Medidor do radônio Ambiental




 

 

 

 

 

 

Protótipo do sistema de monitoração de radônio ambiental desenvolvido e montado no INPE para aplicações em pesquisas da atmosfera, dosimetria do radônio e na proteção radiológica.

 

 

O Radônio e os seus produtos de decaimento radioativo são responsáveis por 48% da dose ambiental radioativa na superfície. Existem três isótopos mais conhecidos do Radônio, dos quais o mais importante sob o ponto de vista ambiental é o Rn-222, cuja meia-vida é de 3,82 dias. Em ambientes fechados como no caso de minas e de algumas residências, a concentração deste gás pode superar os valores médios encontrados a céu aberto (8 Bq/m3) em mais de 2000 vezes. Outras áreas de risco incluem as áreas de mineração do fosfato, a industria do gesso e as unidades de processamento de terras raras e do ciclo do combustível nuclear. Desde 1980 este fato tem chamado a atenção de agencias de proteção ambiental em diversos países, o que levou a inclusão deste gás no estabelecimento de programas de monitoramento ambiental. Há um crescente interesse no monitoramento do radônio em residências, principalmente aquelas localizadas em regiões classificadas como de risco, ou que empregaram na sua construção matéria prima de alvenaria obtidas dessas regiões.

 

Devido a sua inércia química, por se tratar de um gás nobre, e devido a sua concentração relativamente baixa na natureza, os métodos normalmente empregados para a sua medida não permitem sua monitoração em tempo real, isto é, a obtenção da concentração no instante exato da medida. Via de regra, esses métodos necessitam de pré-concentração em carvão ativo e subsequente medida da atividade alfa dos seus produtos de decaimento. Existem também métodos que medem esses produtos de decaimento depositados em filtros de membrana e subsequente medida da atividade alfa dos mesmos. Mais usualmente se emprega, em dosimetria, detetores passivos como os deTLD e "track etch". Contudo, estes são todos métodos com aplicação restrita, quer seja pela necessidade de assistência contínua de um operador e de uma bancada química, quer seja pela baixa sensibilidade e/ou pequena resolução temporal dos resultados obtidos.

O novo método é o único que mede o radônio diretamente do ar, em tempo real e de forma que dispensa a assistência contínua de um operador. A atuação do operador fica restrita a transferir os dados já convertidos em Bq/m3 para um microcomputador ou para o papel, na forma de tabelas, relatórios ou gráficos. Possui grande sensibilidade, baixo ruído, e excelente resolução temporal, tornando sua aplicação recomendada para pesquisa ou controle, em tempo real, do nível de contaminação ambiental.

O método emprega a propriedade que possuem os produtos de pós decaimento do radônio de se encontrarem na forma ionizada, no instante da formação. Por isso, podem ser coletados e concentrados através de um campo elétrico. Devido à configuração do sistema, estes íons encontram-se em equilíbrio com o radônio gasoso no ar no interior do medidor. O equipamento consiste em uma câmara hemisférica, conhecida como câmara de precipitação eletrostática, cuja superfície interior é revestida por uma película condutora e polarizada com 20kV-DC. O campo elétrico estabelecido entre esta superfície e um detetor semicondutor aterrado, colocado no centro geométrico deste hemisfério, permite a realização da coleta desses produtos de decaimento. A configuração interna desta câmara foi cuidadosamente escolhida de maneira a permitir que o campo elétrico formado no seu interior permita trajetórias aproximadamente lineares e radiais desses íons, em direção à superfície do detetor, minimizando assim perdas por recombinação.

Princípio de precipitação eletrostática dos produtos de decaimento do radônio, mostrando uma ilustração do hemisfério de precipitação e as linhas de campo elétrico responsáveis pela coleta dos íons.

 

Através da espectrometria alfa dos íons radioativos precipitados é possível determinar–se a concentração do gás radônio presente na atmosfera. Diferentemente das outras técnicas de medida existentes, o novo método discrimina com perfeição a quantidade de cada um dos isótopos de radônio presentes. Isso é importante, uma vez que essa informação pode ser crucial para uma correta avaliação do impacto ambiental e para uma tomada de decisão no sentido de atenuar este impacto.

O gráfico abaixo mostra os resultados da monitoração do radônio realizada no Centro Técnico da Aeronáutica - CTA, em São José dos Campos, SP, como parte de um experimento em andamento para estudar a ionização do ar devida ao radônio. Pode-se ver claramente a modulação diurna dos isótopos produtos de decaimento do 222Rn (218Po e 214Po), com máximos nas primeiras horas da madrugada e mínimos ao redor da 18 horas, quando a camada de mistura na atmosfera encontra-se mais alta. Esse efeito de concentração do radônio durante a madrugada pode ser responsável por aumentos observados superiores a 10 vezes os valores encontrados durante o dia e deve ser levado em conta numa avaliação dosimétrica. Variações temporais como essa são facilmente obtidas com o emprego da metodologia apresentada.

