periferia externa da cratera, têm importância do ponto de
vista da radioatividade ambiental as cidades de Águas da Prata - SP (7.717
habitantes), Andradas - MG (28.486 habitantes) e Caldas – MG (13.047
habitantes). A maior parte da região do planalto é utilizada como área para
cultivo e pastagem. No principal núcleo populacional são desenvolvidas
diversas atividades econômicas, sendo o turismo a mais importante.
Em 1935, a Companhia Geral de Minas obteve os direitos de mineração
de ferro e metais associados, no Morro Alto e Consulta, mais tarde designado
Morro do Ferro. Mas foi somente em 1948 que Resk Frayha, geólogo do
Departamento Nacional de Produção Mineral (DNPM), utilizando técnica auto-
radiográfica, constatou a presença de elementos radioativos nos minérios de
zircônio da região. Posteriormente, urânio foi identificado como o elemento
radioativo presente através de análises do referido mineral. O Conselho
Nacional de Pesquisas e o Departamento Nacional de Pesquisas Minerais
interessados em tais descobertas decidiram, em 1953, mandar proceder um
levantamento aéreo-cintilométrico da região de Poços de Caldas, cobrindo uma
área de 1350 km2. Foram, então, localizadas 44 anomalias radioativas de maior
intensidade, além de inúmeras outras menores. A anomalia do Morro do Ferro
apresentou os maiores níveis de taxa de dose, sendo feitos posteriores
levantamentos radiométricos “in situ”, coleta e análise de amostras superficiais
que permitiram delimitar a anomalia radioativa. Verificou-se que a presença de
tório e seus descendentes associados a terras raras eram os responsáveis pela
radioatividade observada (Frayha, 1962; Wedow, 1967).
A figura 2 apresenta a distribuição das diversas ocorrências de minério
encontradas na intrusão vulcânica alcalina do Planalto de Poços de Caldas.
Figura 2: Distribuição das diversas ocorrências de minério encontradas na intrusão vulcânica
alcalina do Planalto de Poços de Caldas (diâmetro de 35 km).
2- Objetivo Geral
O objetivo desse trabalho é a caracterização da distribuição da taxa
radiométrica dos principais agrupamentos urbanos da região do Planalto de
Poços de Caldas-MG, a partir da metodologia de rastreamento radiométrico.
3- Metodologia
Para a concretude do presente trabalho foi utilizado um detector a gás
de Geiger-Müller SRAT modelo SPP2NF.
A avaliação da incidência de radioisótopos foi feita via rastreamento
terrestre, numa área delimitada da região do Planalto de Poços de Caldas,
dessa forma, foi realizado o levantamento radiométrico terrestre da cidade de
Poços de Caldas, localizada sobre a área de intrusão vulcânica alcalina.
O funcionamento dos detectores a gás baseia-se no princípio da
ionização do gás pela radiação incidente. Em geral, tem-se um cilindro cheio de
gás, ou uma mistura de gases, a uma pressão relativamente baixa, com um
eletrodo central bem isolado das paredes do cilindro. Aplica-se uma diferença
de potencial entre a parede do cilindro e o fio coaxial. Quando a radiação
ionizante passa através do gás, ocorre a ionização dos seus átomos; os pares
de íons são coletados, dando origem a uma corrente elétrica, correspondente à
intensidade da radiação incidente.
Dos detectores a gás, os mais utilizados para a detecção de
contaminação de radiação alfa e beta são os detectores Geiqer-Müller e os
contadores proporcionais.
O contador Geiger-Müller, utilizado no presente trabalho, (GM) é um dos
tipos mais antigos de detector de radiação existente; foi introduzido por Geiger
e Müller em 1928. Devido à sua simplicidade, baixo custo e facilidade de
operação, ele ainda é muito utilizado. Esse detector pode ser empregado com
qualquer tipo de radiação ionizante mas com diferentes níveis de eficiência.
Para as partículas alfa e beta a eficiência é alta e para a radiação gama, a
eficiência é aproximadamente igual, sendo a resposta dependente da energia
da radiação em todos os casos.
Dado que os tamanhos dos pulsos no tubo GM são independentes da
ionização primária, não se pode medir a energia, da partícula nem é possível
discriminar tipos diferentes de radiações através da sensibilidade da resposta.
4- Resultados e discussões
Todas as medições foram realizadas utilizando-se escala 500c/s
(choques por segundo).
Quadro I. Medição do nível de radiação ionizante no Bairro Jardim dos Estados
Área Nível de Radiação(c/s)
Esquerda da casa nº 138 (terreno baldio) 40
Esquina da Rua Uberaba c/ Aracati (calçada) 50
Esquina da Rua Uberaba c/ Aracati (área de construção)
75~100
Esquina da Rua Amapá c/ Avenida Davi Otoni 70
Subida do Recanto Japonês 30
Mais próximo ao Recanto 70~80
Entrada do Recanto Japonês 25
Interior do Recanto Japonês 25~40
Quadro II. Medição do nível de radiação ionizante na Praça da Igreja Matriz
Área Nível de Radiação(c/s)
Canteiros 50
Entrada da Igreja 65
Quadro III. Medição do nível de radiação ionizante no Centro
Área Nível de Radiação(c/s)
Thermas e Itaú 50
5- Considerações finais
Nas diversas áreas rastreadas observou-se que o efeito de urbanização
contribui para diminuir a intensidade do campo de radiação gama ambiental em
áreas de elevada intensidade, na maior parte das outras áreas, originalmente
de baixos níveis de radiação, a urbanização serviu para aumentar a
radioatividade ambiental. Esse aumento é consequência, principalmente, da
natureza dos materiais empregados na pavimentação das ruas, isto é, do
granito utilizado em forma de blocos ou cascalho misturado ou não ao asfalto
ou, até mesmo, concreto.
