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

  

UNIVERSIDADE TECNOLOGICA FEDERAL DO PARANÁ

PROGRAMA DE PốS-GRADUAđấO EM ENGENHARIA

ELÉTICA E INFORMÁTICA INDUSTRIAL - CPGEI

  KARINA CRISTINA MAFRA

  

MEDIDAS DA CONCENTRAđấO DE RADÔNIO-222 EM

ÁGUA DE POÇO E SOLO DA REGIÃO DO PINHEIRINHO

EM CURITIBA E PROPOSTA DE MITIGAđấO DA ÁGUA

  DISSERTAđấO

  

CURITIBA KARINA CRISTINA MAFRA

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

  

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

  6

concentração de Radônio na faixa de 2 – 2x10 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)................................................... 17Figura 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

  18 (MAGILL e GALY, 2005)..................................................................

Figura 2.3 - B: Átomo proposto por Bohr (SERWAY e JEWETT, 2004).............. 18Figura 2.4 - Tabela Periódica (MAGILL e GALY, 2005)...................................... 19Figura 2.5 - Tabela de Nuclídeos (TAUHATA et al., 2003).................................. 20Figura 2.6 - Partícula alfa (TAUHATA et al., 2003).............................................. 23Figura 2.7 - Barreira de potencial da partícula alfa (MAGILL e GALY, 2005)..... 24

  238

Figura 2.8 - Diagrama do decaimento alfa para U (MAGILL e GALY, 2005).. 25Figura 2.9 - Séries radioativas naturais (CNEN, 2004; LYMAN, 1997)............... 28Figura 2.10 - Curva do decaimento de um radioisótopo(TAUHATA et al., 2003) 32Figura 2.11 - Figura representativa da radiação (TAUHATA et al., 2003)........... 36Figura 2.12 - Solo de Curitiba (MINEROPAR, 2009) .......................................... 43Figura 2.13 - Decaimento do Radônio (MAGILL e GALY, 2005)......................... 44Figura 2.14 - Gráfico da solubilidade dos gases nobres em água (CLS,1999)... 45Figura 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).................................... 61Figura 2.23 - AlphaPUMP ( GENITRON, 2007).................................................... 62Figura 2.24 - Gráfico da concentração de Radônio-222 ( GENITRON, 2007)..... 63Figura 2.25 - AquaKit para analise de Radônio na água ( GENITRON, 2007).... 63Figura 2.26 - Imagem para analise de Radônio no solo ( GENITRON, 2007)..... 64Figura 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)............................ 75Figura 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)........................... 94Figura 5.3 - Imagem da caixa de água com acessórios (Autoria própria, 2011). 94Figura 5.4 - Imagem da caixa de água ocorrendo à aeração

  95 (Autoria própria, 2011)......................................................................

  

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 w para tecido ou órgão

  T (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

  222

Tabela 2.6 - Tabela modificada, sobre a dose equivalente - exposição do Rn (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)........ 80Tabela 4.3 - Dados da amostra 3 - Coleta em 04/04 (Autoria própria, 2011)....... 81Tabela 4.4 - Dados da amostra 4 - Coleta em 18/04 (Autoria própria, 2011)....... 82Tabela 4.5 - Dados da amostra 5 - Coleta em 25/04 (Autoria própria, 2011)....... 83Tabela 4.6 - Dados da amostra 6 - Coleta em 02/05 (Autoria própria, 2011)....... 84Tabela 4.7 - Dados da amostra 7 - Coleta em 09/05 (Autoria própria, 2011)....... 85Tabela 4.8 - Dados da amostra 8 - Coleta em 23/05 (Autoria própria, 2011)....... 86Tabela 4.9 - Dados da amostra 9 - Coleta em 30/05 (Autoria própria, 2011)....... 87Tabela 4.10 - Dados da amostra 10 - Coleta em 06/06 (Autoria própria, 2011)... 88

  222

Tabela 4.11 - Concentração de Rn com aeração (Autoria própria, 2011)......... 89

  222

Tabela 4.12 - Concentração de Rn sem aeração (Autoria própria, 2011)......... 89Tabela 4.12 - Dados da amostra no solo (Autoria própria, 2011)......................... 91Tabela 5.1 - Custo aproximado dos materiais utilizados na medida de mitigação (Autoria própria, 2011).......................................................................

  95

  LISTA DE SÍMBOLOS a

  N

  Fator qualidade

  U Urânio - 238 Z Número atômico W R

  Vida-Média

  T

  Meia-Vida

  T 1/2

  Rádio - 226

  Pb Chumbo - 206 Rn Radônio - 222 Ra

  Polônio – 218

  Po

  Núcleo radioativo

  Hélio – 2

  Massa atômica

  H Dose equivalente H E Dose Efetiva He

  Elétron-volt

  eV

  Dose absorvida

  D

  Currie

  Bq Bequerel β Partícula Beta Ci

  Atividade

  A

  Antes de Cristo

  a.C

  X Exposição α Partícula alfa γ Radiações gama v Neutrino λ Constante de decaimento

  LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS CLS

  Los Alamos National Laboratory

  UTFPR

  Radiation

  

UNSCEAR United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic

  United States Environmental Protection Agency

  USEPA

  Sistema Internacional

  SI

  National Committee for Responsive Philanthropy

  NAS National Academy of Sciences NRC Nuclear Regulatory Commission NCRP

  LANL

  Commission on Life Sciences

  Instituto de Radioproteção e Dosimetria

  IRD

  Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares

  IPEN

  ICRP International Commission on Radiological Protection

  IARC International Agency for Research on Cancer

  Environmental Protection Agency

  EPA

  Comissão Nacional de Energia Nuclear

  CNEN

  Universidade Tecnológica Federal do Paraná

  

SUMÁRIO

  

1 INTRODUđấO.................................................................................................... 14

  1.1 OBJETIVOS...................................................................................................... 15

  1.1.1 Objetivo Geral................................................................................................ 15

  1.1.2 Objetivos Específicos.................................................................................... 15

  

2 FUNDAMENTAđấO TEốRICA.......................................................................... 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

  222

  2.2 RADÔNIO ( Rn)............................................................................................. 44

  2.3 MITIGAđấO...................................................................................................... 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 IONIZAđấO................................................................................ 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 DISCUđỏES.......................................................................... 79

  4.1 AMOSTRAS DE ÁGUA.................................................................................... 79

  4.2 AMOSTRA EM SOLO...................................................................................... 91

  

5 PROPOSTA DE MITIGAđấO DA ÁGUA........................................................... 93

  6.1 TRABALHOS FUTUROS................................................................................. 97

  

REFERÊNCIAS...................................................................................................... 98

1 INTRODUđấO

  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

  238 226 218

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

  206

  ocorrem decaimentos radioativos até ser alcançada estabilidade no Pb (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).

  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.

2 FUNDAMENTAđấO TEốRICA

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).

  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).

  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).

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  O núcleo tem dimensão em torno de 10 m, onde é encontrada praticamente toda a massa do átomo. Este núcleo está envolvido por camadas de

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  partículas eletricamente negativas, com diâmetro total aproximado de 10 m, chamados elétrons (CONSTANTE, 1981).

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

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  provido de carga positiva de 1,602192 x10 C e massa de 1,673x10 Kg, 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).

  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

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

  (FONSECA, 1992, p. 255) estabilidade” 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.

  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).

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