Variação do radônio, em contagens por hora, medido em São José dos Campos empregando a nova metodologia. Os níveis de radônio crescem durante a noite e atingem um máximo nas primeiras horas da manhã. Com os primeiros raios do sol a camada limite planetária sobe, diluindo o radônio a níveis mais baixos, com mínimos no final da tarde.

O radônio vem sendo medido com o novo método há mais de 8 anos na Antártica e no sul do Chile. Devido a sua meia-vida comparável aos fenômenos meteorológicos de meso-escala, este gás pode ser empregado como "traçador atmosférico" para estudar o transporte de massas de ar entre a América do Sul e a Antártica – informação de grande importância na climatologia. As concentrações medidas são extremamente baixas, da ordem de 0,02 Bq/m3, e só foram possíveis graças à grande sensibilidade e baixo ruído de fundo dessa nova metodologia

O equipamento participou de diversas missões a bordo de aeronaves de pesquisa para estudos da atmosfera na região amazônica, nos Estados Unidos e no Alasca. Os dados de radônio obtidos serviram como base para estimar movimentos convectivos na atmosfera e para estudar a advecção de massas de ar oceânicas sobre os continentes.

Um detetor (G) de partículas alfa, tipo "superfície de barreira" é empregado como eletrodo e coleta dos íons e como detetor da energia das partículas alfa emitidas. Este detetor possui um pré-amplificador de eletrônica discreta em seu interior, para maximizar a razão sinal-ruído do sistema. O sistema de amplificação e conformação ativa dos pulsos nucleares (D) alimenta o analisador de espectro SIAREplus (E). Os espectros são armazenados na memória interna do SIAREplus e podem ser recuperados através de uma interface serial RS232 e de um microcomputador (L). Um "software" dedicado, operando no ambiente DOS ou Windows, interpreta os espectros transferidos e converte esses dados em concentrações por unidade de volume (Bq/m3). O ar é amostrado para o interior da câmara de precipitação (F) através de um sistema de bombeamento interno que consiste de uma bomba de ar (J), um recipiente de secagem do ar (I), filtros de aerossóis (O e P), e um medidor de vazão do ar (H). O sistema opera com alimentação direta da rede elétrica e um sistema "no break" (A) interno lhe dá uma autonomia superior a uma hora. Pode operar também diretamente através de uma bateria externa do tipo automotiva.

Diagrama de Blocos do monitor de radônio e seus periféricos.

Uma característica importante desta metodologia é que os resultados de concentração do radônio não dependem do fluxo de ar amostrado, o que minimiza as fontes de incerteza das medidas. Apenas o tempo de resposta às variações transientes de concentração de radônio é que depende deste fluxo. Isso permite selecionar a resposta temporal do sistemas conforme a aplicação a que se destina.

O ruído de fundo do sistema é de 0.0019 Bq/m3, para 72 horas de medidas ininterruptas com fluxo constante de ar totalmente livre de radônio. O limite de detecção de radônio depende do nível de erro estatístico de contagem esperado e da escolha do ciclo de integração adotado. Assim, para um tempo de integração de 30 minutos e um nível estatístico de erro de 20%, o limite de detecção será de 0,96 Bq/m3. Esse limite é entre 10 a 1.000 vezes inferior aos encontrados em residências e pode chegar a mais de 10.000 inferior aos valores encontrados em minas subterrâneas de urânio, por exemplo. Portanto, essa metodologia possui um alcance dinâmico para monitorar o radônio nos mais variados ambientes e para as finalidades que vão desde a pesquisa climatológica ao monitoramento ambiental e dosimetria do radônio.

 

Especificações Técnicas (sujeita a modificações para melhoria do sistema):

Medidas:

Mede de forma independente o 222Rn e o 220Rn

Limite de detecção:

0,96 Bq/m3 (para 30 minutos de integração)

Ruído de fundo:

0,0019 Bq/m3

Resposta a transientes de concentração:

30 minutos (subida)

15 minutos (descida)
(fluxo de amostragem de 360 litros por hora)

Características elétricas:

110/222 VAC, 60-50 Hz, 60watts (ou bateria automotiva)

Aquisição dos dados:

Memória interna

Processamento dos dados:

Software interativo para ambiente DOS

Peso aproximado:

25 kg

 

 


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