relatório - medidas em campo - radiação

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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

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Page 1: Relatório - Medidas Em Campo - Radiação

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

Page 2: Relatório - Medidas Em Campo - Radiação

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.

Page 3: Relatório - Medidas Em Campo - Radiação

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

Page 4: Relatório - Medidas Em Campo - Radiação

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).

Page 5: Relatório - Medidas Em Campo - Radiação

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

Page 6: Relatório - Medidas Em Campo - Radiação

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.

Page 7: Relatório - Medidas Em Campo - Radiação

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

Page 8: Relatório - Medidas Em Campo - Radiação

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

Page 9: Relatório - Medidas Em Campo - Radiação

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.

Page 10: Relatório - Medidas Em Campo - Radiação

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,

Page 11: Relatório - Medidas Em Campo - Radiação

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.

Page 12: Relatório - Medidas Em Campo - Radiação

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

Page 13: Relatório - Medidas Em Campo - Radiação

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.

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