CT_CPGEI_M_Mafra, Karina Cristina_2011.pdf

UNIVERSIDADE TECNOLOGICA FEDERAL DO PARANÁ PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA

ELÉTICA E INFORMÁTICA INDUSTRIAL - CPGEI

KARINA CRISTINA MAFRA

MEDIDAS DA CONCENTRAÇÃO DE RADÔNIO-222 EM ÁGUA DE POÇO E SOLO DA REGIÃO DO PINHEIRINHO EM CURITIBA E PROPOSTA DE MITIGAÇÃO DA ÁGUA

DISSERTAÇÃO

CURITIBA 2011

KARINA CRISTINA MAFRA

MEDIDAS DA CONCENTRAÇÃO DE RADÔNIO-222 EM ÁGUA DE POÇO E SOLO DA REGIÃO DO PINHEIRINHO EM CURITIBA E PROPOSTA DE MITIGAÇÃO DA ÁGUA

Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre em Ciências, do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial, Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Área de Concentração: Engenharia Biomédica. Orientador: Prof. Sergei Anatolyevich Paschuck, Ph.D.

CURITIBA 2011

Dados Internacionais de Catalogação na Publicação M187 Mafra, Karina Cristina Medidas da concentração de Radônio-222 em água de poço e solo da Região do Pinheirinho em Curitiba e proposta de mitigação da água / Karina Cristina Mafra.— 2011. 102 f. : il. ; 30 cm

Orientador: Sergei Anatolyevich Paschuck. Dissertação (Mestrado) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Programa de Pós-

graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial. Curitiba, 2011. Bibliografia: f. 98-102.

1. Radon. 2. Águas subterrâneas – Análise. 3. Água – Aeração. 4. Solos –Aeração. 5.

Engenharia elétrica – Dissertações. I. Paschuck, Sergei Anatolyevich, orient. II. Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial. III. Título.

CDD (22. ed.) 621.3

Biblioteca Central da UTFPR, Campus Curitiba

Não entregues tua alma a tristeza, não atormentes a ti mesmo em teus pensamentos. A alegria do coração é a vida do homem, e um inesgotável tesouro de santidade. A alegria do homem torna mais longa a sua vida. Tenhas compaixão de tua alma, torna-te agradável a Deus, e sê firme; concentra teu coração na santidade, e afasta a tristeza para longe de ti, pois a tristeza matou a muitos, e não há utilidade alguma. A inveja e a ira abreviam os dias, e a inquietação acarreta a velhice antes do tempo. Um coração bondoso e nobre banqueteia-se continuamente, pois seus banquetes são preparados com solicitude. ECLESIÁSTICO 30 (22-27)

AGRADECIMENTOS

A Deus por sempre estar ao meu lado. Ao meu orientador Prof. Sergei Anatolyevich Paschuck pelas orientações e

incentivos. Ao meu namorado Rodrigo Minatti e irmã Priscilla Luciana Mafra Cancela

pelo amor, apoio e paciência. A minha família por sempre estar me incentivando. Ao meu colega Edney Milhoretto, pelo grande apoio e ajuda para o

desenvolvimento da pesquisa. Em especial para Janine Nicolosi Corrêa que desde o início me orientou e

ajudou com a metodologia da pesquisa. Ao grande amigo Laércio Barbosa pelo incentivo e colaboração para a

realização dessa dissertação. Ao Marilson Reque pela ajuda durante as pesquisas e a colaboração nas

medidas e projeto de aeração. Ao professor Valeriy Deniak que me auxiliou durante a medida no solo e

gráfico do projeto. À UTFPR por fornecer materiais e estrutura acadêmica. Ao Alexandre Ivo Costa Szymanski, Mariana Naime, Heryckssen Willyans

Rizzardi e Estiven Muller Lourenço, pela ajuda durante as coletas das amostras para a pesquisa.

A todas as pessoas que permitiram a análise do solo e da água.

RESUMO

MAFRA, Karina Cristina. Medidas da concentração de Radônio-222 nas águas e solo da Região do Pinheirinho em Curitiba e Proposta de Mitigação da água, 2011. Dissertação Mestrado (Engenharia Biomédica) – Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica e de Informática Industrial. Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Curitiba, 2011.

Mais de 50% da dose de radiação efetiva anual recebida por um ser humano está relacionada com o Radônio e seus produtos. Os principasis mecanismos que levam o Radônio no interior das residências são a emanação do solo e a liberação do Radônio na água. Esse trabalho apresenta uma proposta de mitigação, método para redução de Radônio-222 em níveis de água de poço, utilizando o processo de aeração da água e medidas da concentração de Radônio -222 nas águas e solo. As amostras foram coletadas em poço e solo na região do Pinheirinho em Curitiba, Brasil. As medidas foram realizadas durante o período de Fevereiro a Junho de 2011, sendo analisadas em média dez amostras de cada coleta de água, entre elas oito sob o processo de aeração. As medidas foram obtidas com a câmara de ionização Radon Professional Monitor (AlfaGUARD), aparelho que verifica a concentração de Radônio na faixa de 2 – 2x106 Bq/L, ajustado em um fluxo de 0,5L/min, em um tempo aproximado de 60 minutos, no Laboratório de Radiações Ionizantes da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR). Os níveis de concentração de Radônio-222 foram medidos através do software AlfaEXPERT, e formulações adequadas caracterizaram a concentração desse gás em água corrigindo o tempo de decaimento devido ao atraso da coleta das amostras em relação às medições. O método de mitigação utilizado foi o de aeração, chamado Aeração Difusora, na qual ocorre a gaseificação da água em um processo de injeção de ar por um aerador conectado em uma placa porosa durante um período de 24 horas em 4 dias, já que a meia-vida do Radônio é cerca de 3,82 dias, para a diminuição da concentração de Radônio-222 nas amostras. Inicialmente as amostras apresentaram concentrações de Radônio-222 de aproximadamente 20 Bq/L, nível acima de 11,11 Bq/L recomendado pela USEPA (Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos). Após aplicar a medida de mitigação nessas amostras de água, as concentrações de Radônio-222 diminuíram satisfatoriamente e ficaram abaixo do valor esperado pelo decaimento natural do gás. Palavra-chave: Radônio. Mitigação. Aeração Difusora.

ABSTRACT

MAFRA, Karina Cristina. Measures of the concentration of Radon-222 in the water and soil in the region of Pinheirinho in the city Curitiba and Proposed Mitigation of water, 2011. Dissertação Mestrado (Engenharia Biomédica) – Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica e de Informática Industrial. Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Curitiba, 2011. More than 50% of the effective annual radiation dose received by a human being is related to the Radon and its progeny. Among main mechanisms that bring Radon inside the dwelling are the soil emanation and radon release from the water. This present work represents a proposal of mitigation, method to reduce Radon-222 levels in well water, using the process of water aeration and measurements of Radon-222 in the water and soil. Samples were collected in a pit and soil in the region of “Pinheirinho” in the city of “Curitiba” Brazil. The Measurements were taken during the period of February till June of 2011, being analyzed by an average of ten samples of each water collected, among them eight were under the process of aeration. The measurements were obtained with ionization chamber Randon Professional Monitor (AlfaGUARD), a device that checks concentrations of Radon in the range of 2-2x106 Bq/L, adjusted in a flow of 0.5L/min, with approximate time of 60 minutes, in the laboratory for Ionizing Radiation of the Univeristy “ Federal do Parana” (UTFPR). The levels of concentration of Radon-222 were measured by the software called AlfaEXPERT, and suitable formulations characterized the concentration of this gas in the water by correcting the time decay due to the delay in the collection of samples for measurements. The method of mitigation used was aeration, called Diffusing Aeration, in which there is the gasification of water in a process that injects air by an aerator connected in a porous plate during a period of 24 hours in 4 days, since the half life of Radon is approximately 3,82 days, for the reduction of the concentration of Radon-222 on samples. Initially samples had concentrations of Radon-222 aproximately from 20 Bq/L, a level above 11.11 Bq/L recomended by USEPA (United States Enviromental Protection Agency). After Applying the measurements to mitigate these samples of water, the concentration of Radono-222 decreased satisfactorily and remained below the expected value by the natural decaying of the water. Keyword: Radon. Mitigation. Diffusing Aeration.

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 - Estrutura do átomo (CNEN, 2011)................................................... 17 Figura 2.2 - Átomo, modelo de Kelvin-Thomson, pudim de ameixas (MAGILL e GALY, 2005)...................................................................

17

Figura 2.3 – A: Niels Bohr (1885–1962) em um selo Dinamarquês (MAGILL e GALY, 2005)..................................................................

18

Figura 2.3 - B: Átomo proposto por Bohr (SERWAY e JEWETT, 2004).............. 18 Figura 2.4 - Tabela Periódica (MAGILL e GALY, 2005)...................................... 19 Figura 2.5 - Tabela de Nuclídeos (TAUHATA et al., 2003).................................. 20 Figura 2.6 - Partícula alfa (TAUHATA et al., 2003).............................................. 23 Figura 2.7 - Barreira de potencial da partícula alfa (MAGILL e GALY, 2005)..... 24 Figura 2.8 - Diagrama do decaimento alfa para 238 U (MAGILL e GALY, 2005).. 25 Figura 2.9 - Séries radioativas naturais (CNEN, 2004; LYMAN, 1997)............... 28 Figura 2.10 - Curva do decaimento de um radioisótopo(TAUHATA et al., 2003) 32 Figura 2.11 - Figura representativa da radiação (TAUHATA et al., 2003)........... 36 Figura 2.12 - Solo de Curitiba (MINEROPAR, 2009) .......................................... 43 Figura 2.13 - Decaimento do Radônio (MAGILL e GALY, 2005)......................... 44 Figura 2.14 - Gráfico da solubilidade dos gases nobres em água (CLS,1999)... 45 Figura 2.15 - Gráfico da variação da concentração de Radônio no solo

durante o dia e a noite (TAUHATA et al., 2003)......................... 46

Figura 2.16 - Gráfico da variação da concentração de Radônio durante o dia (TAUHATA et al., 2003)..................................................................

47

Figura 2.17 - Gráfico da variação da concentração do Radônio durante o ano (TAUHATA et al., 2003)..................................................................

47

Figura 2.18 - Gráfico da variação da concentração de Radônio em ambientes internos e externos (TAUHATA et al., 2003).................................

48

Figura 2.19 - Fluxograma da célula afetada pela partícula alfa (CLS,1999)....... 50 Figura 2.20 - Gráfico da estimativa de morte por ano relacionado com

Radônio e outras causas (EPA, 2009)...................................... 52

Figura 2.21 - AlphaGUARD (GENITRON, 2007)................................................. 61 Figura 2.22 - Foto AlphaGUARD (Autoria própria, 2011).................................... 61 Figura 2.23 - AlphaPUMP (GENITRON, 2007).................................................... 62 Figura 2.24 - Gráfico da concentração de Radônio-222 (GENITRON, 2007)..... 63 Figura 2.25 - AquaKit para analise de Radônio na água (GENITRON, 2007).... 63 Figura 2.26 - Imagem para analise de Radônio no solo (GENITRON, 2007)..... 64 Figura 2.27 - Imagem da sonda para medidas de Radônio no solo (GENITRON, 2007).........................................................................

64

Figura 3.1 - Folha de anotações das medições de Radônio (UTFPR, 2010)...... 66 Figura 3.2 - Foto do AquaKit (Autoria própria, 2011).......................................... 67 Figura 3.2 - Foto do AquaKit (Autoria própria, 2011).......................................... 67 Figura 3.3 - Foto do AquaKit e AlphaGUARD (Autoria própria, 2011)................. 67 Figura 3.4 - Foto da pedra porosa e mangueira (Autoria própria, 2011)............. 70 Figura 3.5 - Foto do fluxômetro (Autoria própria, 2011)....................................... 70 Figura 3.6 - Foto do aerador (Autoria própria, 2011)........................................... 71 Figura 3.7 - Foto do recipiente (Autoria própria, 2011)........................................ 71

Figura 3.8 - Foto do recipiente em aeração (Autoria própria, 2011).................... 71 Figura 3.9 - A e B: Imagens da broca (Autoria própria, 2011)............................. 73 Figura 3.10 - Foto da broca (Autoria própria, 2010)............................................ 73 Figuras 3.11 - A e B: Imagens da sonda (Autoria própria, 2011)........................ 74 Figuras 3.12 - A e B: Imagens da sonda (Autoria própria, 2011)........................ 74 Figuras 3.13 - A e B: Imagens da ponta da sonda (Autoria própria, 2011)......... 75 Figura 3.14 - Foto da ponta da sonda (Autoria própria, 2010)............................ 75 Figura 3.15 - Foto da ponta da sonda com a mangueira azula (Autoria própria, 2010)....................................................................

75

Figura 3.16 - Foto da medida de Radônio no solo (Autoria própria, 2011)......... 77 Figura 4.1 - Gráfico dos dados da amostra 1 - Coleta em 28/02 (Autoria própria, 2011).....................................................................

79

Figura 4.2 - Gráfico dos dados da amostra 2 - Coleta em 28/03 (Autoria própria, 2011).....................................................................

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Figura 4.10 - Gráfico dos dados da amostra 10 - Coleta em 06/06 (Autoria própria, 2011)...................................................................

88

Figura 4.11 - Gráfico da média ponderada (Autoria própria, 2011)..................... 90 Figura 4.12 - Gráfico dos dados da amostra no solo - Coleta em 24/05 (Autoria própria, 2011)...................................................................

92

Figura 5.1 - Imagem da caixa de água lateralmente (Autoria própria, 2011)....... 93 Figura 5.2 - Imagem da caixa de água (Autoria própria, 2011)........................... 94 Figura 5.3 - Imagem da caixa de água com acessórios (Autoria própria, 2011). 94 Figura 5.4 - Imagem da caixa de água ocorrendo à aeração (Autoria própria, 2011)......................................................................

95

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1 - Datas importantes: descobertas científicas (OKUNO, 1998; IPEN, 2002).............................................................

22

Tabela 2.2 - Radionuclídeos: alfa- emissores (TAUHATA et al., 2003)............... 27 Tabela 2.3 - Valores do fator de peso wT para tecido ou órgão

(TAUHATA et al., 2003)....................................................................

34 Tabela 2.4 - Principais radionuclídeos (IPEN, 2002; TIPLER, 2000).................... 35 Tabela 2.5 - Principais radionuclídeos naturais (IPEN, 2002; TIPLER, 2000)...... 36 Tabela 2.6 - Tabela modificada, sobre a dose equivalente - exposição do Rn222

(CLS, 1999).......................................................................................

