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

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Full text

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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

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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.

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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

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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.

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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.

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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.

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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.

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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

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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)... 80

Figura 4.3 - Gráfico dos dados da amostra 3 - Coleta em 04/04 (Autoria própria, 2011)... 81

Figura 4.4 - Gráfico dos dados da amostra 4 - Coleta em 18/0 (Autoria própria, 2011)... 82

Figura 4.5 - Gráfico dos dados da amostra 5 - Coleta em 25/04 (Autoria própria, 2011)... 83

Figura 4.6 - Gráfico dos dados da amostra 6 - Coleta em 02/05 (Autoria própria, 2011)... 84

Figura 4.7 - Gráfico dos dados da amostra 7 - Coleta em 09/05 (Autoria própria, 2011)... 85

Figura 4.8 - Gráfico dos dados da amostra 8 - Coleta em 23/05 (Autoria própria, 2011)... 86

Figura 4.9 - Gráfico dos dados da amostra 9 - Coleta em 30/05 (Autoria própria, 2011)... 87

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

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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

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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

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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

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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

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

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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).

(17)

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;

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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).

(19)

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

(20)

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 - ANiels 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).

(21)

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).

(22)

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.

(23)

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).

(24)

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 Rutherford – Ernest

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.

(25)

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).

(26)

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)

(27)

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):

(28)

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= Rar0,32√(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).

(29)

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.

(30)

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).

(31)

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, 207Pbe 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)

(32)

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 = λN0exp(–λt) (12)

E na equação (13) o decaimento radioativo:

R= R0exp(–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:

(33)

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)

(34)

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.

(35)

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

(36)

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 wTpara 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).

(37)

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

(38)

Tabela 2.5 - Principais radionuclídeos naturais RADIONUCLÍDEOS NATURAIS DE ORIGEM TERRESTRE

NUCLÍDEO SÍMBOLO MEIA-VIDA ATIVIDADE NATURAL

Urânio – 235

235U 7,04x10 8

anos 48.000 Bq/tonelada rocha Urânio –

238

238U 4,47x10 9

anos 2.300 Bq/tonelada rocha

Tório – 232 232Th 1,41x10 10

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 1,28x10 9

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:

(39)

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.

(40)

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

(41)

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 (EISENBUD et al.,1997).

(42)

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.

(43)

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

(44)

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.

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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%).

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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:

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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:

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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

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

F

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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).

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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).

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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):

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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).

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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).

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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).

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