A determinação experimental da emissão de radiação ionizante é
trabalhosa e complicada, pois depende da escolha de terrenos, que se
aproximem da geometria de fonte plana infinita, cobertos com diferentes tipos
de materiais como, por exemplo, areia, argila, cascalho, blocos de granito,
blocos de concreto. A interpretação dos dados de medida é bastante complexa
e a determinação por métodos de simulação impraticável, devido,
principalmente, à geometria e heterogeneidade do substrato.
6- Bibliografia
Conti, C.C.; Sachett, I.A.; Alaves, R.N., (1996), “Computer Code to Unfold
High Resolution Gamma Spectra for Dose Calculation”, Procedings of VI
Congresso Geral de Energia Nuclear, Training of Personnel for the Nuclear
Sector, Brazil.
Conti, C. C., (1995) Método de Espectrometria Gama In Situ para
Determinação de Dose Gama Ambiental, Tese de Mestrado, Ministério do
Exercito, Secretaria de Ciência e Tecnologia, Instituto Militar de Engenharia,
Rio de Janeiro.
Dickson, B. H., Bailey R. C., Grasty R. L. 1981, Utilizing multi-channel
airborne
gamma-ray espectra, Can. J. Earth Sci., v.18. p. 1793-1801
Eisenbud M., (1963). Environmental Radioactivity, p.199-200, Academic
Press, New York.
Frayha, R., (1962); Urânio e Tório no Planalto de Poços de Caldas.
Departamento Nacional da Produção Mineral, M.M.E, Rio, Brasil, Boletim n°
116, p.75.
Malanca, A., V. Pessina, G. Dallara, C. N., Luce and L. Gaidolfi, 1995.
Natural Radioactivity in Building Materials from the Brazilian State of Espirito
Santo, Appl.
Radiat. Isot., v.46, p.1387-1392.
NUCLEBRAS, (1984) Mapa Aerogamaespectrométrico do Brasil, Relatório
de fase do Departamento de Geologia, Empresas Nucleares Brasileiras
S.A
Oliveira, R., Almeida, C.E., Silva, H.E., Javaroni, H.H., Castanho, M., Coelho,
M..J. and Alves, R.N., 1996.
Brazilian Research in Areas of High Natural Radioactivity. In:
Proceedings of 4th International Conference on High Levels of Natural
Radiation: Radiation Doses and Health Effects, Beijing, China, outubro 1996,
eds. L. Wei, T. Sugahara and Z. Tao, Elsevier, Tokyo, p.119-127.
Penna Franca, E., (1977) Review of Brazilian Investigations in Areas of
High Natural Radioactivity. Part II: Internal Exposure and Cytogenetic
Survey. In International Symposium on areas of high natural radioactivity
Poços de Caldas, Brazil, junho 1975, eds. T.L. Cullen and E. Penna Franca,
Academia Brasileira de Ciências, RJ, p. 29-48.
Penna Franca, E., Almeida, J.C., Becker, J., Emmerich, M., Roser, F.X.,
Kegel, G., Hainsberger, L., Cullen, T.L., Petrow, H., Drew, R., and
Eisenbud, M., (1965) Status of Investigations in the Brazilian Areas of High
Natural Radioactivity, Health Physics, v. 11, p.699-712.
Roser, F. X., Cullen T. L., (1964) External Radiation Levels in High
Background Regions of Brazil, The Natural Radiation Environment
University of Chicago Press,
Chicago, p.825-83.
Sohrabi, M.., (1996) Word High Level Natural Radiation and/or Radon-
prone Areaswith Special Regard to Dwellings. In: Proceedings of 4th
International Conference on High Levels of Natural Radiation: Radiation Doses
and Health Effects, Beijing, China. Outubro 1996, eds. L. Wei, T. Sugahara ,
Elsevier, Tokyo, p. 215.
Sohrabi, M., (1998) The State-of-the art on Worldwide Studies in some
Environmental with Elevated Naturally Occurring Radioactive Materials
(NORM). Applied. Radiation. Isotopes, v. 49-3, p. 169-188.
Sohrabi, M., (2000) Enviromental with Elevated Radiation Levels from
Natural Radioactive Substances. In: Proceedings of International Symposium
on Restoration Environments with Radioactive Residues. Arlington, Virg. US,
1999.(IAEA–SM–359).
UNSCEAR, 2000a. Sources and Effects of Ionizing Radiation. United
Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation, UNCEAR 2000
Report to the General Assembly, with scientific annexes. Volume I , Sources,
Annex B; Exposures from natural radiation sources, p. 111.
Wedow, H., (1967) The Morro do Ferro Thorium and Rare Earth Ore
Deposit, Poços de Caldas District, Brazil, U. S. Geological Survey. Bulletin
1185-D, 35p.