51 Tabela 2.7 - Estimativa de câncer pulmonar em 1995 (EPA, 2003)..................... 54 Tabela 2.8 - Estimativa de risco de morte por câncer de pulmão (EPA, 2003).... 54 Tabela 2.9 - Acontecimentos relacionados com o Radônio (COTHERN, 1987). 55 Tabela 4.1 - Dados da amostra 1- Coleta em 28/02 (Autoria própria, 2011)........ 79 Tabela 4.2 - Dados da amostra 2- Coleta em 28/03 (Autoria própria, 2011)........ 80 Tabela 4.3 - Dados da amostra 3 - Coleta em 04/04 (Autoria própria, 2011)....... 81 Tabela 4.4 - Dados da amostra 4 - Coleta em 18/04 (Autoria própria, 2011)....... 82 Tabela 4.5 - Dados da amostra 5 - Coleta em 25/04 (Autoria própria, 2011)....... 83 Tabela 4.6 - Dados da amostra 6 - Coleta em 02/05 (Autoria própria, 2011)....... 84 Tabela 4.7 - Dados da amostra 7 - Coleta em 09/05 (Autoria própria, 2011)....... 85 Tabela 4.8 - Dados da amostra 8 - Coleta em 23/05 (Autoria própria, 2011)....... 86 Tabela 4.9 - Dados da amostra 9 - Coleta em 30/05 (Autoria própria, 2011)....... 87 Tabela 4.10 - Dados da amostra 10 - Coleta em 06/06 (Autoria própria, 2011)... 88 Tabela 4.11 - Concentração de 222Rn com aeração (Autoria própria, 2011)......... 89 Tabela 4.12 - Concentração de 222Rn sem aeração (Autoria própria, 2011)......... 89 Tabela 4.12 - Dados da amostra no solo (Autoria própria, 2011)......................... 91 Tabela 5.1 - Custo aproximado dos materiais utilizados na medida de mitigação (Autoria própria, 2011).......................................................................

95

LISTA DE SÍMBOLOS

a Massa atômica a.C Antes de Cristo A Atividade Bq Bequerel β Partícula Beta Ci Currie D Dose absorvida eV Elétron-volt H Dose equivalente HE Dose Efetiva He Hélio – 2 N Núcleo radioativo Po Polônio – 218 Pb Chumbo - 206 Rn Radônio - 222 Ra Rádio - 226 T1/2 Meia-Vida T Vida-Média U Urânio - 238 Z Número atômico WR Fator qualidade X Exposição α Partícula alfa γ Radiações gama v Neutrino λ Constante de decaimento

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

CLS Commission on Life Sciences CNEN Comissão Nacional de Energia Nuclear EPA Environmental Protection Agency IARC International Agency for Research on Cancer ICRP International Commission on Radiological Protection IPEN Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares IRD Instituto de Radioproteção e Dosimetria LANL Los Alamos National Laboratory NAS National Academy of Sciences NRC Nuclear Regulatory Commission NCRP National Committee for Responsive Philanthropy SI Sistema Internacional USEPA United States Environmental Protection Agency UNSCEAR United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic

Radiation UTFPR Universidade Tecnológica Federal do Paraná

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO.................................................................................................... 14 1.1 OBJETIVOS...................................................................................................... 15 1.1.1 Objetivo Geral................................................................................................ 15 1.1.2 Objetivos Específicos.................................................................................... 15 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA.......................................................................... 16 2.1 CONCEITOS GERAIS...................................................................................... 16 2.1.1 Estrutura da matéria...................................................................................... 16 2.1.2 Radioatividade............................................................................................... 21 2.1.3 Séries radioativas naturais............................................................................ 28 2.1.3.1 Atividade..................................................................................................... 30 2.1.3.2 Meia-Vida................................................................................................... 31 2.1.3.3 Vida Média.................................................................................................. 31 2.1.3.4 Exposição .................................................................................................. 32 2.1.3.5 Dose Absorvida ......................................................................................... 33 2.1.3.6 Dose Equivalente ...................................................................................... 33 2.1.3.7 Equivalente de Dose Efetiva ..................................................................... 33 2.1.3.8 Fontes naturais de radiação....................................................................... 35 2.1.3.9 A contaminação do solo e da água............................................................ 37 2.1.3.9.1 Comportamento dos radionuclídeos em solo.......................................... 38 2.1.3.9.1.1 Captação de solos................................................................................ 39 2.1.3.9.1.2 Deposição foliar de radionuclídeos...................................................... 40 2.1.3.9.1.3 Transporte de partículas ...................................................................... 41 2.1.3.9.1.4 Urânio e Tório....................................................................................... 41 2.1.3.9.1.5 Rádio.................................................................................................... 41 2.1.3.9.2 Água subterrânea.................................................................................... 42 2.1.3.9.3 Solo de Curitiba....................................................................................... 43 2.2 RADÔNIO (222Rn)............................................................................................. 44 2.3 MITIGAÇÃO...................................................................................................... 56 2.3.1 Aeração......................................................................................................... 56 2.3.1.1 Pacotes de Torre de Aeração..................................................................... 57 2.3.1.2 Spray de Aeração....................................................................................... 58 2.3.1.3 Jato de Aeração......................................................................................... 58 2.3.1.4 Pressão de Aeração................................................................................... 58 2.3.1.5 Aeração Difusora........................................................................................ 59 2.4 CÂMARA DE IONIZAÇÃO................................................................................ 60 2.4.1 Equipamento AlphaGUARD.......................................................................... 60 3METODOLOGIA................................................................................................... 65 3.1MEDIDAS DAS AMOSTRAS DE ÁGUA........................................................... 65 3.2 MEDIDA NO SOLO.......................................................................................... 73 3.2.1Instruções para coleta do gás Radônio.......................................................... 76 3.3 ANALISE DOS DADOS.................................................................................... 78 4 RESULTADOS E DISCUÇÕES.......................................................................... 79 4.1 AMOSTRAS DE ÁGUA.................................................................................... 79 4.2 AMOSTRA EM SOLO...................................................................................... 91 5 PROPOSTA DE MITIGAÇÃO DA ÁGUA........................................................... 93 6 CONCLUSÕES................................................................................................... 96

6.1 TRABALHOS FUTUROS................................................................................. 97 REFERÊNCIAS...................................................................................................... 98

14

1 INTRODUÇÃO

Uma das maiores contribuições da radiação natural se dá pela exposição do

Radônio e seus filhos, recebidos diretamente e diariamente pelos seres humanos

(BUSHONG, 2001).

O Radônio é responsável por 55% da radiação natural e os outros 45% de

diversas radiações, como: raios cósmicos (8%); radiação terrestre (8%); radiação

interna (11%); Raios X (11%); medicina nuclear (4%); usinas nucleares (1%) e

outros produtos (1%) (BUSHONG, 2001).

O Radônio-222 descoberto por Dom em 1900 é um gás natural, incolor,

inerte e radioativo, com meia-vida de 3,82 dias, proveniente do decaimento da série

do 238U e filho direto do 226Ra. Ao decair no elemento 218Po e sucessivamente

ocorrem decaimentos radioativos até ser alcançada estabilidade no 206Pb (EPA,

2003, UNSCEAR, 2000; LANL, 2003).

O Radônio consegue emanar por rachaduras, fissuras e porosidades do solo

para a atmosfera e se alojar em diversas construções como residências, prédios,

escolas e minas subterrâneas. Uma das características do Radônio é ser um gás

pesado, essa o faz com que se acumule no subsolo e lençóis freáticos.

Os primeiros estudos sobre o malefício do Radônio foram realizados no

começo do século XIX, em minas subterrâneas, e nos anos 70 em residências

(UNSCEAR, 2000).

O gás Radônio-222 ao ser inalado passa rapidamente aos pulmões e desse

modo ao decair, emite partículas alfa e seus filhos de meia-vida curta, podem causar

alterações cromossômicas, danos irreversíveis às células pulmonares do sistema

respiratório e possível câncer (EPA, 2003; UNSCEAR, 2000; EPA, 1999).

Esse gás é considerado a segunda principal causa de câncer de pulmão

(LEWIS et al.; EPA, 1999; EPA, 2009).

Os limites estabelecidos pela Comissão Internacional de Proteção

Radiológica para o Radônio é de 0,2 a 0,6 Bq/L sendo que medidas de mitigação

devem ser tomadas se ultrapassarem 0,6 Bq/L (ICRP, 1993).

15

O Radônio-222 encontrado em águas potáveis pode causar exposição pela

inalação do gás liberado por estas, durante atividade doméstica, assim a United

States Environmental Protection Agency estabeleceu limites de 11,1 Bq/l para níveis

de Radônio nessas águas (USEPA,1999).

No Brasil, Estado do Paraná (aqüífero Guarani), foram encontradas

concentrações de Radônio-222 entre 41,83 e 57,34 Bq/L e no Estado de São Paulo

as concentrações de Radônio-222 entre 0,04 e 204,9 Bq/L (BONOTTO, 2004).

Dessa maneira o interesse em conhecer os níveis desse gás em águas de

poço e solo, e propor uma proposta de mitigação, apresenta-se nessa pesquisa.

1.1 OBJETIVOS

1.1.1 Objetivo Geral O objetivo dessa dissertação é medir a concentração de Radônio-222 nas

águas subterrâneas e no solo da região do Pinheirinho em Curitiba e elaborar uma proposta de mitigação.

1.1.2 Objetivos Específicos

Os objetivos específicos neste projeto incluem: Coletar amostras das águas de poço, para medir os níveis de

concentração do Radônio -222, localizado na região do Pinheirinho em Curitiba; Obter medidas de concentração do gás Radônio no solo na região do

Pinheirinho em Curitiba; Elaborar uma proposta de mitigação, para população de Curitiba utilizar

essas águas com concentrações menores de Radônio-222.

16

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

2.1 CONCEITOS GERAIS

2.1.1 Estrutura da matéria

O corpo humano é formado de vários níveis de organização estrutural,

sendo o nível químico um dos mais importantes para o organismo. As substâncias

químicas são formadas por átomos, esses se associam de várias formas se

tornando moléculas e essas se ligam e formam as células (BONTRAGER, 2001).

Um filósofo grego chamado Demócrito acreditava que toda a matéria fosse

formada por pequenas partículas indivisíveis.

Por volta de 400 aC. surgiu à palavra átomo, que provém do grego e

significa indivisível.

No século dezenove John Dalton descreve que os elementos poderiam já

ser classificados com valores inteiros de suas massas atômicas (SERWAY, JEWETT

2004).

Sendo a menor partícula que contém todas as propriedades de um

elemento, é constituído essencialmente por espaços vazios (BUSHONG, 2008).

Sua estrutura é constituída por partículas menores, subatômicas, como o

núcleo (onde estão alocados os prótons e nêutrons) e uma coroa eletrônica (os

elétrons) (BUSHONG, 2008; HALLIDAY et al., 2009; CNEN, 2011).

17

A estrutura atômica pode ser observada na Figura 2.1

Figura 2.1 - Estrutura do átomo Fonte: CNEN (2011).

J.J. Thomson em 1890 relatou que os elétrons constituíam uma parte do

átomo, e comparou-o com um pudim de ameixas, onde os elétrons eram as ameixas

e a massa positiva o pudim, a Figura 2.2 demonstra essa comparação (SERWAY e

JEWETT, 2004):

Figura 2.2 - Átomo, modelo de Kelvin-Thomson, pudim de ameixas Fonte: MAGILL e GALY (2005).

18

O núcleo atômico foi descoberto em 1911 pelo professor e pesquisador

Ernest Rutherford durante um experimento feito em laboratório na Universidade de

Manchester.

Nesta experiência, Rutherford bombardeou uma fina lâmina de ouro com

partículas alfa, e observou que algumas partículas ultrapassavam o metal como se

nada houvesse ali, algumas tinham seu trajeto desviado e outras até retrocediam

(HALLIDAY et al, 2004; FELTRE, 1994; WEINBERG, 1985).

A conclusão que o pesquisador chegou foi que o átomo era constituído de

núcleo denso, pequeno, eletricamente positivo (FELTRE, 1994).

Em 1913 Niels Bohr (Figura 2.3 a), aperfeiçoou o modelo descrito por

Rutherford, propondo uma estrutura semelhante ao sistema solar, como se pode

observar na Figura 2.3 b (SERWAY e JEWETT, 2004):

Figura 2.3 - A Niels Bohr (1885–1962) Figura 2.3 - B: Átomo proposto por Bohr em um selo Dinamarquês Fonte: SERWAY e JEWETT (2004).

Fonte: MAGILL e GALY (2005).

O núcleo tem dimensão em torno de 10-14m, onde é encontrada

praticamente toda a massa do átomo. Este núcleo está envolvido por camadas de

partículas eletricamente negativas, com diâmetro total aproximado de 10-10m,

chamados elétrons (CONSTANTE, 1981).

19

Núcleo é composto por dois tipos de partículas em seu interior: o próton,

provido de carga positiva de 1,602192 x10-19 C e massa de 1,673x10-27Kg, e o

nêutron, com massa próxima a do próton e sem carga elétrica (CONSTANTE, 1981;

ABDALLA, 2006 ).

A Força Nuclear Forte mantém os prótons e os nêutrons unidos no núcleo e

a Força Eletromagnética mantém os elétrons unidos ao núcleo (HALLIDAY et al.,

2009).

Existem elementos formados por apenas um próton como o Hidrogênio ou

por vários como o Urânio com 92 prótons (CNEN, 2011).

Mendeleev relatou que os elementos poderiam ser classificados em ordem

crescente de massa atômica e que as propriedades químicas e físicas poderiam ser

similares entre os elementos, assim dando origem a tabela periódica que pode ser

visualizada na Figura 2.4 (SERWAY e JEWETT, 2004):

Figura 2.4 - Tabela Periódica Fonte: MAGILL e GALY (2005).

Os átomos podem ser classificados e agrupados em determinadas famílias

na tabela periódica, essa é dividida em seis períodos horizontais completos e um

sétimo incompleto, cada período começa a esquerda com um metal alcalino, com

exceção do primeiro, e no final com um gás nobre (CNEN, 2011).

20

Um átomo pode existir em certo estado de energia, ao sofrer uma alteração,

absorvendo luz, passando para um nível maior de energia e ao emitir luz um nível

menor de energia. Esta emissão ou absorção se retrata na forma de um fóton.

Os átomos têm momento magnético e angular e esses são conectados e

tendem a ter direções opostas (HALLIDAY et al., 2009).

Os elementos químicos diferem entre si pela quantidade de prótons e

elétrons em seus átomos. A quantidade de prótons em seu núcleo é conhecido

como número atômico (Z). O núcleo é composto de prótons e nêutrons (N), e a soma

das quantidades destas duas partículas é chamada número de massa (A = Z+N)

(MCKOWN,1966; MAGILL et al., 2005).

Átomos que possuem mesmo número atômico, porém número de massa

distinto são chamados de isótopos. Já os isótonos são átomos que têm o mesmo

número de nêutrons, mas diferentes números de prótons e os isóbaros são aqueles

átomos que possuem os mesmos números de massa atômica, mas o número

atômico diferente (BUSHONG, 2008; MCKOWN, 1966; MAGILL et al., 2005).

Os nuclídeos podem ser organizados através da Tabela de Nuclídeos

demonstrada na Figura 2.5, onde esses são representados em um par de

coordenadas para prótons e nêutrons. A cor varia conforme o estado, sendo

nuclídeos estáveis e nuclídeos radioativos. Os estáveis (Z < 83) de pequena massa

têm aproximadamente o mesmo número de nêutrons e prótons, tendo uma maior

quantidade de isótopos.

