Proposição de métodos experimentais para determinação da exalação de radônio em diferentes granulometrias de afloramentos rochosos graníticos-gnáissicos de Belo Horizonte - Minas Gerais
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Tese de doutorado
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Adriana de Souza Medeiros Batista
Críssia Carem Paiva Fontainha
Críssia Carem Paiva Fontainha
Resumo
A radioatividade natural é responsável por cerca de 80% da dose média anual de radiação recebida pelos seres humanos, principalmente devido aos radionuclídeos primordiais presentes na crosta terrestre. A maioria das pessoas recebe doses anuais entre 1 e 3 mSv. A Organização Mundial da Saúde (OMS) recomenda programas nacionais de mapeamento de exposição ao radônio com base em estudos geológicos, devido à significativa contribuição do gás radônio para as doses anuais de radiação. O radônio é gerado no solo e migra através de seus poros, entrando nos edifícios por meio de rachaduras e aberturas. Os programas nacionais de mapeamento geogênico devem envolver a colaboração entre órgãos governamentais, instituições de pesquisa e a mídia para identificar áreas de alto risco e prevenir a exposição elevada ao radônio. O transporte de radônio é influenciado por fatores como geologia local, umidade e temperatura. A umidade e a temperatura afetam significativamente as taxas de exalação de radônio. Neste contexto, o presente trabalho se trata do estudo da exalação do radônio em granitos de Belo Horizonte e proposição de métodos de medição dessa variável. Para tanto, foram extraídos cinco grupos de amostras de cinco rochas aflorantes, nas quais quatro foram retiradas de locais utilizados como pedreiras e que, hoje, já se encontram desativadas: Engenho Nogueira, Lagoinha, Pompeia, Pedreira Prado Lopes e da rua da Bahia, no centro da cidade de Belo Horizonte - MG. As amostras foram analisadas quanto à concentração de urânio (238U) e seus elementos filhos (214Pb e 214Bi), além de tório (232Th) e seus elementos filhos (228Ac e 212Pb), para uma avaliação das amostras de rochas graníticas e suas relações com os teores de radônio exalado. Utilizou-se de medidores AlphaGuard (AG) e CR-39. Considerou-se a aplicabilidade do uso de métodos passivos e ativos no estudo da exalação, propondo uma metodologia para estudo da exalação de radônio em diferentes granulometrias para rochas graníticas. Realizou-se imagens via microscópio eletrônico de varredura (MEV) associado ao EDS, para avaliação elementar, além de Difração de Raios X (DRX) para análises cristalográficas. Por último, uma simulação computacional CFD foi realizada para comparar com os resultados experimentais. As concentrações de Rn obtidas pelo AG variaram de 171 Bq.m-3 a 8608 Bq.m-3. Os valores dos teores de U e Th variaram entre 3 e 4 μg.g-1. Já os resultados da concentração de Rn no CR-39 indicaram a mesma tendência apresentada pelo AG. Os resultados obtidos com as amostras sólidas e nas granuolometrias até 16# apresentaram uma tendência, teoricamente esperada: quanto menor a granulometria, maior área de superfície possível de exalação. A metodologia desenvolvida pode ser utilizada em aplicações acadêmicas e sugerir processos de controle de qualidade para o comércio de, por exemplo, materiais de construção. Os objetivos do estudo foram alcançados e novos desafios para estudos futuros foram traçados. Desta forma, espera-se poder dar continuidade e aprimorar os métodos para o estudo das diferentes granulometrias de diferentes rochas.
Abstract
Natural radioactivity accounts for about 80% of the average annual radiation dose received by humans, mainly due to primordial radionuclides in the Earth's crust. Most people receive annual doses between 1 and 3 mSv. The World Health Organization (WHO) recommends national programs to map radon exposure based on geological studies, as radon gas significantly contributes to annual radiation doses. Radon is generated in soil, migrates through its pores, and enters buildings via cracks and openings. National geogenic mapping programs should involve collaboration between government agencies, research institutions, and the media to identify high-risk areas and prevent elevated radon exposure. Factors like local geology, humidity, and temperature influence radon transport, with humidity and temperature significantly affecting radon exhalation rates.
This study focuses on radon exhalation in granites from Belo Horizonte and proposes methods for measuring this variable. Samples were collected from five outcropping rocks, four from decommissioned quarry sites (Engenho Nogueira, Lagoinha, Pompeia, Pedreira Prado Lopes) and one from Rua da Bahia in Belo Horizonte, MG. The samples were analyzed for uranium (238U) and its decay products (214Pb and 214Bi), as well as thorium (232Th) and its decay products (228Ac and 212Pb), to assess the relationship between granite samples and radon exhalation levels. AlphaGuard (AG) and CR-39 detectors were employed. The study proposed a methodology for examining radon exhalation across different granulometries in granite rocks, using passive and active methods.
Additional analyses included scanning electron microscopy (SEM) with EDS for elemental evaluation and X-ray diffraction (XRD) for crystallographic studies. A computational fluid dynamics (CFD) simulation was conducted to compare with experimental results. Radon concentrations measured with AG ranged from 171 Bq/m³ to 8608 Bq/m³, while uranium and thorium concentrations ranged between 3 and 4 μg/g. CR-39 results showed trends similar to AG. Results confirmed a theoretically expected trend: smaller granulometry correlates with a larger surface area for radon exhalation. The methodology can be applied in academic contexts and quality control processes for building materials. The study met its objectives and outlined challenges for future research, aiming to refine methods for studying granulometric variations in different rocks.
Assunto
Engenharia nuclear, Radon, Materiais granulados, Granito, Belo Horizonte (MG)
Palavras-chave
Radônio, Transporte de radônio, Granulometria, Granito Belo Horizonte