Figura 2.5 - Tabela de Nuclídeos Fonte: TAUHATA et al. (2003).

21

2.1.2 Radioatividade

Descoberta em março de 1896 por Antonie Henri Becquerel (FONSECA,

1992; EBBING, 1996; WEHR et al., 1965; WEINBERG, 1985; SCAFF, 1979), a

radioatividade é “a atividade que certos átomos possuem de emitir radiações

eletromagnéticas e partículas de seus núcleos instáveis com o propósito de adquirir

estabilidade” (FONSECA, 1992, p. 255)

Esta estabilidade é encontrada pela razão entre a quantidade de nêutrons e

prótons presentes no núcleo. Quanto maior este coeficiente, maior será a

instabilidade deste átomo (FONSECA, 1992). Mais de 3000 nuclídeos são

conhecidos, no entanto apenas 10% são estáveis (MAGILL et al., 2005).

Através de experimentos com diversos sais de Urânio, Becquerel percebeu

que a radioatividade provinha do próprio átomo, fosse ele excitado ou não pela luz.

A conclusão que chegou, foi que a radiação emitida era sempre proporcional a

concentração de Urânio no composto analisado (WEHR et al., 1965; SCAFF, 1979).

O casal Curie começou a estudar mais profundamente esta nova

descoberta, através de análises feitas com os compostos Calcolita e Pechblenda,

eles encontraram um elemento mais radioativo que o Urânio: o Polônio. Mais de dois

anos após a descoberta da radioatividade, Pierre e Marie Curie obtiveram o Rádio

(SCAFF, 1979).

Durante muitos anos descobertas científicas sobre a radioatividade foram

relatadas e demonstradas.

22

Na Tabela 2.1 são mostradas as principais descobertas em suas respectivas

épocas:

Tabela 2.1 - Datas importantes: descobertas científicas

ANOS DESCOBERTA/PESQUISADOR

Anos antes Previsão Teórica da existência dos Raios X - Hermann Vonn

1895 Descoberta Experimental dos Raios X - Wilhelm Conrad Roentgen

1896 Intalação da 1º Unidade de Radiografia Diagnóstica

1896 O sal de urânio emitia radiações espontâneas - Antoine H. Becquerel

1898 Descoberta de outros elementos radioativos: Polônio e Rádio - Casal Pierre e Marie Curie

1898 *Identificação de 2 tipos de radiação: radiação alfa e radiação beta – Ernest Rutherford

1899 Identificação do 3º tipo de radiação: radiação gama/ Paul Villard

A partir de 1930 Produção do cyclotron - Ernest Orland Lawrence e M. Stanley Livingston

A partir de 1930 Produção do reator de fissão - Enrico Fermi

1934 Transformação de elementos comuns em elementos radioativos: Fósforo-13 e Nitrogênio -13 Irène Curie e Frèdéric Joliot

1934 Conhecimento de energia atômica ou energia nuclear 1945 Uso de Bomba Atômica em Hiroshima e Nagasaki

Após 2º Guerra Mundial

Utilização de materiais radioativos e energia nuclear em várias áreas de conhecimento para melhorar as condições de vida da população

*Hoje conhecidas como partículas alfa e radiação gama Fonte: (OKUNO, 1998; IPEN, 2002).

Em 1897, Rutherford já havia dito que as radiações ocorriam de três formas

distintas: emissão de partículas beta, raios gama e de partículas alfa (SELMAN,

2000; SCAFF, 1979).

Ø A partícula Beta (β) – elétron ou pósitron (partícula de carga positiva

com mesma massa do elétron) é emitido pelo núcleo contiguamente com um

neutrino (ν) (uma partícula neutra e com uma massa pequena ou nula), contudo

apresentam uma distribuição contínua de energia de zero até um valor máximo,

assim esse processo ocorre para que o núcleo fique estável.

Essas partículas são leves e possuem um valor maior de penetração do que

as partículas alfa.

O decaimento beta é um processo estatístico, a dois tipos de decaimento

beta, sendo o Beta menos (β−), um elétron é emitido por um núcleo (n → p + β− + ν)

23

e no Beta mais (β+) um pósitron é emitido por um núcleo (p → n + β+ + ν)

(HALLIDAY et al., 2009; MAGILL et al., 2005; IRD, 2005).

Ø A radiação Gama (γ) - ocorre quando um núcleo excitado libera um ou

mais fótons monoenergéticos, podendo ocorrer várias liberações até o núcleo se

estabilizar, assim o núcleo passa de um estado de maior energia para um estado de

menor energia.

A radiação gama tem seu poder de penetração alto, podendo ser danoso em

matéria orgânica, podendo penetrar em matérias e percorrer grandes distancias no

ar, também não possui carga e nem massa (HALLIDAY et al., 2009; MAGILL et al.,

2005; IRD, 2005).

Ø A partícula Alfa representada na Figura 2.6 é composta por dois

prótons e dois nêutron, tendo assim número atômico (Z) 2 e número de massa (A) 4,

sendo um núcleo de hélio ( 24He) (BUSHONG, 2008; ABDALLA, 2006; SELMAN,

2000).

Figura 2.6 - Partícula alfa Fonte: TAUHATA et al. (2003).

Comparada com a radiação gama e com a partícula beta, a partícula alfa

tem maior carga e é mais pesada, assim menos penetrante.

24

Normalmente a emissão dessas partículas é proveniente dos decaimentos

de núcleos pesados, e é caracterizada pela emissão de um ou mais grupos de

partículas monoenergéticas, com energia definida e discreta (HALLIDAY et al., 2009;

MAGILL et al., 2005; IRD, 2005).

O momento exato da emissão da partícula alfa é imprevisível, porém é

estabelecida a probabilidade de quando isto irá ocorrer (TAUHATA et al., 2003).

O decaimento alfa é vetado por uma barreira de potencial que envolve o

núcleo, mas esse processo só ocorre devido do tunelamento (HALLIDAY et al.,

2009; MAGILL et al., 2005; POVH, 2006).

O tunelamento de uma barreira demonstrado na Figura 2.7, se dá quando

um elétron se aproxima de uma barreira de potencial (K) de uma dada altura (U) e

espessura (L), tendo assim uma probabilidade finita (T) de passar por essa barreira,

isso pode ocorrer mesmo se a energia cinética (E) for menor que a altura (U). Pode-

se calcular a probabilidade através das equações (1) e (2) (TIPLER, 2000):

T=exp(-2KL) (1)

K = √ (8π2m(U-E)/h2) (2)

Figura 2.7 - Barreira de potencial da partícula alfa Fonte: MAGILL e GALY (2005).

25

Como exemplo, na Figura 2.8, pode-se utilizar a emissão das partículas alfa

no elemento Urânio (238U) (MAGILL e GALY, 2005).

Figura 2.8 - Diagrama do decaimento alfa para 238 U Fonte: MAGILL e GALY (2005).

As reações podem ocorrer espontaneamente, devido às somas das massas

dos produtos serem menor que a massas dos nuclídeos originais, desta forma a

energia de repouso dos produtos é menor que a massa de repouso dos produtos

originais (HALLIDAY et al., 2009; MAGILL et al., 2005; IRD, 2005).

Há alguns fatores que influenciam o alcance da partícula, sendo: sua

energia; características do meio como a densidade e número atômico

(principalmente os elétrons que estão disponíveis para a interação do meio

absorvente com a partícula alfa) (HALLIDAY et al., 2009; MAGILL et al., 2005; IRD,

2005).

Pode-se determinar o alcance da partícula alfa em determinados ambientes,

como no ar através das equações (3) e (4):

Rar = exp(1,61√E) 1<E< 4 Mev (3)

26

Rar = (0,05E+2,85)E3/2 4<E< 15 Mev (4)

Rar é o alcance no ar (mm) e E é a energia da partícula (Mev) (IRD,

2005).

Em outros ambientes pode ser utilizada a formula de Bragg- Kleeman como

na equação (5):

R1/R2= p2/p1√ A1/A2 (5)

Onde p é a densidade dos materiais 1 e 2 e A o peso atômico dos mesmos.

Quando um dos ambientes é o ar, pode-se utilizar a equação (6):

R1= Rar 0,32√(A1/p1) (kg/m3) (6)

E quando há uma mistura de meios, a equação (7):

√Aef = ∑ni=1 Ni Ai / ∑

ni=1 Ni √Ai (7)

Onde Ni é a fração de átomos do elemento i e Ai peso atômico do

mesmo elemento (IRD, 2005).

A partícula alfa quando é ingerida ou inalada pode ser tóxica e prejudicar a

saúde, devido a grande energia liberada em uma pequena distância nos tecidos

afetados por essas partículas (MAGILL e GALY, 2005).

Ao comparar a energia de ligação da particular alfa com a dos nucleons (6 a

8 MeV), verifica-se que é elevada, sendo aproximadamente 28 MeV e a energia de

emissão da partícula alfa é entre 3 e 7 MeV (TAUHATA et al., 2003).

27

A Tabela 2.2 demonstra a energia cinética dos elementos alfa-emissores:

Tabela 2.2 - Radionuclídeos: alfa- emissores

Fonte: (TAUHATA et al., 2003).

A emissão destas partículas é conhecida como decaimento radioativo, ou

seja, uma diminuição na energia deste átomo.

A Lei do Decaimento Radioativo diz que há uma proporcionalidade entre o

número de átomos que se desintegram em um determinado tempo e a quantidade

de átomos radioativos presentes na amostra (TAUHATA et al., 2003).

28

2.1.3 Séries radioativas naturais

Há três séries radioativas naturais representadas na Figura 2.9, também

chamadas de famílias dos elementos radioativos: Série do Urânio, Série do Actínio e

a Série do Tório (SELMAN, 2000; FELTRE, 1992).

Figura 2.9 - Séries radioativas naturais Fonte: CNEN (2004); LYMAN (1997).

29

Todos os elementos naturais, com características radioativas surgiram

destas três séries radioativas naturais (SELMAN, 2000; FELTRE, 1992).

As séries radioativas naturais ocorrer quando um dado elemento instável

procurar a estabilidade emitindo partículas alfa e beta. As três séries radioativa

ocorrem naturalmente, com Z > 82, que são a do elemento Tório (232T), com meia

vida de 13,9 bilhões de anos - série do Tório, a do Urânio (235U), com meia vida de

713 milhões de anos - série do Actínio e do Urânio (238U), com meia vida de 4,5

bilhões de anos - série do Urânio.

Ao final de todas as séries o nuclídeo se encontra estáveis, chegando ao

termino com os isótopos do Chumbo (206Pb, 207Pb e 208Pb). Há uma quarta série a do

Neptúnio, que é fabricada em laboratório, termina com o elemento Bismuto (209Bi).

(CNEN, 2011; MAGILL et al., 2005; TAUHATA et al., 2003; ASHBY et al., 1970).

De acordo com o IPEN (2003), cerca de 70% da radiação que o ser humano

recebe é natural.

O decaimento radioativo pode ocorrer aleatóriamente, não tem um tempo

exato, os elementos decaem quando estão instáveis, mas não tem com prever

precisamente o momento do seu decaimento.

No entanto pode-se calcular pela equação (8), a probabilidade de isso

ocorrer, assim obtendo uma amostra contendo (N) núcleos radioativos, é

proporcional à sua taxa de decaimento em um determinado tempo (– dN/dt), onde dt

é dada pela constante de desintegração ou de decaimento (λ) (HALLIDAY et al.,

2009; MAGILL et al., 2005; TAUHATA et al., 2003):

- dN/dt = λN (8)

A unidade de λ no Sistema Internacional é o inverso do segundo (s-1).

Para obtermos núcleos radioativos (N) em função do tempo ( t) integra-se a

equação (8) resultando na equação (9):

lnN – lnN0 = - λ (t - t0) (9)

N0 é o número de núcleos radioativos em um instante inicial (t0).

30

Se estipularmos que t0 = 0 obtêm-se a equação (10):

Ln N/N0 = - λt (10)

Ao utilizarmos à exponencial obtêm-se a equação (11):

N= N0 exp( – λt) (11)

Desta forma obtêm-se a taxa decaimento radioativo demonstrada na

equação (12):

R= - dN/dt = λN0 exp( – λt) (12)

E na equação (13) o decaimento radioativo:

R= R0 exp( – λt) (13)

O R0 é a taxa de decaimento no instante t=0 e R é a taxa de decaimento em

t>0 (HALLIDAY et al., 2009; MAGILL et al., 2005; TAUHATA et al., 2003).

2.1.3.1 Atividade

A atividade demonstrada na equação (14), é a taxa de decaimentos por

unidade de tempo:

R= -dN/dt = λN (14)

No Sistema Internacional (SI) a Atividade é dada em Becquerel (homenagem

a Henri Becquerel), assim 1Becquerel = 1Bq = 1desintegração por segundo.

Também é utilizada a unidade de Curie (mais antiga), que o número de

desintegrações por segundo em 1g de 226Ra, 1 Curie = 1Ci = 3,7x1010 Bq.

(HALLIDAY et al., 2009; CNEN, 2011; MAGILL et al., 2005; TAUHATA et al., 2003).

31

2.1.3.2 Meia-Vida

A meia-vida (T1/2) é o tempo para que núcleos radioativos (N) e o

decaimento radioativo (R) diminuam a metade do valor inicial, sendo uma

propriedade estatística utilizada para uma grande quantidade de átomos envolvidos

no decaimento radioativo. Para obter uma relação entre a meia-vida (T1/2) e a

constante de desintegração (λ), substituímos o tempo (t) por (T1/2) da equação (13),

assim obtêm-se a equação (15) (BUSHONG, 2008; HALLIDAY et al, 2009; MAGILL

et al., 2005; TAUHATA et al., 2003):

½ R0 = R0exp (-λ T1/2) (15)

Contudo obtêm-se o cálculo da meia-vida (T1/2) na equação (16):

T1/2 = ln2/λ

T1/2 = 0,693/ λ (16)

2.1.3.3 Vida Média

A vida média (τ) é o tempo para que núcleos radioativos (N) e o decaimento

radioativo (R) diminuam a 1/e do valor inicial, como na equação (17) (HALLIDAY et

al., 2009; MAGILL et al., 2005; TAUHATA et al., 2003):

1/e = e(-λT)

τ = 1/ λ (17)

32

Desta forma obtêm-se os principais parâmetros na curva de decaimento

radioativo demonstrados na Figura 2.10:

Figura 2.10 - Curva representativa do decaimento de um radioisótopo Fonte: TAUHATA et al. (2003).

2.1.3.4 Exposição

Exposição (X) é a medida pela qual a radiação gama e Raios X ionizam em

uma unidade de ar, sendo que dQ ( valor absoluto de carga total de íons produzidos

no ar) por dm (massa) → X .. dQ /dm . Essa medida de exposição do ar a radiação é

chamada de Roentgen (R), que equivale a 2,58x10-4 Coulomb por quilograma (C/kg).

No Sistema Internacional (SI) a Exposição é utilizada em Coulomb por

quilograma, relacionado com o tempo → C/(kg/s) e com a simbologia X.

A Exposição só pode ser obtida em uma câmera de ionização a ar, para

gama ou fótons, pois a radiação alfa e beta não toleram as condições de equilíbrio e

homogeneidade na coleta de elétrons (BONTRAGER, 2001; TAUHATA et al., 2003).

33

2.1.3.5 Dose Absorvida

A Dose Absorvida (D) é à medida que define a relação entre a massa de um

material (m) e a energia absorvida (E), para especificar melhor essa relação é

utilizada uma função em um determinado ponto, assim D= dE/dm. A unidade no SI

da Dose Absorvida é o Gray (Gy), sendo 1Gy= 1J/kg. Há uma unidade mais antiga

que é o rad (radiation absorved dose), sendo 1Gy= 100 rad. (HALLIDAY et al, 2009;

TAUHATA et al., 2003).

2.1.3.6 Dose Equivalente

Ou Equivalente de Dose (H) é uma medida pela qual relaciona o efeito

biológico com a Dose Absorvida, contudo multiplica-se o Fator de Qualidade (Q) com

a Dose Absorvida (D), tendo a relação H = DxQ. A unidade no SI da Dose

Equivalente é o Sievert (Sv), sendo H = (J/kg)x Sv. A unidade utilizada é o rem

(radiação equivalente no homem), sendo 1Sv= 100 rem. O fator de Qualidade

provem da Eficiência Biológica Relativa (RBE). Para cada radiação há um valor do

RBE, sendo para raios gama, beta, elétrons e Raios X o RBE= 1, nêutrons lentos é

RBE= 5, nêutrons rápidos e prótons é RBE= 10, nêutrons com energias

desconhecidas e partícula alfa é RBE= 20. (BONTRAGER, 2001; HALLIDAY et al.,

2009; TAUHATA et al., 2003).

2.1.3.7 Equivalente de Dose Efetiva

A Dose Efetiva é aquela que engloba a média da radiação recebida por todo

o corpo durante algum procedimento, com a recebida do ambiente natural.

34

Equivalente de Dose Efetiva (HE) ou Equivalente de Dose de Corpo Inteiro

(HWB) é uma medida na qual relaciona o fator de peso do órgão ou tecido (wT) e o

Equivalente de Dose no órgão (HT), assim obtemos a relação na equação (18):

H= ∑T wT HT (18)

Sendo que wT equivale a radiosensibilidade do órgão a radiação como

pode-se observar na Tabela 2.3 (BONTRAGER, 2001; TAUHATA et al., 2003)

Tabela 2.3 - Valores do fator de peso wT para tecido ou órgão

Órgão ou Tecido Fator de peso wT

ICRP26 ICRP60

Gônadas 0,25 0,20

Medula óssea (vermelha) 0,12 0,12

Cólon - 0,12

Pulmão 0,12 0,12

Estômago - 0,12

Bexiga - 0,05

Mama 0,15 0,05

Fígado - 0,05

Esôfago - 0,05

Tireóide 0,03 0,05

Pele - 0,01

Superfície óssea 0,03 0,01

Restantes* 0,30 0,05

*Cérebro, intestino grosso superior, intestino delgado, rins, útero, pâncreas, vesícula, timo, adrenais e músculo

Fonte: (TAUHATA et al., 2003). O limite anual para público em situação operacional normal é de 1 mSv,

aplicações médicas (excluindo radioterapia) é de 0,03 a 2,0 mSv, a radiação natural

2,4, limite de dose anual para um trabalhador da área radiológica 20 mSv, da

população em geral é de 5 mSv.

35

A dose acumulativa é de 10 mSv vezes a idade do trabalhador. Para as

trabalhadoras grávidas é de 0,5 mSv durante um mês qualquer e 5 mSv por toda a

gestação, nível de ação para evacuação de população em situação de emergência

50 mSv, limite de dose em situação de emergência para executar ações para

prevenir o desenvolvimento de situações catastróficas de 100 mSv.

Referência para aparecimento de efeitos observáveis de 1000 mSv e dose

de corpo inteiro mais alta recebida por uma vítima do acidente radiológico em

Goiânia, 1987 de 8000 mSv. (CNEN, 20011; BONTRAGER, 2001).

2.1.3.8 Fontes naturais de radiação

A radiação natural provém do meio ambiente como: dos solos; rochas;

sedimentos; minérios; água; ar; entre outros e do cosmo, como a radiação cósmica.

A radiação terrestre demonstrada nas Tabelas 2.4 e 2.5 procede dos

elementos radioativos.

Tabela 2.4 - Principais radionuclídeos RADIONUCLÍDEOS PROVINIENTES DO COSMOS

NUCLÍDEO SÍMBOLO FONTE ATIVIDADE NATURAL

Carbono – 14 14C Interação entre raios cósmicos, 14N(n,p) 14C

0,22Bq/g

Trítio 2H

Interação dos raios cósmicos com N e O; Fragmentação dos raios cósmicos, 6Li (n,α)3H

1,2x10-3 Bq/Kg

Berílio 7Be Interação dos raios cósmicos com N e O

0,01 Bq/Kg

Fonte: (IPEN, 2002; TIPLER, 2000).

36

Tabela 2.5 - Principais radionuclídeos naturais RADIONUCLÍDEOS NATURAIS DE ORIGEM TERRESTRE

NUCLÍDEO SÍMBOLO MEIA-VIDA ATIVIDADE NATURAL

Urânio –

235 235U

7,04x108

anos 48.000 Bq/tonelada rocha

Urânio –

238 238U

4,47x109

anos 2.300 Bq/tonelada rocha

Tório – 232 232Th 1,41x1010

anos 6.500 a 80.000 Bq/tonelada rocha

Rádio - 226 226Ra 1,6x103 anos 16 Bq/kg em pedras calcárias e 48 Bq/kg em

rochas ígneas ou magnéticas

Radônio -

222 222Rn 3,82 dias

Gás nobre cuja concentração média anual no

ar varia dependendo do local a 0,6 Bq/m3 a 28

Bq/m3

Potássio -

40 40K

1,28x109

anos 0,037 a 1,1 Bq/g de solo

Fonte: (IPEN, 2002; TIPLER, 2000).

Há uma porcentagem alta para a exposição do homem a radiação natural,

como se pode observar na Figura 2.11:

Figura 2.11 - Figura representativa da radiação Fonte: TAUHATA et al., (2003).

37

2.1.3.9 A contaminação do solo e da água

A contaminação do solo e da água pode existir de várias formas, sendo

através de deposito residual da atmosfera diretamente ou em subsolo e águas

subterrâneas, também através de resíduos colocados dentro ou sobre o solo. Há

possibilidade de o solo ser contaminado através de águas subterrâneas ou erosão.

A preocupação da contaminação radioativa do solo e da água é pelo fato de

os seres humanos estarem expostos a esse risco.

A sociedade se preocupa principalmente com os seres humanos, sendo que

as instituições avaliam os resíduos em locais onde há população e não somente

onde há animais ou plantas. Podem ocorrer exceções devido a ameaças das

espécies (EISENBUD et al.,1997).

Muitos animais e plantas são mais resistentes aos efeitos da radiação do

que os seres humanos. A letalidade para a maioria dos mamíferos pode ocorrer

entre 4 a 11 Gy, e em outras espécies, aparecerem efeitos, com um décimo desse

valor. Para algumas espécies como a de aves são menos radiossensíveis, como os

insetos, precisando cerca de 500 Gy.

Os efeitos poderiam ocorrer na população com uma dose de 1 mGy (por

dia), já em espécies terrestres e aquáticas com 10 mGy (por dia) aos mais sensíveis

(EISENBUD et al.,1997).

Pela NCRP (1991) as espécies aquáticas sofrem menos efeitos se sua taxa

de dose for limitada a 0,4 mGy por hora, sendo 9,6 mGy por dia.

Praticamente toda a alimentação do ser humano é cultivada na terra. Sendo

que radionuclídeos, naturais do solo, são introduzidos metabolicamente nas plantas

e água, conseqüentemente nos alimentos. Existem radionuclídeos artificiais, esses

se comportam da mesma maneira na contaminação dos alimentos.

A contaminação pode ser através da captação das raízes, deposição em

folhas diretamente ou através das chuvas.

A foliar é muito importante porque pode ser transferida diretamente para

quem as consomem, ocorrendo a contaminação da cadeia alimentar.

Os solos consistem de minerais e matéria orgânica, água e ar dispostos em

um sistema físico complexo que fornece o ponto de apoio mecânico para plantas

além de suprir as suas necessidades nutritivas. No solo existem camadas que

38

revelam suas características físicas, que determinam os tipos e quantidades de

vegetação que esse poderá ter (EISENBUD et al.,1997).

Há três principais camadas que podem ser identificadas, sendo a primeira

em 30 cm a 60 cm da superfície, onde a maioria dos processos vitais ocorrem. A

segunda camada estende-se cerca de 1m abaixo da superfície e a terceira camada

é de aproximadamente 1,5m de profundidade, onde contém pedras soltas e

parcialmente deterioradas. Exceções podem ocorrer dependendo do solo em

questão, pois pode haver depósitos de rocha e de água. Há porções inorgânicas

como areia, sedimento e argila.

O importante para o processo físico-químico do solo é fornecer nutrientes

para as plantas, esses são controlados em grande parte pela fração da argila no

solo. Uma das principais propriedades do solo é a capacidade que a argila tem de

atrair íons positivos para sua superfície.

Os íons não são absorvidos na água do solo e sim na superfície através das

suas partículas. Cátions (íons positivos) em uma solução aquosa são trocados com

cátions sorvidos na superfície das argilas. A maioria dos solos tendem a se tornarem

ácidos após um tempo devido a substituição de cátions absorvidos pelo excesso de

íons de hidrogênio da água da chuva. Este processo substitui os íons de hidrogênio

com íons de cálcio e magnésio.

Matéria orgânica derivada de decomposição de vegetais também pode

fornecer uma grande quantidade de trocas iônicas. Solos arenosos, que são

compostos de partículas relativamente grandes, tendem a ter uma baixa capacidade

de trocas iônicas o que pode ser aumentada pela adição de compostos orgânicos no

local (EISENBUD et al.,1997).

2.1.3.9.1 Comportamento dos radionuclídeos em solo

Quando um radionuclídeo, solúvel, entra em contato com o solo, ele pode

apresentar trocas iônicas com compostos orgânicos ou permanece da mesma forma.

O radionuclídeo necessita de um período de tempo para ocorrer às trocas iônicas no

solo.

39

Há um coeficiente (Kd) que expressa a quantidade de radionuclídeos sorvido

por unidade de peso (sólido), dividido pela quantidade de radionuclídeos dissolvido

por unidade de volume de água. A unidade do Kd é ml/g.

Quando um radionuclídeo é transportado pela água, a taxa de absorção é

reduzida devido à taxa de movimentação da água, sendo (a taxa de absorção= a

taxa de desabsorção), e está diretamente relacionada com o Kd.

O estudo do Kd pode ser alterado se as medidas forem realizadas em

campo ou laboratório, em solo e que tipo de solo, diferenças de temperatura, pH,

estado físico, a forma iônica e a presença de outros íons (EISENBUD et al.,1997).

Com a movimentação da água através das diferentes formas geológicas, a

absorção dos íons é prejudicada. Os íons positivos geralmente são mais absorvidos

que os íons negativos, pois partículas carregadas negativamente predominam sobre

a superfície do solo. Sendo que menores íons aumentam o Kd, assim são mais

absorvidos do que íons maiores. A fração absorvida é geralmente inversamente

proporcional ao tamanho da partícula, esta é uma das razões pela qual a argila é um

absorvente eficaz (NAS/NRC, 1978).

Existem vários fatores que influenciam a fixação do radionuclídeo no solo,

como a vazão das chuvas, a drenagem e a constituição do solo (EISENBUD et

al.,1997).

2.1.3.9.1.1 Captação de solos

Vários elementos são considerados necessários para o crescimento e

reprodução de plantas, como o hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, fósforo, enxofre,

potássio, cálcio, magnésio, ferro, manganês, zinco, cobre, molibdênio, boro e cloro.

O hidrogênio, oxigênio e o carbono são provenientes da atmosfera e os restantes

provem do solo. Esses elementos estão contidos nas plantas, também temos o iodo,

o cobalto, urânio e o rádio, no entanto esses elementos não há nenhum

conhecimento das suas funções no processo de metabolismo das plantas


Os radioisótopos, que estão normalmente no solo e que são utilizados no

metabolismo das plantas, são absorvidos de forma independentes das propriedades

40

do elemento radioativo. Assim as raízes das plantas não distinguem se é o elemento

radioativo ou é o seu isótopo, são incapazes de distinguir entre elementos químicos

semelhantes, propriedades chamadas de congêneres.

Cada espécie de planta tem suas raízes a uma dada profundidade no solo,

por exemplo, o espinafre com sua raiz a menos de 30 cm, no entanto a alfafa e

raízes de aspargo com 3m ou mais de profundidade (EISENBUD et al.,1997).

2.1.3.9.1.2 Deposição foliar de radionuclídeos

As substâncias radioativas podem contaminar as plantas por deposição

foliar direta. Os radionuclídeos podem estar diretamente nos locais que os animais e

seres humanos se encontram, através de contaminação superficial ou podem

também ser absorvidos metabolicamente pela superfície das plantas.

Além da contaminação das raízes também há a possibilidade de ocorrer

contaminação através dos respingos das chuvas.

Podem ocorrer impactos dos pingos até uma altura de 40 cm. Também há

uma preocupação com a ingestão de pasto pelos bovinos, pois eles consomem uma

média de 0,5kg de pastagem por dia, sendo esta possível de contaminação por

radionuclídeos. Possivelmente esses podem ser encontrados na produção do leite.

Alguns radionuclídeos são pouco absorvidos no trato gastrointestinal.

Estudos realizados com armamento nucleares indicaram contaminação do

leite o qual poderiam ser prejudicial aos seres humanos.

A contaminação superficial pode variar de acordo com as estações do ano.

No inverno o crescimento das plantas é prejudicado, assim ocorre à menor absorção

dos radionuclídeos pelas plantas, conseqüentemente a diminuição do pasto e a

ingestão pelo bovino, resultando menos contaminação do leite. No entanto as raízes

têm uma maior absorção do que as folhas, por estarem no subsolo. Estudos

mostraram que os cereais são mais susceptíveis a contaminação foliar que as

demais plantas. A contaminação foliar pode ser removida pelo decaimento

radioativo, volatilização, lavagem através da chuva ou outros efeitos climáticos


41

2.1.3.9.1.3 Transporte de partículas

Erosão por chuvas e ventos são meios de transportes de radionuclídeos

incorporados na superfície do solo (EISENBUD et all.,1997).

O mecanismo pelo qual os radionuclídeos passam do solo para a raiz, da

raiz para parte comestível podem ser compreendidos através do corpo do animal, do

leite, da carne, dos órgãos internos e dos ovos (EISENBUD et all.,1997).

2.1.3.9.1.4 Urânio e Tório

Um entendimento do comportamento da cadeia alimentar dos elementos da

serie do urânio é importante devido a sua longa meia vida, serem alfa emissores e

por persistência no meio ambiente

O urânio, por ser um elemento utilizado em usinas nucleares, seu

mecanismo de transporte ecológico que governa o movimento desse elemento na

cadeia alimentar é conhecido. As informações do relacionamento do animal com o

solo são relativamente escassas. Embora a prática de usar fertilizantes fosforados

resulte na presença de urânio na alimentação.

A quantidade de tório em soluções de nutrientes são maiores do que as

encontradas no solo (EISENBUD et al.,1997).

2.1.3.9.1.5 Rádio

O Rádio é um elemento químico da família dos metais alcalinos – terrosos

descoberto por Marie Curie e Pierre Curie em 1898. Emissor de partículas betas,

radiações gamas e partículas alfa, sofre 3,7x1010 desintegrações por segundo. Há

25 isótopos do Rádio.

42

Esse é absorvido pela argila e materiais orgânicos com grande tenacidade,

sendo encontrados nas raízes, grãos, feno, ração e legumes cultivados em solo que

contém rejeitos contaminados por urânio (EISENBUD et al.,1997).

2.1.3.9.2 Águas subterrâneas

São águas que sem movem devido o efeito gravitacional em uma zona

saturada de aqüíferos. Essas são utilizadas de várias formas, como para uso

domestico agrícolas e industriais.

Nos Estados Unidos as águas subterrâneas fornecem 20% da água potável,

40% da água de irrigação, e 80% da água rural e pecuária.

No mundo há mais de 30 vezes águas subterrâneas do que água doce em

lagos e rios. Os aqüíferos são raras exceções, esse tem profundidades da superfície

até centenas de metros, podendo ter milhares de anos.

Os aqüíferos são formações geológicas, de reservatórios de água, onde

possuem poros para ocorrer à permeabilidade da água.

Há cinco tipos de aqüíferos: sendo o livre ou freático – semi saturado, tem a

base semipermeável ou impermeável; o confinado ou artesiano – é permeável

confinada entre camadas semipermeável ou impermeável; poroso – armazena um

grande volume de água, tem porosidade quase homogênea; fraturados ou

fissurados – ocorrem onde há formações de rochas metamórficas ou ígneas, fornece

volume baixo de água; e cársticos – ocorrem por rochas carbonáticas e calcárias,

formando rios subterrâneos (ÁGUAS PARANÁ, 2010; CÁRSTICO, 2009).

As águas dos aqüíferos podem ser encontradas em poços, na superfície,

sob lagos e rios.

O comportamento das águas nos aqüíferos tende a ser afetado por três

fatores importantes, sendo: a porosidade, que é definido por porcentagem de espaço

poroso ou nulo, determinando quanta água pode ser contida por unidade de volume

de aqüífero; a permeabilidade, o grau que os poros estão ligados uns com os outros,

sendo a taxa na qual irá fluir através do aqüífero sob uma pressão; e o gradiente

hidráulico ou inclinação do aqüífero a pressão, que juntamente com a

permeabilidade determina a taxa de fluxo de água (EISENBUD et al.,1997).

43

2.1.3.9.3 Solo de Curitiba

O solo de Curitiba representado na Figura 2.12, é formado por argila e areia

(20%) sendo um solo aluvial, argila fissuradas (35%) e formações rochosas (45%).

Figura 2.12 - Solo de Curitiba Fonte: MINEROPAR (2009).

44

2.2 RADÔNIO (222Rn)

Descoberto em 1898 por Fredrich Ernst Dom, o Radônio teve seu nome de

origem Niton, da palavra latina Nitens que significa “brilhante”.

É um gás radioativo, incolor, mas quando ele é congelado apresenta-se

brilhante – fosforescente e à medida que vai descongelando fica amarelo, tornando-

se vermelho/ alaranjado no ar liquido.

Indolor, insípido, um gás nobre, número atômico 86, peso atômico 222.0176,

seu ponto de fusão é – 71 oC, ponto de ebulição de – 61,8 oC, com densidade de

9,73 g/l, densidade no estado solido de 4g, com gravidade especifica do estado

líquido de 4,4 a – 62 oC. Tem 36 isótopos radioativos e isômeros que variam o

número de massa de 198 a 228

Seus átomos são eletricamente neutros, e procede do decaimento da série

do Urânio (238U).

O Radônio-222, com meia vida de 3,82 dias, ao decair emite partículas alfa

resultando no elemento Polônio (218Po) e sucessivamente ocorre os decaimentos

radioativos até alcançar estabilidade no Chumbo (206Pb) (MAGILL et al., 2005;

TAUHATA et al., 2003; KNOLL, 1989; LEWIS et al., 2009; CLS, 1999).

Pode-se observar na Figura 2.13 o decaimento radioativo do 226Ra até a

estabilidade no 206Pb:

Figura 2.13: Decaimento do Radônio Fonte: MAGILL e GALY (2005).

45

O Radônio é um gás encontrado em rochas, solos, minérios, sedimentos e

também pode estar dissolvido nas águas. Devido à quantidade específica de Urânio

em cada local e ao processo de decantação gravitacional e sendo um elemento com

peso atômico elevado seu acumulo é maior próximo a superfície do solo, quando

encontrado na atmosfera.

É um elemento difícil de ser removido da atmosfera porque é um gás

quimicamente inerte. A concentração do radônio varia de acordo com a posição

geográfica, cobertura de gelo no solo, altura do solo, fatores meteorológicos, à hora

do dia e da estação do ano (MAGILL et al., 2005; TAUHATA et al., 2003; KNOLL,

1989; FROEHLICH, 2010).

A solubilidade desse gás depende das propriedades dos ambientes

físicos e químicos, sendo que pode ser absorvido em partículas orgânicas e

minerais, como na argila (CLS, 1999).

Pode-se observar a solubilidade do Radônio na água na Figura 2.14:

Figura 2.14 - Gráfico da solubilidade dos gases nobres em água Fonte: CLS (1999).

46

Há vários fatores que influencia a exalação do Radônio do solo para o

ambiente, como:

Ø A umidade do solo, sendo ideal quando está úmido;

Ø O vento, que pode despressurizar o Radônio e também induzir o fluxo

convectivo tanto para dentro ou para fora do solo, causando uma diminuição até

uma ausência no local;

Ø A temperatura demonstrada nas Figuras 2.15 e 2.16, quando o

ambiente está mais quente pode ocorrer o fluxo ascendente, e quando o solo está

mais quente que o ar pode haver a diminuição da absorção desse gás;

Ø A pressão atmosférica, quando ela diminui pode emanar com mais

facilidade o gás do solo;

Ø As chuvas, que podem reduzir a exalação do Radônio-222 no ar e

aumentar sua concentração nas profundezas do solo;

Ø A estação do ano demonstrada na Figura 2.17, no inverno há um

aumento da concentração e no verão uma diminuição;

Ø Os ambientes, internos e externos, Figura 2.18, modificam de acordo

com o horário (LEWIS e HOULE, 2009).

Figura2.15 - Gráfico da variação da concentração de Radônio no solo durante o dia e a noite Fonte: TAUHATA et al. (2003).

47

Figura 2.16 - Gráfico da variação da concentração de Radônio durante o dia Fonte: TAUHATA et al. (2003).

F

Figura 2.17 - Gráfico da variação da concentração de Radônio durante o ano Fonte: TAUHATA et al. (2003).

48

Figura 2.18 - Gráfico da variação da concentração de Radônio em ambientes internos e externos

Fonte: TAUHATA et al. (2003).

O Radônio – 222 é gerado através do decaimento de partículas alfa do

Radio – 226, quando isso ocorre pode haver deslocamentos de dezenas de

nanômetros dos átomos do gás nas partículas do solo, e fazer com que o Radônio-

222 mais próximo da superfície emane pelos poros. Essa emanação do solo para

atmosfera depende da superfície, das partículas e da distribuição granulométrica do

solo (FROEHLICH, 2010).

A difusão molecular é o transporte do Radônio-222 dos poros do solo até a

superfície escapando para atmosfera. A quantidade desse gás depende do acumulo

do 226Ra no solo, e como esse elemento é menor nos oceanos conclui-se que a

concentração de 222Rn em águas superficiais desses são menores, assim não é um

bom local para realizar medidas desse gás (FROEHLICH, 2010).

O coeficiente de difusão do Radônio-222 no sólido é aproximadamente 10-7

para o ar, sendo que somente partículas formadas próximas da superfície do solo

irão para atmosfera.

49

Também há uma dependência na presença de água nos espaços

intersticiais dos poros para que ocorra a transferência de 222Rn dos minerais para o

solo, sendo que se houver uma grande quantidade de água o processo de difusão

não ocorre.

Para que se calcule o processo de difusão e viscosidade de acordo com a

teoria cinéticas dos gases utiliza a equação (19):

Jd= - D (dC/dz) (19)

Onde Jd é a densidade de difusão, D o coeficiente de difusão em massa e C

é a concentração de Radônio-222 no espaço intersticial.

A estimativa da quantidade de rádio no solo é cerca de 1g para cada

quilometro quadrado em seis polegadas de profundidade, assim como o rádio é o

pai do Radônio, obtêm-se a liberação desse gás (LEWIS e HOULE, 2009).

A concentração de Radônio no ar atmosférico pode varias entre 0,003 a

0,018 Bq/L em vários locais na Terra, variando conforme os itens já mencionados

anteriormente. Esse gás pode muitas vezes ser liberado para o ambiente pela

escavação do solo, como também em minas subterrâneas na extração de minérios.

A extração do Urânio para as indústrias como as nucleares levam no

processo da moagem a produção do Radônio para o ambiente através do vento e da

água (FROEHLICH, 2010).

Podemos encontrar o Radônio-222 dissolvido em águas subterrâneas, como

em poços artesianos. Essas águas muitas vezes são utilizadas pelas pessoas para

diversas atividades como lavar roupa, limpeza doméstica, cozinhar, tomar banho,

(sendo a principal exposição a curto prazo), e até mesmo ao consumo, assim

durante o manuseio e a utilização dessas águas pode ocorrer à inalação e ingestão

desse gás, e desta forma causar danos nas células, levando ao câncer (EPA, 1999;

CLS, 1999).

A concentração de Radônio em águas superficiais, como encontrado nos

lagos, rios e reservatórios, não são preocupantes. Possívelmente esse gás já tenha

sido liberado para o ar quando essas águas chegarem às residências (EPA, 1999).

50

O Radônio tem a permeabilidade para emanar dos solos e ser inalado,

assim entra pelas narinas, e rapidamente estará nos pulmões, desse modo ao decair

emite partículas alfa, danificando, causando mutação, transformação e istabilidade

genética, alterações cromossômicas, danos irreversíveis as células pulmonares do

sistema respiratório e causando câncer (EPA, 2003; EPA, 1999).

A letalidade das células esféricas, atingidas pela partícula alfa corresponde

cerca de 1,2 a 1,5 partículas alfa por núcleos celulares, em células achatadas a faixa

pode aumentar para 15 ou mais partículas alfa por núcleos celulares. O prejuízo

maior não está nas células mortas pela partícula alfa e sim aquelas que foram

afetadas, causando irregularidades genéticas (CLS, 1999).

Na Figura 2.19 pode-se observar o fluxograma onde as partículas alfa

causam danos às células, ocorrendo à quebra do DNA, a ativação da proteína p53,

havendo um atraso no ciclo celular, inativação de genes, rearranjos, amplificações e

instabilidade genética, mutações, perda das funções, perda de heterozigosidade,

assim produzindo células heterogênicas e desenvolvendo células malignas (CLS,

1999):

Figura 2.19 - Fluxograma da célula afetada pela partícula alfa Fonte: CLS (1999).

51

O dano mais importante causado no DNA é a quebra das fitas duplas, sendo

que em poucas horas há a reconstituição, mas com alterações, resíduos, danos

genéticos.

Há evidencias que o câncer pulmonar é de origem monocelular, sendo que a

mutação pode ocorrer em apenas uma célula afetada, sendo improvável que uma

célula seja atingida por mais de uma partícula alfa (EPA, 2003).

As partículas alfas emitidas durante o decaimento radioativo do radônio não

ultrapassa as células do tecido epitelial das vias aéreas brônquicas, no entanto os

produtos de decaimento conseguem ultrapassar 20 a 30 mm das células alvo na

região brônquica, assim com uma grande probabilidade de colidir com o núcleo

dessas células alvo (CLS, 1999).

A Tabela 2.6 mostra dados referentes à exposição de Radônio ao pulmão:

Tabela 2.6: Tabela modificada, sobre a dose equivalente - exposição do Rn222

Órgão mSv y-1por Bq L-6 Referência

Todo pulmão 7x10-6 ICRP (1981) Superfície brônquica 5x10-6 NCRP (1975)

Fonte: (CLS, 1999).

Alguns parâmetros influenciam na dose recebida pela pessoa durante a

exposição do radônio, sendo: a freqüência da respiração; espessura da mucosa; a

taxa mucociliar; a localização das células alvo do pulmão e o tamanho da partícula

aerossol inalada (CLS, 1999; EPA, 2003).

As pessoas podem ser expostas ao Radônio-222 também pela água, ao ser

ingerida pelo aparelho digestivo. As células mais afetadas são as células-tronco e as

que estiverem em proliferação (as que mantêm a capacidade de divisão continua) na

garganta e na parede do estômago, principalmente as células que constituem as

glândulas secretoras, e ao percorrer o trajeto digestivo o gás é absorvido pelo

intestino delgado, permanecendo em media de 15 a 20 minutos, também ocorrendo

prejuízo nas células dessa região. O Radônio ingerido é eliminado em grande parte

dentro de uma hora após a ingestão (EPA, 1999; EPA, 2003).

Há riscos de contaminação por Radônio quando inalado ou ingerido, assim

em 1994 a EPA relatou que a quantidade do consumo da água potável deve ser um

item a ser estudado (EPA, 2003; EPA, 2009).

52

A água potável, proveniente do subsolo, ao ser ingerida com Radônio

difunde-se na parede do estômago e é interceptado pela mucosa e estrutura

vascular desse órgão. Antes que as partículas alfa atinjam uma maior profundidade,

o tecido que reveste internamente esse órgão absorve o gás. O Radônio sendo

pouco solúvel em tecidos do corpo, penetra na corrente sanguínea e segue até o

fígado e outros órgãos do corpo humano, podendo afetar as células e causar câncer

(EPA, 1999; EPA, 2003).

A EPA relata que 168 mortes causadas por câncer relacionando água com o

Radônio, 89% são de câncer de pulmão e 11% de câncer de estomago. Assim é

recomendo que se o valor do nível de Radônio for igual ou acima de 14,8x1010/L,

medidas de mitigação devem ser iniciadas para a redução desse valor (EPA, 1999;

EPA, 2009).

A United States Environmental Protection Agency estabeleceu limites de

11,1 Bq/l para níveis de Radônio nas águas potáveis (USEPA,1999).

A Figura 2.20 mostra estimativas de mortes relacionadas com Radônio e

outras causas no EUA:

Figura 2.20 - Gráfico da estimativa de morte por ano relacionado com Radônio e outras causas. Fonte: EPA (2009).

Níveis abaixo de 14,8x1010Bq/L podem causar riscos à saúde. Contudo

esse gás pode causar milhares de morte por câncer pulmonar no E.U.A. por ano

(EPA, 2009).

53

O Radônio ao ser inalado prejudica principalmente o pulmão, mas ao ser

transportado pela via sanguínea afeta outros órgãos.

Segundo a publicação no Diário Oficial da União (D.O.U.) realizado pela

Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA) em 1945 na Ementa do Código

de Águas Minerais, as águas se encontram radioativa quando tiverem concentração

de radônio, com temperatura de 20 0C e pressão de 760 mmHg: entre cinco e dez

unidades Mache por litro (67,272 Bq/l e 134,545 Bq/l) fracamente radioativa; quando

estiver entre dez a cinqüenta unidades Mache por litro (134,545 Bq/l e 672,725 Bq/l)

radioativa e acima de cinqüenta unidade Mache por litro (672,725 Bq/l) fortemente

radioativa (ANVISA, 1945).

Quando o 222Rn evaza do subsolo, normalmente fica alojado no interior das

construções como em residências, escolas, escritórios e edifícios. Sendo um gás

que provem do Urânio, pode ser encontrado também em materiais da construção

civil (EPA, 1999).

Em 1991 a EPA considerou referências limites as concentrações de radônio

na água como 11 Bq/L ou 300 pCi/L. (CLS, 1999).

Estudos realizados pela Agencia de Proteção Ambiental (EPA), demonstram

que em 1995 na Espanha (ES) e na Nova Escócia (NS) ocorreram 157.400 mortes

por câncer de pulmão e que 21.100, sendo 13,4%, estão relacionadas com o

Radônio (EPA, 2003).

Nos EUA cerca 20.000 mortes são relacionadas com a inalação do Radônio-

222 (EPA, 1999).

A incidência de câncer de pulmão relacionado com o Radônio diferencia:

com o local; tempo de exposição; idade; sexo e tabagismo (NAS, 1999).

Não há dados conclusivos se as crianças expostas a esse gás têm maiores

riscos do que os adultos (EPA, 2009).

Pessoas fumantes e expostas a esse gás apresentam maiores incidências

de apresentar essa patologia, pois as células já danificadas pelas substâncias

cancerígenas da fumaça do cigarro ficam mais frágeis, vulneráveis a interceptação

das partículas alfa durante o decaimento radioativo do Radônio. (EPA, 2003; NAS,

1999; EPA, 1999; CLS, 1999; EPA, 2009).

54

A Tabela 2.7 e 2.8 mostra estimativas de câncer pulmonar:

Tabela 2.7 - Estimativa de câncer pulmonar em 1995

GENERO Categoria de

Fumantes

Número de Mortes por Câncer de

Pulmão em 1995

Fração devido ao Radônio

Número de Mortes

Provocadas pelo Radônio

em 1995

Feminino

ESPANHA 90.600 0.129 11.700 NOVA ESCÓCIA 4.800 0.279 1.300

ESPANHA e NOVA ESCÓCIA

95.400 0.136 13.000

Masculino



62.000 0.131 8.100

Feminino e

Masculino



157.400 0.134 21.100

Fonte: (EPA, 2003).

Tabela 2.8 - Estimativa de risco de morte por câncer de pulmão

NÍVEL DE RADÔNIO (pCi/L)

RISCO DE MORTE POR CÂNCER DE PULMÃO DEVIDO A EXPOSIÇÃO DE RADÔNIO EM CASAS

NUNCA TER FUMADO

FUMANTES ATUAIS

POPULAÇAÕ EM GERAL

20 3.6% 26.3% 10.5% 10 1.8% 15.0% 5.6% 8 1.5% 12.0% 4.5% 4 0.7% 6.2% 2.3% 2 0.4% 3.2% 1.2%

1.25 0.2% 2.0% 0.7% 04 0.1% 0.6% 0.2%

Fonte: (EPA, 2003).

Há um aumento no risco de câncer pulmonar quando relaciona o Radônio

com os trabalhadores de subsolo, a EPA (2003) relata que em 27.000 pessoas com

câncer de pulmão, 68.000 eram mineradores.

A IARC, Agência Internacional para Pesquisas sobre o Câncer, classificou o

radônio como um carcinogênico humano. Estimativas apresentadas pela Agencia

Nacional de Ciência (NAS) relatam que a cada quatro mortes por câncer de pulmão,

uma é devido à inalação do radônio (NAS, 1999).

55

A NAS (1999) relata que 4% dos casos de óbito por câncer de pulmão, são

causados pela inalação do Radônio, poderiam ser evitados com o controle e a

diminuição da exposição desse gás nas residências.

A EPA (1999) estima aproximadamente 13.600 mortes por câncer de pulmão

por ano no EUA, devido à exposição de Radônio em interiores. O Radônio é

considerado a segunda principal causa de câncer de pulmão (LEWIS et al., EPA,

1999; EPA, 2009).

Estima-se no EUA, que quase 1 em 15 casa tem níveis elevados de

Radônio. Nem todas as pessoas expostas a níveis elevados desse gás vão adquirir

ou desenvolver câncer de pulmão. Podem-se levar muitos anos entre a exposição ao

Radônio-222 e o aparecimento da patologia (EPA, 2009).

Na Tabela 2.9 são demonstrados os acontecimentos históricos do Radônio:

Tabela 2.9 - Acontecimentos relacionados com o Radônio ANO ACONTECIMENTOS RELACIONADOS COM O RADÖNIO 1597 Georgius Agricola cosntatou grande n° de casos de cancer de pulmão em

trabalhadores de minas (Saxônio e Boemia) 1879 Harting e Hess (físicos alemães) dizem que muitas mortes de trabalhadores de minas

estão relacionadas com câncer de pulmão (Schneeberg) 1896 Antoine Henri Becquerel – descobriu que o sol emite radiações espontâneas 1898 Pierre e Maria Curie descobrem outros elementos radioativos (polônio e rádio) 1898 Rutherford descobre as partículas alfa e beta 1899 Rutherford descobre a emanação do 232Th (decaimento até 220Rn) 1900 Dom descobre a emanação do 238U (226Ra – decaimento até 222Rn) 1901 Rutherford e Brooks mostram que o radônio é um gás radioativo 1902 Thomson encontra radônio na água 1903 Rutherford e Soddy – meia-vida do radônio: 3,7 dias 1913 Amstein identifica morte de trabalhadores de mina por câncer de pulmão através de

autopsia 1914 Primeira consideração de radônio em propósitos médicos 1921 Margaret Ulig sugere que o câncer de pulmão é causado pela emanação do radônio

nas minas 1925 Primeira menção da palavra radônio provoca câncer de pulmão

40/anos Muitas evidências de que o radônio provoca câncer de pulmão 1941 Proposta de concentração máxima de radônio no ar de 10 pCi/L (370 Bq/m3) 1955 Introdução do termo working level 1957 Célula de Lucas 1957 Novas evidências da presença de radônio na água nos EUA (Maine) 1984 Altas concentrações de radônio são encontradas em residências nos EUA (New

Jersey) Fonte: (COTHERN, 1987).

56

2.3 MITIGAÇÃO

Após a realização das medidas de nível de Radônio na água e a verificação

desses resultados forem acima das normas estabelecidas, já mencionadas, é

necessário realizar medidas de mitigação. Há duas medidas usualmente utilizadas

como: a utilização de um filtro de carvão ativado granular (GAC), e o dispositivo de

aeração. O GAC tem um menor custo se comparado ao método da aeração, no

entanto o problema é a manipulação, coleta e armazenagem desse filtro, já que ele

é um material que vai absorver o radônio e, portanto manter sua emissão radioativa

(EPA, 1999).

Alguns sistemas de mitigação podem reduzir em 99% os níveis de Radônio

nas residências (EPA, 2009).

Devem-se realizar medidas do gás durante as construções, para que as

providencias sejam tomadas antes da ocupação das pessoas nesse local, no

entanto se o imóvel já estiver construído, é recomendável verificar os níveis de

radônio, e se esse for acima ou igual de 4pCi/L é necessário realizar um sistema de

mitigação (EPA, 2009).

2.3.1 Aeração

A aeração pode ser descrita como o processo em que o ar e água ficam em

estreito contato entre si, para a transferência de componentes indesejáveis da água

para o ar, como alguma matéria orgânica natural e, portanto melhorar o tratamento

da água (EPA, 1999).

Esse método é utilizado para aumentar a velocidade do processo natural,

para que ocorra equilíbrio entre substâncias voláteis, dissolvidas na água (EPA,

1999).

57

O Radônio sendo muito volátil, facilmente é transferido da água para o ar

assim o método de aeração é um dos mais utilizados no processo de reduzir o nível

de radônio na água, sendo que é realizado através: da razão entre o volume de ar

fornecido por unidade de água tratada; o tempo de contato; a área disponível para

transferência de massa; pressão parcial de gases na atmosfera aerador; uma boa

dispersão de gases residuais na atmosfera; a temperatura da água e do ar e as

condições físico-químicas do radônio (EPA, 1999; CLS, 1999, DRAGO, 1998).

O Radônio pode ser removido da água por aeração, basicamente por dois

processos diferentes: água liberada para a atmosfera ou ar liberado para a água

(ANNANMÄKI, et al., 2000).

Alguns produtos como o ferro pode precipitar como hidróxido férrico durante

a aeração. Os precipitados podem instalar-se no fundo do tanque de aeração e

podem ser removido por um filtro de sedimentos instalado após o aerador ou

liberados na rede de água (ANNANMÄKI, et al., 2000).

Vários tipos de equipamento de aeração são fabricados. Todos eles

beneficiam o mesmo princípio físico: troca gasosa. E são muito capazes de reduzir

as concentrações muito altas de Radônio em água potável para níveis aceitáveis

(ANNANMÄKI, et al., 2000).

Dentro do processo de aeração podem ser utilizados alguns métodos para

redução do gás como:

2.3.1.1 Pacotes de Torre de Aeração

Esse método é utilizado para remover gases voláteis indesejáveis da água e

a introdução de gases, principalmente de oxigênio, na água (DRAGO, 1998).

Nesse a água flui para baixo do alto de uma torre, em media de 3 a 9 metros

de altura, assim escorrendo através de embalagem plástica, ao mesmo tempo um

fluxo de ar é bombeado sobre a água, portanto ocorre uma eficiente transferência de

massa, que proporciona um contato contínuo e profundo do líquido com o gás que

minimiza a espessura da camada de água na embalagem.

58

Essa água é armazenada em um reservatório logo abaixo da Torre e

bombeada para um tanque ou direcionada diretamente para a distribuição e

consumo, e o Radônio evaza para atmosfera através de um orifício no alto da torre.

Contudo ocorre a redução do Radônio com esse método de fluxo contra a corrente

(CLS, 1999; EPA, 1999, DRAGO, 1998).

2.3.1.2 Spray de Aeração

Nesse método a água é formada por gotículas quando são forçadas a sair

por um bocal, essas gotículas são pulverizadas em varias direções, assim são

facilmente adaptadas em tanques de armazenamento. Reduzindo a concentração de

radônio (CLS, 1999).

2.3.1.3 Jato de Aeração

Método utilizado em pequenos tanques de armazenamento de água, assim a

água é bombeada através de um dispositivo, como um jato ejetor que aspira o ar

para dentro da água. O Radônio é liberado e a água tratada é armazenada em outro

tanque.

Esse deve ser repetido varias vezes para a remoção ser elevada

(CLS,1999).

2.3.1.4 Pressão de Aeração

O ar é injetado em uma câmera pressurizada, assim o gás é liberado quando

a água é mantida em pressão atmosférica. Esse método é utilizado em situações

especiais, pois a energia necessária para injetar o ar pode ser muito alta (CLS,

1999).

59

2.3.1.5 Aeração Difusora

O sistema de Aeração Difusora é o método em que o ar é injetado na água

através de bolhas, por meios de difusores submersos ou placas porosas.

Quando o reservatório apresenta uma maior área de superfície por unidade

de volume, ocorre uma maior transferência de massa.

As bolhas de ar produzidas pela ascensão difusoras através da água criam

turbulências e fornecendo uma oportunidade para a transferência de materiais

voláteis como o Radônio.

A transferência do gás geralmente pode melhorar quando a profundidade do

recipiente for maior, produzindo pequenas bolhas.

Os difusores de ar podem ser colocados ao lado do tanque para induzir

turbulência e ajudar na transferência de gás. Quando utilizadas placas porosas,

essas devem ficar localizadas na parte inferior do recipiente. Se forem usados tubos

perfurados, esses podem ser suspensos a metade da profundidade do recipiente,

para reduzir a compressão.

O Radônio é reduzido dessa água quando o gás penetra nas bolhas e sobe

para superfície sendo expelido para fora da unidade (CLS, 1999; EPA, 1999).

Esse método pode ter uma eficácia de 90% na redução do radônio (EPA,

1999).

A EPA estima que as medidas de Mitigação possam ser utilizadas para

reduzir a exposição do Radônio em 6 milhões de casas na U.S. e diminuir a

concentração de 14,8x1010Bq/L para menos de 7,4x1010Bq/L, assim poderia evitar

que cerca de 2200 mortes por câncer de pulmão ao ano. Essa estima que 16

milhões de casas nos U.S. tem níveis de Radônio maiores que 7,4x1010Bq/L (EPA,

1999).

O método de Difusão apresenta uma menor área interfacial de transferência

de massa, mas, no entanto há um maior contato do líquido com o ar em um maior

tempo, comparado com o do método de Pacotes de Torre de Aeração (DRAGO,

1998).

60

2.4 CÂMARA DE IONIZAÇÃO

Câmara de ionização é o instrumento que mede a exposição, “capaz de

coletar cargas de um único sinal, produzidos por elétrons secundários num volume

de ar de massa conhecida” (SCAFF, pg 69, 1979).

A câmara de ionização está classificada entre os tipos de detectores a gás,

os quais fazem suas detecções através das ionizações provocadas pela radiação ao

atravessar um determinado volume de gás. Os íons gerados são transformados em

um pequeno fluxo de cargas (ou corrente) que é proporcional à quantidade de

radiação incidente na câmara, e pode ser medido com razoável exatidão.

Com o uso de algumas técnicas, pode-se converter essa medida em Dose

Absorvida, que por sua vez permite calcular a Dose Efetiva ou ainda a Dose

Equivalente, que são grandezas mais úteis em termos de danos biológicos

provocados pela radiação.

Uma câmara de ionização pode ser utilizada para detectar e medir qualquer

tipo de radiação que seja capaz de ionizar o gás presente na câmara. Entre essas

radiações estão os fótons (Raios X e gama), os elétrons, os pósitrons, as partículas

alfa, e os íons.

Em sua forma mais simples, uma câmara é um mecanismo que coleta as

cargas elétricas liberadas no gás (geralmente ar) pela radiação ionizante que o

atravessa (TAUHATA et al., 2003; KNOLL, 1989; JOHNS et al., 1983) .

2.4.1 Equipamento AlphaGUARD

O AlphaGUARD é um equipamento portátil, sendo um detector de estado

sólido, que contém uma câmara de ionização, pulso-ionização, onde verifica as

medidas de concentração de Radônio no ar, solo, água e materiais de construção,

assim gravando dados como: a umidade relativa; a temperatura ambiental e a

pressão atmosférica (GENITRON, 2007).

A câmara de ionização é cilíndrica, com volume de 0,56L. e uma diferença

de potencial de + 750V (quando ligado).

61

Devido aos filtros de fibra de vidro acoplados nesse equipamento outros

materiais como poeira e produtos de decaimento do radônio, não penetram no

mesmo (GENITRON, 2007).

O equipamento demonstrado nas Figuras 2.21 e 2.22 possui elementos

como: uma tela multifuncional; lâmpada indicadora operacional; chaves do usuário;

adaptador ativo, modelo PQ 2000; conexões elásticas e adaptador de fluxo, modelo

PQ 2000 PRO.

Figura 2.21 - AlphaGUARD Fonte: GENITRON (2007).

Figura 2.22 - Foto do AlphaGUARD Fonte: Autoria própria (2011).

62

Também possui acessórios externos como: bateria de impulsionador;

medidor principal TN-WL-02 dos subprodutos de Radônio; unidade do multisensor;

AlphaPUMP e unidade do gás do solo.

O AlphaPUMP representado na Figura 2.23, é uma bomba na qual bombeia

o gás para câmara de ionização, cerca de 0,03 a 11 minutos (GENITRON, 2007).

Figura 2.23: Foto do AlphaPUMP

Fonte: Autoria própria (2011).

63

O AlphaGUARD é capaz de monitorar o gás entre 2 a 2000000 Bq/m3 e pode funcionar na faixa de 1 a 10 minutos como se pode observar na Figura 2.24:

Figura 2.24 - Gráfico da concentração de Radônio-222 Fonte: GENITRON (2007).

Para realização das medidas de Radônio na água é utilizado o AquaKit

(Figura 2.25 e 2.26) que contem: uma espuma de apoio; filtro de segurança; tubo de

desgaseificação (100ml); tubo de segurança (100ml), seringa plástica e três

mangueiras (GENITRON, 2007).

Figura 2.25 - AquaKit para analise de Radônio na água Fonte: GENITRON (2007).

64

Para a realização das medidas no solo são utilizadas: uma mangueira azul

(6mm); uma mangueira transparente (8mm); broca e um sonda, como podemos

observar nas Figuras 2.26 e 2.27:

Figura 2.26 - Imagem para analise de Radônio no solo Fonte: GENITRON (2007).

Figura 2.27 - Imagem da sonda para medidas de Radônio no solo Fonte: GENITRON (2007).

65

3 METODOLOGIA

Em 2010 o Laboratório de Radiação Ionizante da Universidade Tecnológica

Federal do Paraná (UTFPR) realizou análise da Concentração de Radônio-222 nas

Águas Subterrâneas de Curitiba e Região Metropolitana, no entanto alguns dos

locais pesquisados foram encontrados dados significativos quanto à alta

concentração de Radônio nas águas de poços.

Assim devido a importância de utilizar essas águas contaminadas pelo

Radônio-222, esta dissertação apresenta os resultados de mitigação, sendo a

Aeração Difusora.

Para avaliar as concentrações desse gás, foram realizadas medidas com as

águas de poço e solo, com o aparelho AlphaGUARD, em um desse locais

pesquisados anteriormente pela UTFPR.

3.1 MEDIDAS DAS AMOSTRAS DE ÁGUA

As amostras de água subterrânea foram coletadas de um poço, que contém

uma bomba para levar a água do fundo até a superfície e um registro de saída.

Todas as coletas das amostras ocorreram através dos seguintes

procedimentos:

O registro foi aberto para deixar a água fluir por cinco minutos, tempo

necessário par que se tenha certeza que a água venha do fundo e não

a que esteja nas tubulações;

Foram coletadas as amostras de água em um galão de 20 litros, assim

esperando que todo galão enchesse, evitando derrubar e movimentar a

água, verificando se não havia ar no interior do recipiente;

Todas às vezes foram verificados o fechamento do galão, para evitar a

entrada de ar, e para que não ocorresse a liberação do Radônio a

partir dele.

66

Anotados os dados, como a data, o horário e o local da retirada das

amostras, conforme a folha de anotações representada na Figura 3.1,

e levado ao Laboratório de Radiações Ionizantes da UTFPR.

Figura 3.1– Folha de anotações das medições de Radônio Fonte: UTFPR (2010).

Para realizar as medidas das amostras de água, foram utilizados os

materiais relacionados abaixo, demonstrados também nas Figuras 3.2 e 3.3:

Aparelho AlphaGuard;

Bomba AlphaPUMP;

AquaKit, que contém:

Ø 1 tubo de desgaseificação (100ml);

Ø 1 tubo de segurança (100ml);

Ø 1 seringa plástica;

Ø Mangueiras (sendo uma delas com filtro).

67

Figura 3.2 - Foto do AquaKit Fonte: Autoria própria (2011).

Figura 3.3 - Foto AquaKit e AlphaGUARD Fonte: Autoria própria (2011).

68

Para realizar a monagem do AlphaGuard e do AquaKit foram seguidos os

procedimentos:

O bocal inferior do tubo de desgaseificação foi unido ao bocal inferior

do tubo de segurança. Esta conexão é composta por duas mangueiras

de 150 mm com o dispositivo de fechamento rápido, conhecido

também como “relógio”.

O bocal superior do tubo de segurança foi conectado ao bocal “IN” do

AlphaPUMP com a mangueira de 400 mm.

O bocal “OUT” do AlphaPUMP foi conectado com o adaptador ativo

localizado na lateral do AlphaGUARD (comprimento da mangueira de

500 mm).

O bocal do adaptador de fluxo no de trás do AlphaGUARD foi

conectado com o bocal superior do tubo de desgaseificação

(comprimento da mangueira de 600 mm).

Ao manter o fluxo de gás do AlphaPUMP dessa maneira, a total segurança

do aparelho foi assegurada contra a invasão de água por meio do filtro interno contra

água. O material das mangueiras não permitiram que o 222Rn saísse do sistema.

As conexões e os anéis de fechamento adjacentes foram mantidos longe de

partículas de sujeira, ou seja, foram limpos antes da medição.

A descrição a seguir contém os passos que foram executadas as medições

em ordem sistemática.

Ao iniciar a medição, foram anotados, na folha de medições de Radônio, os

seguintes dados:

O número da corrida, que aparece no visor do AlphaGUARD;

Hora local;

Hora do aparelho;

Data;

Temperatura;

Pressão;

Umidade do ar.

69

Foram realizados os seguintes passos para a medição das amostras:

Todas às vezes ao ligar o monitor do AlphaGUARD foram selecionado

o modo de medição “1 min FLOW” (a configuração é feita pelo menu

do AlphaGUARD ou utilizando o software AlphaEXPERT);

As torneiras tripartidas dos tubos de desgaseificação e de segurança

foram deixadas na posição de 3 horas do relógio prevista para a

amostragem;

Com a seringa, foi transfira a amostra de água do galão para o tubo de

desgaseificação;

Esvaziado a seringa lentamente no tubo. Evitando fazer bolhas ao

transferir a amostra de água;

As torneiras tripartidas dos tubos de desgaseificação foram deixadas

na posição de 6 horas do relógio imediatamente para o modo de

medição, com isso o ciclo de gás ficou fechado;

Removido a injeção plástica do soquete de conexão vertical do tubo de

desgaseificação;

Escolhido o nível de fluxo do AlphaPUMP para a escala de 0,5 L/min;

Colocado o interruptor de operação do AlphaPUMP na posição “ON” (=

começando a medição da amostragem);

Realizado a medição durante minutos ou horas e desligar o

equipamento;

Removido a amostra de água medida da unidade de desgaseificação;

Desconectado o tubo do adaptador ativo na parte traseira do

AlphaGUARD;

Escolhido o nível de fluxo do AlphaPUMP para a escala de 1 L/min e

deixado o interruptor na posição “ON” (limpeza da instalação de

medição com ar ambiente);

Logo após as primeiras medidas sem a utilização do método de

gaseificação, foram anotados os dados na folha de medições.

Para medida de gaseificação foram utilizados uma pedra porosa, uma

mangueira (Figura 3.4), um fluxômetro-Rotametro (Figura 3.5), uma

bomba de ar (aerador) (Figura 3.6) e um recipiente de 15 litros (Figuras

3.7 e 3.8).

70

Figura 3.4 - Foto da pedra porosa e mangueira Fonte: Autoria própria (2011).

Figura 3.5 - Foto do fluxômetro Fonte: Autoria própria (2011).

71

Figura 3.6 - Foto do aerador Fonte: Autoria própria (2011).

Figura 3.7 - Foto do recipiente Figura 3.8 - Foto do recipiente Fonte: Autoria própria (2011). em aeração Fonte: Autoria própria (2011).

Assim foram realizadas as medidas da mesma forma das anteriores.

72

A medida de gasificação utilizada foi a Aeração Difusora, foram

realizados os seguintes métodos:

A água foi transferida do galão para o recipiente de 15 litros, esse com

uma área de superfície de 0.07065 m2;

Inserido a pedra porosa no recipiente, para a gaseificação da água;

Em seguida ligada a bomba de ar e escolhido um fluxo de 10L/min;

Esse processo de gaseificação permaneceu durante um período de 4 dias,

para a realizações das medidas, respeitando o período de decaimento do Radônio

(3,82 dias).

Depois de realizadas as medidas, foram iniciados o processo de dados

produzidos durante a operação, assim foram transferidas as medidas do

AlphaGUARD para o computador, que foram gravadas e analisadas.

73

3.2 MEDIDAS NO SOLO

Para as medições das concentrações do 222Rn no solo foi utilizada uma

broca e uma sonda. A broca ilustrada nas Figuras 3.9 a e b e 3.10 consiste em um

tubo de aço SAE1020 com 16 mm x 1100 mm, haste para girar 350 mm e broca com

30 mm.

Figura 3.9 – A e B: Imagens da broca Fonte: Autoria própria (2011).

Figura 3.10 - Foto da broca Fonte: Autoria própria (2010).

74

A sonda demostrada na Figura 3.11 a e b, 3.12 a e b e 3.15, fabricada com

um tubo do mesmo aço com diâmetro externo de 22 mm, diâmetro interno 13 mm e

ponteira na Figura 3.13 a e b e 3.14, móvel com 35 mm. O equipamento foi

desenvolvido com este tubo para que o gás Radônio-222 possa sair do solo e ser

captados pela câmara de ionização AlphaGUARD.

Figuras 3.11 - A e B: Imagens da sonda Fonte: Autoria própria (2011).

Figuras 3.12 - A e B: Imagens da sonda Fonte: Autoria própria (2011).

75

Figuras 3.13 - A e B: Imagens da ponta da sonda Fonte: Autoria própria (2011).

Figura 3.14 - Foto da ponta da sonda Fonte: Autoria própria (2010).

Figura 3.15 - Foto da ponta da sonda com a mangueira azul Fonte: Autoria própria (2010).

76

O equipamento foi transportado até o local da coleta para realizar análise no

solo, esse o mais virgem possível, para que o Radônio não tenha emanado para a

atmosfera através de perfurações e escavações no local.

Para realizar a coleta do gás no solo, foram necessários os seguintes

equipamentos:

Maleta do AlphaGuard, contendo todas as peças;

Mangueira azul (6 mm) junto com a mangueira transparente (8 mm);

Conjunto de trado para fazer o furo no solo;

Sonda para fazer a aquisição do gás.

3.2.1 Instruções seguidas para a coleta do gás Radônio

Verificado se o tempo estava favorecendo a umidade do solo;

No terreno desejado, foi escolhida uma área de terra que estivesse

adequada, limpa, sem muitas pedras e sem ser próximo de árvores;

Perfurado o solo aproximadamente 1 metro utilizando a broca;

Inserido a sonda no orifício do solo até o fundo;

Recolhido um pouco da terra que foi retirada para tampar o orifício,

com o objetivo de evitar a vazão do gás. Para isso foi necessário pisar ao redor da

sonda.

Tracionado a sonda 5 centímetros para permitir a entrada do gás

nessa;

Conectado a mangueira azul no engate rápido da sonda e ligada na

Alpha Pump;

Em seguida foi selecionada a taxa de fluxo da bomba para 0,5 L/min;

Ligado a bomba por aproximadamente 20 minutos;

Conectado a bomba no filtro, e o filtro no AlphaGuard (ligado-o);

Após 20 minutos do início da medida, foi selecionada a taxa de fluxo da

bomba de 0,5L/min para 0,3L/min;

Após uma hora de medida foi desligado o Alpha Pump e o

AlphaGUARD ficou ligado mais 15 minutos.

77

Realizado anotações no relatório, desligado o equipamento e retirado

a sonda do solo.

Todo processo de medida teve a duração de aproximadamente duas horas.

A Figura 3.16 demonstra a medida realizada no solo com todos os

equipamentos já mencionados.

Figura 3.16: - Foto da medida de Radônio no solo Fonte: Autoria própria (2011).

Ao final da medida, foram anotados novamente os dados, desmontado o

aparelho e levado-o para o laboratório para realizar as análises dos dados.

78

3.3 ANÁLISE DOS DADOS

Após analisar as medidas através do software AlfaEXPERT, duas equações

foram utilizadas para verificar a concentração de Radônio-222 na água, sendo uma

delas é a que caracteriza a concentração de Radônio na água em Bq/L demostrada

na equação (19) (GENITRON, 2007):

(19)

Onde (CAr) é a concentração de Radônio no ar do sistema após a liberação

de Radônio-222 na água, (CO) é a concentração de Radônio antes do inicio das

medidas, (VSistema) é o volume total em ml, (VAmostra) é o volume da amostra de água

e (K) é o coeficiente de partição.

A segunda equação é para o cálculo inicial da atividade do

Radônio (Bq/L) da amostra, para corrigir o tempo onde há um atraso da coleta das

amostras às medições:

(20)

Onde (C(t)) é a atividade (Bq/L) no tempo (t) após a amostra foi coletada e (λ) é a

constante de decaimento (GENITRON, 2007).

(19)

79

4 RESULTADO E DISCUÇÕES

4.1 AMOSTRAS DE ÁGUA

Os resultados obtidos sobre a concentração média do Radônio-222 em

amostras de água de poço em Curitiba, em conjunto com erros associados e

concentração estimada sem e com o método de aeração, estão representados nas

Tabelas e Figuras 4.1 a 4.10

Tabela 4.1 - Dados da amostra 1- Coleta em 28/02

DATA Rn-222 – COM AERAÇÃO (Bq/L) ERRO (Bq/L)

LIMITE (Bq/L)

Rn-222 - SEM AERAÇÃO (Bq/L)

28/02/11 - 7.096 11,11 24,550*

01/03/11 12,900 7,063 11,11 20,477

02/03/11 7,989 5,561 11,11 17,080

03/03/11 4,562 4,527 11,11 14,247

04/03/11 3,171 4,086 11,11 11,883

*Medida inicial

Fonte: (Autoria própria, 2011)

Figura 4.1 - Gráfico dos dados da amostra 1- Coleta em 28/02 Fonte: Autoria própria (2011).

80

Na Tabela e Figura 4.1 pode-se observar que a medidas inicial da

concentração de Radônio-222 era 24,550, essa diminuiu cerca de 47,5% na

primeiras 24hs, com o a utilização do método de mitigação, sendo que sem o a

aeração diminuiria apenas 16,6%.


DATA Rn-222 - COM AERAÇÃO (Bq/L) ERRO (Bq/L)

LIMITE (Bq/L)


28/03/11 - 8,099 11,11 26,131*

29/03/11 11,953 6,924 11,11 21,796

30/03/11 5,324 5,037 11,11 18,180

31/03/11 3,620 4,300 11,11 15,164

2,555 3,000 11,11 12.648

*Medida inicial


Figura 4.2 - Gráfico dos dados da amostra 2- Coleta em 28/03 Fonte: Autoria própria (2011).

Na Tabela e Figura 4.2 pode-se observar que nas primeiras 24hs a

concentração de Radônio-222 diminuiu 11,953 mais do que a concentração que

deveria ter no tempo de sua meia-vida (3,82 dias), que seria 12,648 Bq/L.

81

Tabela 4.3 - Dados da amostra 3 - Coleta em 04/04


LIMITE (Bq/L)


04/04/11 - 8,566 11,11 28,354*

05/04/11 12,785 7,057 11,11 23,650

06/04/11 5,484 4,678 11,11 19,727

07/04/11 3,590 4,450 11,11 16,454

08/04/11 2,886 3,633 11,11 13,724

*Medida inicial


Figura 4.3 - Gráfico dos dados da amostra 3 - Coleta em 04/04 Fonte: Autoria própria (2011).

Na Tabela e Figura 4.3, pode-se observar que nas primeiras 48hs a

concentração do gás diminuiu mais do que o limite estabelecido pela USEPA - 11,11

Bq/L, cerca de 5,484 Bq/L.

82



LIMITE (Bq/L)


18/04/11 - 6,488 11,11 18,859*

19/04/11 10,647 6,308 11,11 15,730

20/04/11 8,218 5,739 11,11 13,121

21/04/11 6,109 5,285 11,11 10,944

22/04/11 4,384 4,983 11,11 9,128

*Medida inicial



Na amostra 4 a concentração inicial de Radônio diminuiu cerca de 76,75%

com o método de aeração, sendo que deveria diminuir apenas 51,60% com o

decaimento natural do gás, assim tendo um ganho de 25,15%.

83



LIMITE (Bq/L)


25/04/11 - 7,194 11,11 21,942*

26/04/11 6,469 4,957 11,11 18,302

27/04/11 5,149 4,719 11,11 15,266

28/04/11 2,391 3,101 11,11 12,733

29/04/11 1,853 2,942 11,11 10,621

*Medida inicial



Na amostra 5 a concentração de Radônio-222 na primeiras 24hs, diminuiu

cerca de 70,52% da concentração inicial e se apresentou menor do que a do limite

estabelecido.

84



LIMITE (Bq/L)


02/05/11 - 6,479 11,11 19,183*

03/05/11 12,451 6,572 11,11 16,001

04/05/11 7,863 5,711 11,11 13,346

05/05/11 2,771 3,202 11,11 11,132

06/05/11 1,666 2,986 11,11 9,285

*Medida inicial



Na Tabela 4.6 pode-se observar que na primeira medida com aeração a

concentração de Radônio diminuiu cerca de 35,10% da medida inicial, no entanto a

concentração desse gás naturalmente deveria diminuir apenas 16,59% dessa

concentração. Assim a concentração teve uma queda de 18,51% com o método de

aeração se comparada com o decaimento natural do Radônio-222. Já na última

medida da amostra 6, a queda foi de 91,35%.

85



LIMITE (Bq/L)


09/05/11 - 7,020 11,11 20,800*

10/05/11 12,018 6,685 11,11 17,349

11/05/11 7,637 5,702 11,11 14,471

12/05/11 5,049 4,827 11,11 12,070

13/05/11 4,056 4,488 11,11 10,068

*Medida inicial



Na amostra 7 pode-se observar que a medida inicial diminuiu cerca de

80,5% no quarto dia utilizando o método de aeração, no entanto o gás diminuiria

naturalmente 51,60%.

86



LIMITE (Bq/L)


30/05/11 - 9,482 11,11 35,867*

31/05/11 25,125 12,343 11,11 29,917

01/06/11 18,282 10,381 11,11 24,954

02/06/11 12,961 8,698 11,11 20,814

03/06/11 8,625 7,085 11,11 17,361

*Medida inicial



Pode-se observar na Figura 4.8 que na primeira medida após a utilização do

método de mitigação, não houve uma queda muito representativa da concentração

do Radônio -222, se comparada com o decaimento natural do gás. Mas no entanto

na quarta medida o valor da concentração do Radônio-222 diminuiu ceca de

75,95,29% comparanda com o decaimento natural.

87



LIMITE (Bq/L)


06/06/11 - 5,963 11,11 14,820*

07/06/11 8,538 5,544 11,11 12,361

08/06/11 6,681 5,302 11,11 10,311

09/06/11 5,856 5,132 11,11 8,600

10/06/11 5,157 5,242 11,11 7,173

*Medida inicial



Na amostra 9 ocorreu um queda na concentração de Radônio-222 de

65,20% da medida inicial com a utilização do método de mitigação. Dentre as

medidas a que teve uma maior diferença na concentração de Radônio-222 foi a do

segundo dia, onde obteve cerca de 6,282 Bq/L.

88



LIMITE (Bq/L)


13/06/11 - 5,399 11,11 11,658*

14/06/11 6,464 4,859 11,11 9,724

15/06/11 4,785 4,704 11,11 8,111

16/06/11 4,614 4,402 11,11 6,765

17/06/11 3,531 4,025 11,11 5,642

*Medida inicial



Na amostra 10 houve uma diferença nas concentração de Radônio-222 no

segundo dia, onde diminuiu cerca de 44,55% da medida inicial, utilizando o método

de aeração.

Após realizar todas as medidas das amostras foi calculado a média

ponderada (y) demostrada na equação (21) dos resultados das medições, com seus

pesos estatísticos ( pi) na equação (22) (VUOLO, 2005):

(21)

89

(22)

(23)

Onde σy é a incerteza na aproximação de y (VUOLO, 2005).

Tabela 4.11 - Concentração de 222Rn com aeração

HORAS Rn-222 – COM AERAÇÃO (Bq/L) ERRO

0 20,236 2,185

24 10,123 1,985

48 6,680 1,705

72 4,075 1,365

96 3,102 1,213

Tabela 4.12 - Concentração de 222Rn sem aeração

HORAS Rn-222 – SEM AERAÇÃO (Bq/L) ERRO

0 20,236 2,185

24 16,879 1,822

48 14,079 1,520

72 11,743 1,268

96 9,795 1,058

90

Figura 4.11 - Gráfico da média ponderada. Fonte: Autoria própria (2011).

Nas Tabelas 4.11 e 4.12. e Figura 4.11. pode-se observar que a medida

inicial da concentração de Radônio-222 foi de 20,236 Bq / L, e que essa diminuiu

cerca de 49,98% nas primeiras 24 horas, com a utilização do método de mitigação, e

sem o método de aeração seria apenas 16, 59%.

Nas primeiras 24 horas a concentração de Radônio-222 foi de 10,123Bq / L,

assim diminuiu praticamente a concentração que deveria ter no momento da sua

meia-vida (3,82 dias), o que seria 9,795 Bq / L.

Nas 48 horas a concentração do gás decaiu mais do que o limite

estabelecido pela EPA - 11,11 Bq / L, cerca de 6,680 Bq / L.

Ao comparar os valores de concentração de Radônio-222 em 96 horas com

o uso de mitigação sendo 3,102 Bq / L e sem o método 9,795 Bq / L, há uma

diminuição da concentração de 68,33%.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

5

10

15

20

25

t,h

CÁ

gua,

Bq

/L

91

Constata-se também que a medida de aeração utilizada apresentou

resultados satisfatórios, já que nas primeiras 24horas com a utilização do método de

aeração, a concentração de Radônio-222 diminuiu aproximadamente a metade do

valor inicial, o que deveria acontecer somente após 3,82 dias, ou seja meia-vida.

No entanto, mesmo usando o método de aeração os resultados não atingir o

valor definido pelo Ministério da Saúde (2004) que é de 0,1 Bq / L para a

radioatividade alfa total de água para consumo humano.

4.2 AMOSTRA EM SOLO

Na Tabela 4.13 pode–se observar que a medida iniciou às 11:02 horas do

dia 24/05/11, com um fluxo de 1L/min no Alfa Pump e permaneceu até as 11:29

horas para a limpeza do aparelho, assim as 11:30 iniciado a medida no solo. Às

11:34 horas foi mudado o fluxo para 0,03L/min e às 12:15 horas desligado o Alfa

Pump. Às 12:30 desligado o AlfaGUARD.

Tabela 4.13 - Dados da amostra no solo - Coleta em 24/05 DATA RADÔNIO - 222

24/05/11 INÍCIO: 11:02

TÉRMINO: 12:30

CONCENTRAÇÃO ERRO MÍN MÉDIA MÁX MÍN MÉDIA MÁX

0 2,807K 37,376K 0,003K 0,713K 3,440K Fonte: (Autoria própria, 2011)

92

Figura 4.12 - Gráfico dos dados da amostra no solo - Coleta em 24/05 Fonte: Autoria própria (2011).

Na Figura 4.12 pode-se observar que das 11:30 até aproximadamente as

11:40 horas a concentração de Radônio -222 teve um pico, chegando ao máximo de

37,376KBq/m3, onde foi sorvido todo o gás daquela região, assim esse resultado

pode ter algumas causas como: composição e impermebilidade do solo;

meteorologia; temperatura do ambiente; estação do ano e o período do dia.

93

5 PROPOSTA DE MITIGAÇÃO DA ÁGUA

Após várias realizações de medidas da água de poço, foi verificado que

seria necessária a implantação de mitigação, já que essas amostras tiveram

concentrações de Radônio-222 acima de 11,11 Bq/L estabelecidos pela USEPA

(1999).

Assim constatando que a medida de mitigação aplicada nas amostras foi a

de Aeração Difusora, essa proposta visa à construção de um sistema de aeração

similar a utilizada durante a pesquisa, na qual foi utilizado um recipiente de 15 litros,

uma pedra porosa e um aerador com fluxo de 10L/min, mas com parâmetros

maiores, para suprir a necessidade do local.

Estima-se que o método de mitigação terá a mesma eficácia se utilizado

com materiais adequados, sendo uma caixa de água de 250 litros adaptada com um

aerador com fluxo aproximado - 170L/min, mangueiras, 17 pedras porosas e um

exaustor, representados nas Figuras 5.1 a 5.4:

Figuras 5.1 - Imagem da caixa de água lateralmente Fonte: Autoria própria (2011).

94

Figuras 5.2 - Imagem da caixa de água Fonte: Autoria própria (2011).

Figuras 5.3 - Imagem da caixa de água com acessórios Fonte: Autoria própria (2011).

95

Figuras 5.4 - Imagem da caixa de água ocorrendo à aeração Fonte: Autoria própria (2011).

O método de Aeração Difusora pode ser implantado em qualquer residência,

escola, locais que necessitam utilizar água de poço contaminada pelo Radônio-222.

O custo aproximado dos materiais demonstrada na Tabela 5.1, pode não ser caro se

comparando com o beneficio que esse método traz em longo prazo para a

população e meio ambiente.

Tabela 5.1: Custo aproximado dos materias MATERIAL ESPECIFICAÇÕES QUANTIDADE VALOR UNITÁRIO (REAIS)

Caixa de água 250L 01 93,00 Pedra porosa - 17 0,60

Aerador 170L/min 01 500,00 Exaustor - 01 100,00

TOTAL 703,20

Fonte: Autoria própria (2011).

96

6 CONCLUSÕES

A pesquisa apresentada nessa dissertação demonstrou dados importantes

relacionados com o estudo sobre o Radônio -222, onde foi possível adquirir mais

medidas em Curitiba, tanto do solo quanto da água, contribuindo desta forma com

mais informações sobre a concentração desse gás no Brasil.

As medidas realizadas apresentaram concentrações de Radônio-222 acima

dos limites estabelecidos pela USEPA (1999). Foi apresentado com esses dados um

método de mitigação que possibilita a diminuição da concentração de Radônio-222

em águas de poços, para que ocorra a utilização dessas pela população.

O método de aeração teve um excelente desempenho, onde houve uma

diminuição na concentração de Radônio-222 utilizando o método de aeração de 85%

e se ocorresse apenas o decaimento natural do gás, o decaimento seria de 52% da

concentração inicial. Assim ocorreu um ganho de 33% utilizando o método de

mitigação.

Um dado interessante foi apresentado, sobre o custo que uma mitigação

pode requerer, no entanto a população poderá definir se é viável a instalação desse

método.

Como o foco da pesquisa foi à utilização de um método de mitigação, a

Aeração Difusora, foi realizada apenas uma medida de solo no local onde ocorreram

as coletas de água, para constatar quanto àquele local está contaminado pelo gás e

também para contribuir com mais uma medida de solo em Curitiba.

Algumas dificuldades foram encontradas na realização deste trabalho, onde

fatores climáticos como a chuva impediram em alguns casos a coleta de água e solo

devido à precariedade no acesso no local. Em algumas ocasiões não foi obtido

permissão de pessoas responsáveis pelo local para as realizações das coletas a

serem avaliadas. A indisponibilidade de horários dos integrantes do grupo de

pesquisa e responsáveis pelo local, também foi um precedente importante para

dificultar as coletas de água e medida de solo.

Essa dissertação agrega para o conhecimento e desenvolvimento de

pesquisas sobre o radioisótopo Radônio-222, gás que contribui para o

desenvolvimento de câncer de pulmão.

97

6.1 PROPOSTA PARA TRABALHOS FUTUROS

Essa pesquisa apresenta vários precedentes para realizações de trabalhos

futuros, entre eles estão:

Realizar análises de água em outros poços em Curitiba;

Realizar análises de solo em outras regiões de Curitiba;

Executar a proposta de mitigação apresentada nessa dissertação;

Propor novas medidas de mitigação para redução da concentração de

Radônio -222;

Realizar análise das amostras em outra câmara de ionização como o

RAD7;

98

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Documents

CT_CPGEI_M_Mafra, Karina Cristina_2011.pdf